小水电学科发展

1、小水电学科发展一、引言 小水电是利利用河川川水能发发电且其其发电装装机规模模在工程程分等中中属于低低等别的的小规模模水力发发电站。小小水电的的容量在在不同的的国家、不不同的时时期有不不同定义义，有的的国家和和组织还还规定了了相应的的水头和和直径变变化范围围。 119777 年第第 100 次世世界能源源会议建建议把容容量在 1OMMW 以以下的水水电站称称为小水水电，国国际小水水电组织织在 119988 年也也明确了了小水电电的容量量定义为为 1OOMW 。 在我国，小小水电站站的容量量界限还还与我国国农村经经济的发发展和农农村用电电水平有有关，甚甚至还把把与小水水电站有有关的农农村电网网统称

2、为为小水电电，故在在我国小小水电又又常称为为农村水水电。随随着全国国小水电电装机的的不断增增长，各各个时期期的分等等标准也也不相同同。目前前我国把把水力发发电工程程等别中中的和 VV 两个个等别称称为小型型工程，习习惯上分分别称为为小（ 1 ）型型和小（ 2 ）型型水电站站，其容容量界限限分别为为 500MW 和 11OMWW 。据据调查，全全国小水水电资源源的经济济可开发发量约为为 1.28 亿 kkW ，居居世界首首位，相相应年电电能约为为 35500 亿 40000 亿亿 kWW h 。 由于小水电电工程规规模小，建建设期短短，一次次性基建建投资不不大，水水库的淹淹没损失失、移民民、环境

3、境和生态态方面的的综合影影响小，加加上小水水电接近近用户，输输配电线线路造价价低、输输电损耗耗小，这这些优点点使得我我国小水水电发展展较快。截截止到 20006 年年底，全全国共建建成了小小水电站站 4669899 座，总总装机 449934MMW ，约约为全球球其他国国家小水水电装机机的总和和，并占占当年全全国水电电总装机机 12285770MWW 的 34.9 ，形成成了很大大的规模模，如图图所示。 中国小水电电的发展展改变了了国外靠靠大电网网延伸实实现农村村电气化化的传统统做法，基基本上解解决了全全国 11 2 国国土面积积、 11 3 县县的农村村约 33 亿人人口的用用电问题题，开创

4、创了一条条以县为为实体、以以地方分分散小水水电建设设为基础础的中国国特色的的农村电电气化道道路，为为实现城城乡统筹筹发展和和中国新新农村的的建设做做出了不不可替代代的贡献献。这一一意义深深远的变变化也推推动了小小水电学学科的不不断发展展，使得得小水电电已不单单单是解解决农村村用电问问题的一一种技术术和手段段，而是是形成了了一个社社会、经经济和环环境效益益并重的的、与大大水电具具有不同同特点的的新的小小水电行行业，为为世界所所瞩目。 二、学科发发展现状状及主要要成果 （一）我国国小水电电学科研研究的主主要进展展 在学科发展展初始阶阶段，由由于当时时的小水水电容量量小、多多孤立运运行，学学科研究究

5、的主要要任务是是加强当当地材料料和技术术的应用用，主要要包括土土坝、砌砌石坝、混混凝土压压力水管管等应用用，并开开始发展展中小水水电设备备的制造造能力。 20 世纪纪 700 年代代，是我我国小水水电的大大发展时时期，国国家制定定了“谁谁建、谁谁管、归归谁所有有”的政政策，大大力发展展地方电电网和小小水电供供电区，学学科研究究的重点点转到标标准化生生产设备备，开展展定型设设计研究究，以适适应大规规模小水水电建设设的需要要。 20 世纪纪 800 年代代我国提提出了在在小水电电资源丰丰富的地地区首先先建设 1000 个具具有中国国特色的的初级电电气化试试点县计计划，学学科研究究的重点点是新技技术

6、、新新材料、新新产品的的应用及及有关政政策、管管理和软软科学的的研究，成成功地完完成了第第一批 1099 个农农村初级级电气化化县的建建设。 20 世纪纪 900 年代代小水电电由单站站开发发发展到对对整个流流域实行行梯级滚滚动开发发，并开开始发展展跨县区区域电网网。学科科研究的的重点是是小水电电的优化化调度、增增容改造造、地方方电网降降损节能能等，并并引进推推广了国国外一些些机电新新技术及及碾压混混凝土坝坝、橡胶胶坝、混混凝土面面板堆石石坝等坝坝工技术术。 进入 2ll 世纪纪后，结结合国家家农村电电气化县县建设、农农网改造造、送电电到乡光光明工程程、以电电代燃料料生态小小水电站站建设等等一

7、系列列项目的的实施，学学科研究究的重点点以计算算机应用用、自动动化技术术、重锤锤式蝶阀阀、高效效率转轮轮等高性性价比的的清洁适适用技术术为主，大大力推广广新技术术、新产产品的应应用，并并引入了了清洁发发展机制制，重视视对生态态环境有有利的小小水电开开发管理理技术研研究。 （二）学科科研究的的主要成成果 1 小河河开发和和农村电电气化规规划研究究 小河梯级开开发是中中国小水水电开发发的主要要特点之之一。它它可以充充分利用用一条河河流的水水能，在在上游兴兴建的龙龙头水库库可为下下游所有有电站调调节流量量。以小小水电为为基础的的农村电电气化规规划包括括水力资资源开发发、电力力电量平平衡和经经济计算算

8、。在小小水电供供电区内内由于丰丰枯出力力和峰谷谷负荷变变化大，学学科研究究提出了了同时规规划电源源建设和和用电负负荷发展展的双向向规划，并并提出了了中国特特色的农农村初级级电气化化的用电电标准，这这在国际际上还是是第一次次，成果果曾获水水利部科科技进步步一等奖奖。 2 地方方电网建建设和管管理的研研究 学科研究提提出了地地方电网网存在的的必要性性，并为为地方电电网的运运行管理理提出了了一整套套的技术术和办法法。就近近发电、就就近供电电可以充充分利用用当地水水力资源源，实行行治水办办电相结结合，在在地方电电网内实实行发、供供、用电电的统一一，以自自发自供供为主，多多余电量量可上网网交易。这这种大

9、电电大网国国家办，小小电小网网地方建建的“两两条腿走走路”的的方针，保保证了农农村电力力市场的的快速发发展，使使小水电电有了自自己的供供电区和和相对稳稳定的供供电对象象，创造造了与其其他国家家不同的的农村供供用电方方式。 3 提高高小水电电的可靠靠性和年年发电量量的研究究 与大水电相相比，小小水电发发电的可可靠性和和单位千千瓦装机机的发电电量比较较低。研研究提高高了小水水电设备备的质量量和季节节性电能能的利用用，使得得装机年年利用小小时从 20000 小小时提高高到现在在的 333000 多小小时，并并分析了了实测水水文资料料短缺，使使用月均均流量计计算对确确定装机机容量的的影响，提提出了一一

10、些实用用的设计计估算方方法。 4 小水水电水工工建筑物物的创新新研究 研究提出了了小水电电的多种种开发形形式和多多样化的的水工结结构，使使得我国国水电建建设的很很多新技技术、新新材料、新新成果都都是首先先在小水水电工程程中得以以使用。如如碾压堆堆石混凝凝土面板板坝、碾碾压混凝凝土坝、充充填式橡橡胶坝都都在小水水电行业业内试行行和推广广。充填填式橡胶胶坝还在在水库溢溢洪中取取代闸门门使用。还还采用了了一些在在较大规规模的水水电站中中并不常常见的当当地材料料坝、无无压引水水建筑物物，包括括低坝壅壅水、无无压进水水口、沉沉沙设施施、引水水渠、前前池等。如如水力自自动启闭闭虹吸式式进口的的研究成成果，

11、首首先在西西北地区区推广后后在全国国广泛应应用。又又如前池池设计容容积一直直是一个个模糊不不清的问问题， 20 世纪 90 年代，经经调查研研究分析析得到前前池断面面只与涌涌浪计算算有关，从从而首次次制定了了前池设设计规范范。小水水电中防防沙排沙沙的研究究，在理理论与实实践上都都有新的的进展，涡涡旋式排排沙初步步得到了了应用。 5 高性性价比小小水电机机电技术术研究 根据小水电电技术适适用性、经经济性要要求和标标准化、自自动化、信信息化的的发展趋趋势，学学科研究究重点是是推动高高性价比比清洁适适用技术术发展，其其中 55MW 级大容容量高速速发电机机填补了了国内空空白，并并形成了了以新型型增速

12、器器、多喷喷嘴斜击击式水轮轮机、电电动调桨桨等为代代表的一一批专利利技术，开开发研究究了相关关配套辅辅助设备备等。所所研发的的新产品品除满足足国内需需求外，还还大量出出口到 40 多个国国家和地地区， 20005 年年获联合合国工发发组织和和深圳高高交会合合办的“全全球可再再生能源源领域最最具投资资价值的的十大领领先技术术蓝天奖奖”，成成果处于于国际先先进水平平。 6 小型型水电站站的技术术改造研研究 早年建成的的部分小小水电站站，限于于当时的的建站条条件，使使有的设设计参数数和实际际情况偏偏差较大大，导致致出力不不足或弃弃水量较较大；有有的因机机电设备备质量差差，运行行可靠性性低，因因而有相

13、相当一部部分设备备需要技技术改造造。学科科研究提提出了以以提高水水轮机转转轮效率率或整机机增容，或或以提高高电站自自动化水水平、计计算机应应用为主主的方法法，具有有投资少少、见效效快的特特点，一一般多能能增容 10 左左右，二二三年即即可回收收技改投投资，经经济效益益十分明明显。 7 小水水电的开开发管理理的政策策和标准准的研究究 研究为我国国小水电电的开发发管理制制定了较较严格的的规范规规程和相相关技术术标准，明明确了相相应的立立项、审审批程序序及有关关政策法法规，涉涉及水电电开发的的诸多因因素。如如开发权权的取得得、用水水用地的的许可、移移民、生生态环境境评估对对当地社社会及公公众的影影响

14、等，还还明确了了电站施施工及运运行方面面的要求求，防止止了小水水电的无无序开发发。很多多管理办办法是我我国所独独创的，并并在国外外产生了了很大影影响。如如“三自自”方针针、“以以电养电电”政策策、发展展小水电电自己的的供电区区及关于于水能资资源统一一管理的的政策等等。 8 清洁洁发展机机制与中中国水电电碳融资资对策研研究 研究提出了了中国国水电清清洁发展展机制研研究报告告，其其中湖南南汝城渔渔仔口电电站项目目 20005 年获国国家发改改委批准准，并作作为中国国首例水水电项目目在 CCDM ：执行行委员会会成功注注册，填填补了中中国作为为水电大大国在世世界 CCDM 领域的的空白。截截至 22

15、0066 年底底，中国国已有 95 个水电电项目进进行了碳碳融资，使使得中国国目前的的水电 CDMM 项目目已占世世界 ll 3 强强，预计计每年可可实现二二氧化碳碳减罚 F 量量 10000 万 tt ，具具有巨大大的经济济和生态态效益。 三、国际比比较 （一）中国国小水电电在国际际上的地地位 1 树立立了中国国小水电电的著名名品牌 中国小水电电建设的的成功实实践引起起了国际际上的关关注。联联合国在在为筹建建国际小小水电组组织总部部而征求求五大洲洲有关国国家意见见时，几几乎得到到了一致致的回答答：国际际小水电电组织总总部只能能建在中中国，体体现了国国际社会会对中国国小水电电发展的的关注和和认

16、可。 联合国驻华华总代表表 贺尔尔康 先先生曾说说：“在在诸如中中国这样样的国家家里，分分散方式式的农村村电气化化在消除除贫困、防防止环境境进一步步恶化方方面是成成功的，有有数亿人人口从中中受益。中中国的实实践也使使我们相相信，采采用清洁洁的、相相对比较较便宜的的小水电电将是实实现分散散方式的的农村电电气化、从从而改善善人们生生活条件件的最好好形式。” 经国务院和和联合国国工发组组织批准准，在中中国杭州州建成的的国际小小水电中中心是第第一个总总部设在在我国的的国际组组织，现现有成员员组织 3000 余家家，广泛泛分布在在全球 60 余个国国家，树树立了中中国水电电的著名名国际品品牌。在在推动学

17、学科研究究、促进进小水电电技术创创新、高高性价比比小水电电设备制制造、各各国小水水电合作作方面我我国一直直处于主主导地位位，产生生了广泛泛的国际际影响。 2 在推推动学科科发展方方面所做做的主要要工作 中国小水电电学科研研究在整整体上处处于国际际领先水水平。在在学科研研究方面面，我国国先后提提出了“分分散方式式发电”的的概念和和小水电电是一种种“多学学科多行行业相结结合的，社社会、经经济和环环境效益益并重的的新的行行业”的的观点。 20003 年年论述了了小水电电是能源源回报率率最高的的优质能能源，倡倡导了高高性价比比小水电电机电技技术创新新的方向向。 220044 年又又提出了了“三个个电力

18、市市场”理理论，即即在传统统电力系系统内建建立竞争争性电力力市场，在在广大山山区农村村建立地地方服务务型电力力市场，在在现有电电网覆盖盖区内建建立用户户侧分布布式电力力市场，对对新时期期中国式式的农村村电气化化事业进进行了理理论创新新。 中国的实践践也为推推动小水水电学科科在国际际上的发发展做出出了贡献献。通过过国际培培训、国国际会议议、合作作研究及及项目示示范等，推推动了学学科研究究和技术术进步工工作。如如开展了了联合国国工发组组织的“点点亮非洲洲”项目目、欧盟盟的“可可再生能能源商业业化”项项目、 77 国集团团的“发发展中国国家小水水电合作作”及“撒撒哈拉地地区小水水电开发发”项目目、

19、CCIDAA 的“小小水电自自动化”项项目、联联合国基基金会的的“高性性价比小小水电机机电技术术转让”项项目、世世行的“小小水电可可再生能能源规模模化”项项目等，促促进了小小水电学学科的发发展。中中国研制制的小水水电设备备已出口口至包括括欧盟成成员国在在内的世世界上 40 多个国国家和地地区。近近 100 年来来我国还还为 660 余余个国家家培养了了约近万万名工程程师，将将中国小小水电的的实用技技术和经经验介绍绍到了世世界各地地，中国国代表还还因此获获得了联联合国开开发署“实实现千年年发展目目标”特特别奖。 （二）国内内外主要要小水电电技术和和特点比比较 1. 小水水电机电电设备技技术比较较

20、 （ 1 ）小小型水轮轮机。混混流式水水轮机最最高模型型效率已已达到 94.2 ，处于于世界先先进水平平。型轴轴流式机机组传统统结构分分发电机机层和水水轮机层层，现合合并为单单层结构构，简化化了水工工建筑物物布置。采采用电动动调桨技技术，改改变了传传统的水水轮机液液压调桨桨方式，属属国际首首创，获获得国家家专利。贯贯流式水水轮机采采用双向向发电、双双向泄水水，具有有世界先先进水平平，填补补了我国国潮汐能能开发的的空白，获获国家科科技进步步二等奖奖。冲击击式水轮轮机采用用水斗根根部加厚厚、水斗斗数适当当减少的的新结构构，国际际同类产产品未见见报道。斜斜击式水水轮机扩扩大了比比转速范范围，应应用水

21、头头提高到到 4000m ，大大大高于国国外推荐荐的同类类产品应应用水头头 1220m 。 （ 2 ）小小型水轮轮发电机机。广泛泛采用新新技术、新新结构、新新材料，但但在结构构设计、加加工工艺艺、使用用材料等等方面与与国外相相比仍有有一定的的差距。 （ 3 ）微微型整装装机组。品品种系列列多，技技术上处处于国际际领先水水平。水水轮机转转轮采用用不锈钢钢精密整整体铸造造新工艺艺，发电电机采用用稀土永永磁发电电机，无无碳刷无无励磁系系统，并并利用电电子技术术解决了了微水电电机组电电压难以以稳定的的难题，提提高了微微水电设设备运行行的安全全性和简简便性。还还研制了了微水电电活动电电站及箱箱式微水水电

22、发电电机组等等。 （ 4 ）电电气设备备。广泛泛采用计计算机和和信息化化技术，提提高硬件件和软件件的可靠靠性，监监控系统统网络化化，便于于操作维维护。对对水电站站进行自自动控制制、自动动调节、自自动保护护、数据据自动采采集记录录、事故故故障自自动记录录与处理理，使水水电站运运行实现现高度自自动化，做做到少人人值班或或无人值值班，提提高电站站运行的的经济性性、可靠靠性和安安全性，但但以信息息化、自自动化为为特点的的高科技技产品的的研发方方面与国国外尚有有一定的的差距。 （ 5 ）辅辅助设备备。自动动调速器器、重锤锤式阀门门、低速速及无须须括瓦的的轴承及及低噪音音增速器器等产品品技术发发展迅速速，

23、零部部件质量量有了较较大改进进，性能能接近国国际同类类产品。 （ 6 ）标标准化生生产。国国外小水水电设备备多是单单件生产产，具有有工序多多、成本本高的缺缺点。与与国外不不同，我我国颁布布了小型型水轮机机的行业业标准，与与水轮机机配套的的发电机机、调速速器和闸闸门也进进行了系系列化设设计。近近年来以以各研究究单位和和设备厂厂家的系系列编号号，一些些性能参参数较高高、具有有国际先先进水平平的转轮轮投入了了应用。 2 小型型水工建建筑物特特点和技技术比较较 （ 1 ）低低坝引水水建筑。低低坝设计计只作稳稳定安全全分析计计算而不不作坝身身结构应应力分析析。在做做稳定分分析时，使使用剪摩摩公式而而不使

24、用用纯摩公公式，因因坝体应应力小而而可不使使用重力力式实体体混凝土土结构，以以降低造造价。硬硬壳坝的的采用便便是典型型的实例例。 （ 2 ）无无压进水水口的防防沙排沙沙措施。如如底栏栅栅引水结结构始建建于奥地地利蒂罗罗尔地区区，我国国引进后后，已作作了较深深入的研研究和改改进。另另一种沉沉沙槽式式取水结结构始建建于印度度，经我我国研究究改进，采采用进水水闸与坝坝轴线斜斜交的方方式，并并设置导导沙坎，改改进了闸闸前排沙沙和闸后后河床的的冲 举举问题，取取得了较较好的效效果，技技术处于于国际先先进水平平。无压压开敞式式在进水水口后采采用涡旋旋式沉沙沙池，可可处理全全部推移移质泥沙沙并能排排除 88

25、5 以上的的颗粒粒粒径小于于 0.05mmm 的的悬移质质泥抄，是是一种高高效节水水节能的的排沙技技术。 （ 3 ）厂厂房。小小水电的的厂房结结构形式式与机电电设备布布置直接接有关，其其厂房设设计和施施工已日日益新颖颖和现代代化。如如新的机机电设备备和自动动化技术术采用改改变了过过去的定定型设计计；重视视厂房外外观设计计，要求求与外部部环境相相协调；为防止止厂房内内噪声采采用了无无反射的的吸声材材料；新新结构的的小型立立式轴流流式水轮轮机采用用了单层层厂房等等。 3. 小水水电运行行、维护护和管理理方面的的技术比比较 我国为小水水电的运运行、维维护和管管理制定定了一整整套的规规范和标标准，是是

26、世界上上其他国国家少有有的，其其发展政政策和分分散办电电的机制制也为我我国所独独创，我我国已成成为全球球小水电电技术的的资源国国和示范范国，全全行业整整体上处处于国际际领先水水平。但但我国在在生态环环境的研研究、保保护方面面，在自自力工业业的改革革、运行行管理方方面，及及在部分分软科学学研究领领域仍与与发达国国家有一一定的差差距，需需要进一一步发展展提高。 四、战略需需求与发发展目标标 （一）学科科发展目目标 新时期小水水电学科科发展的的主要目目标是紧紧密结合合我国小小水电建建设任务务和国际际小水电电工程技技术领域域的发展展趋势，通通过技术术进步促促进学科科发展和和行业创创新，进进一步研研究如

27、何何发挥小小水电的的优势，实实现分散散方式的的农村电电气化，促促进绿色色电力和和竞争时时代的小小水电开开发；研研究如何何办好国国际小水水电组织织的总部部，积极极参与国国际竞争争，实施施小水电电走出去去战略，继继续保持持我国小小水电在在国际上上的领先先地位。 （二）学科科发展战战略需求求 1 小水水电行业业发展需需要有理理论指导导 中国小水电电是一直直以地方方为主建建设管理理的，以以往常被被当作小小规模低低等别的的发电工工程，在在市场竞竞争中处处于弱势势地位，后后来又出出现了全全国范围围内大电电“代管管”的情情况，缺缺乏把农农村水电电巨大的的社会、经经济、环环境效益益统筹考考虑，形形成一个个定位

28、准准确的行行业。为为此：亟亟待有一一种行业业理论来来指导新新时期农农村小水水电的发发展。 2 技术术创新需需要有一一个明确确的方向向 在小水电领领域，虽虽然我们们在实践践中已积积累了相相当多的的经验，有有的技术术还非常常独特，但但仍有许许多技术术领域有有待提高高，如小小水电设设备的标标准化、自自动化和和信息化化问题，高高海拔、无无实测资资料及边边远地区区小水电电的开发发如何规规划问题题。它既既不是大大水电技技术的缩缩小，也也不是以以往那种种小水电电技术的的简单重重复，需需要有一一个明确确的技术术创新方方向。 3 新时时期小水水电发展展需要一一种新的的机制和和发展模模式 以往小水电电多由地地方政

29、府府兴建，在在市场经经济条件件下，出出现了越越来越多多的独立立办电者者，需要要进一步步研究小小水电的的发展机机制。同同时随着着全国通通电率的的提高，孤孤立电网网越来越越少，需需要研究究新情况况下分散散方式办办电的特特点；并并需进一一步开展展小水电电的清洁洁发展机机制的研研究和水水能资源源有序开开发管理理的研究究。 4 开拓拓国际水水电工程程领域的的需求 随着经济全全球化和和对可再再生能源源的关注注，需要要博采各各国之长长，借鉴鉴和学习习国外先先进的小小水电技技术和管管理经验验，将我我国小水水电技术术和经验验向广大大发展中中国家转转让，实实现中国国小水电电全行业业走出去去已经成成为全国国水利行行业需要要考虑的的重大问问题，需需要通过过技术进进步进一一步树立立中国小小水电的的著名品品牌。 五、学科发发展对策策与建议议 （一）小水水电学科科发展的的重点领领域 1. 建立立完善小小水电学学科的理理论体系系 经过多年发发展，无无论从发发展规模模、从行行业性质质和特点点看，还还是从长长期以来来逐步形形成的我我国小水水电的规规划、设设计、施施工、运运行和管管理方法法看，作作为一