小水电站经营收益与可持续发展探讨

摘要 对不同类型小水电站的自然条件、装机容量进行分类，分析不同类型小水电站在生产经营中存在的问题，并提出有针对性的发展建议，并对小水电站未来可持续经营进行探讨，以为小水电站的发展提供理论参考。

关键词 小水电站；运营管理；现状；对策

中图分类号 TV742 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）06-0202-03

经济的快速发展，使我国成为一个能源消耗大国，出现了能源短缺、供应紧张的情况。我国山区面积占国土面积的65%以上，垂直落差给山区水电开发创造了天然条件。在山区建设小水电站可以对现阶段我国电力需求紧张的矛盾予以缓解，同时小水电站的建设也可以提高农民生活水平。随着电力设备的不断改进，我国小水电站建设得到较大发展，在农村地区建设了很多国有、集体与个人所有制小水电站，小水电站通常库容小，落差较高，流量受制于坝头上游的汇水面积与森林植被覆盖状况，汇水面积在水电选址时已被限制，通常较难改变，而上游的植被覆盖对自然降水的再调节影响很大，直接影响小水电站的运转时数与额定功率的输出，进而影响小水电站的经营效益。此外，影响小水电站效益的因子还包括设备、管理等[1-3]。该文对影响水电站经营效益的因子进行探讨，提出改善小水电站经营状况的措施，以为我国小水电站运营现状及解决对策提供理论参考。

1 小水电站经营现状

目前，我国小水电站经营效益不均衡，有的经营效益变得更好，有的效益降低，有的已没有效益，面临停产状态。经调查分析，可分成四大类：一是装机在500 kW以下；二是装机在500～1 000 kW；三是装机在1 000～5 000 kW；四是装机在5 000 kW以上。第1类小水电站目前经营状况多数不好，该类电站通常汇水面积小，库容也小，直接受上游来水量限制，加上上游植被对水分再分配的影响，上游植被决定小水电站运行利用时数。近年来，因大量天然林被人工林所替代以及气候变化，上游植被对水分再分配的影响能力减弱，特别是冬季，该类型小水电站现多数已难以正常运行，总体经营效益已变得很差，许多电站处于半经营状态。第2类电站的影响因子基本与第1类相似，但第2类电站有更大的汇水面积和更好的自然条件，如落差较大，库容相对也较大，能做到日间数小时调节，目前经营效益基本能持平或小有盈利，回报率已经不高，需要更改设备，提高管理水平，以改变其经营效益。第3类通常属于小流域电站，有较大的库容与大的汇水面积，上游小面积的植被对其影响较小，区域植被对其有较大的影响，年降雨量与季节性降雨影响较大，目前该类电站只要管理好，就能有较好的经营效益。第4类通常属于较大流域的电站，有的上游还有大型的调峰水库，该类型电站受上游调峰水库的影响，有较均衡的水流量，运转较为稳定，只要管理与设备正常，则经营效益良好。上述不同装机容量小水电站由汇水面积差异决定，也影响着经营效益[1-3]。

2 影响因子分析

2.1 森林植被现状及其对山区水分再分配的影响情况

在20世纪90年代以前，我国大流域水电站发展相对滞后，农村小水电站是当时农村主要供电来源，在当时农村经济发展中起到重要作用。当时小水电站规划建设，主要依据当时的历史水文条件设计的高落差与小库容方案，而当时所设计的小水电站上游植被大多数为天然林或天然次生林，水源涵养与降水调节好，季节性水分再分配相差较小，如在闽中的冬季少雨季节，有较好的水资源来供应小水电站发电。但随着天然林植被被人工林所取代，植被对水源涵养与降水再调节能力的减弱，小水电站上游的净流量随着降雨季节性变化而表现出较大的差异，出现雨季多洪水，地表净流量大，雨后净流量骤减，导致水流量不均衡，电站运行有效时数减少，枯水季节延长，丰水季节明显变少。虽然区域年降水量总数基本相同，因植被调节减弱，丰水期净流被浪费，枯水期水量减少，降低区域净流量利用率，影响发电效率。目前，小水电站上游植被变化直接影响流域水资源再分配，是影响小水电站经营效益的重要因子。

2.2 库容容量

水库库容是影响水电站持续运行的重要因子，库容小的水电站，可调节的水容量小，只能依赖于水库上游的汇水区净流量，汇水区净流量受降雨量与植被覆盖率及植被类型影响，属于自然性质，不受人力所控制，植被生长状况受社会发展等因子影响，对于小水电站而言，上述因子难以控制。对小水电站持续运行人为可控制的重要因子是小水电站库容量，通常小水电站库容容量都较小，只能起到数小时的调节。在丰水季节，数小时调节库容可较好地满足机组正常运行，但在枯水季节，上游净流量减少，仅靠小库容难以满足机组正常运行，小水电站需要通过库存容量改变日发电时间，以满足用电需求。如果库容过小，则难以起到调节作用，在枯水季节，因上游净流量小，水能过小，发电效率太低，不能正常发电，在枯水季节，不能实现效益，所以小水电站的库容在丰水期作用是保障机组满负荷运行，在枯水季节能使小水电站实现半运转，有效增加经营效益，适宜的库容对小水电站经营效益具有重要作用。

2.3 装机设备

乡村小水电站多数为早期建设，部分为20世纪90年代建设，21世纪后小水电站建设较少。从小水电站建设时期可知，20世纪建设的小水电站，装机设备基本属于早期水电设备技术，设备较为落后，机组发电效率相对较低，在投资成本基本一致的情况下，发电效率直接影响经营效益。随着科学技术的进步，小水电站设备技术得到很大改善，在同等自然条件下，可获得更高的电能，有效提高发电效率，相同成本经营利润将得到明显提高。目前，技术研究发展主要集中在新材料，如超导体发电机和流速发电等领域，可有效提高机组效率，降低成本并提高经济效益；同时通过环境友好的小水电设计，如设定合理的生态流量等，可以减少小水电站对环境的负面影响[3-5]。现代小水电站经营规模小，利润额也很小，而装机设备的发电率将直接影响利润率，也直接限制小水电站可持续经营。

2.4 输出线路

小水电站分布点通常处于离城镇较远的山区，电能输出距离较远，而电能输出的线路损耗是必须的，但损耗量与输出距离、输送电压密切相关，输出距离短、电压高，则输出线路损耗就较小，输出距离长、电压低，则输出线路损耗就大。如果小水电站的输出距离基本确定，则输送电压直接影响线路输出损耗。在设计时，应计算好变电设备投资与线路损耗比例，使投资与损耗达到合理。对于早期的小水电站，许多输送电压低、线路差，线路损耗很大，电能利用率明显较低，使经营效益损失在设施方面，造成直接经济损失[6]。从上述不同类型电站可知，装机容量越大，输送电压在设计时已得到较好考虑，线路损耗达到合理状态，装机容量越小的电站，线路损耗将占更大比例，这也造成较小装机水电站目前所面临的困境。

2.5 企业管理

许多水电企业管理人员普遍认为，水电企业的效益主要依赖于自然降雨，风调雨顺的年份，自然会取得良好的效益，一旦遇到干旱年份，再好的管理水平也是徒劳无功。对于水电经营，依赖于自然条件的力度确实大于管理，只要不出现严重管理决策问题，经营效益主要由年度降雨分配量与均匀状况决定，年降雨量大，分配均匀，满负荷发电时数高，总发电量多，同比年度经营效益也得到增加。年度降雨量相对减少，且降雨相对集中，该年份属于干旱年份，发电量自然减少，甚至许多水被用于灌溉，造成无法发电，这是自然因子对发电的影响。但是良好的管理，可以更好地利用自然条件，产生更高的发电效能。对于上述4种类型的电站，第3、4类电站都属于有一定库容的小型水电站，加强经营管理，可更合理利用库容调节发电，增加发电的有效时数。有些因管理不完善，在丰水期没有充分发挥库容作用，浪费水资源，在枯水期没有掌握好日发电时间段，造成发电效益不佳。事实上，小水电站的合理管理对提高经营效益具有良好效果，可通过管理来弥补自然条件的不足[6]。

3 发展建议

目前，不同类型小水电站因自然条件的差异、设备原因与管理状况，会产生较大差异的经营结果。从所存在的问题分析，有些因子是无法克服的，有些因子可通过人为措施改善经营状况，有些自然因子可通过人为措施进行合理调节，并被有效利用。针对所存在的问题，该文提出部分相关建议，以改善小水电经营，使一些面临关停的电站能够取得一定经营效益，使一些微利电站能获得更好的经营效果。

3.1 鼓励或参与电站上游林业经营

电站上游森林植被直接影响降雨量的调节，对合理利用汇水区净流量具有自然调节的结果。对电站上游森林植被的经营与保护，对于装机容量较小的电站显得尤为重要，森林植被对小机组电站影响力更加显著。小水电站可根据相关林业经营政策，让上游森林植被更多的进行近自然林业经营，减少林地砍伐，或者利用资金诱导形式，用电价的一部分资金，补贴林业生产经营成本，让林农愿意接受择伐经营，有效减少林地；电站在经营许可的情况下，参与上游林业经营，利用现有林业政策，购买或入股上游林业经营，提高上游森林植被的生态功能，更好地进行水源涵养与降水调节，更合理地分配水资源，增加电站有效运转时数，这样对小电站经营可起到较好的作用，对那些面临关闭的电站具有更好的效果。

3.2 扩大流域汇水面积

对于装机容量小的第1、2类小水电站，原来仅供应邻近村庄用电，不与电网并网，属于独立供电；第3、4类小电站多数原已并入地方电网，不直接针对地方供电。根据上述各类型小水电经营存在的问题，特别是第1、2类小水电站，因早期设计局限于小区域供电或投资资金与技术问题，缺乏整体规划，电站所控制流域面积相对小，水资源供应不足，影响电站满负荷运转，在枯水季节还处于半运转状态，有的因来水过小而处于被迫关停状态。随着电力农网改造实施，原第1、2类小水电都统一并到电网，并网改造后统一由电网供电，实行厂（站）分离，第1、2类电站也不直接向用户供电，经营状况直接与电网结算，电站经营模式发生变化，小水电站的权属也发生变化。小水电站可根据更大流域进行规划，对于邻近而又没有建设小电站的流域，可通过现代技术进行隧道引流扩大原电站的汇水面积，有效增加原电站水资源。择优选点规划，对可开发的电源点进行重点研讨，分别从工程地质、水文、电网、建材、交通等方面进行综合研究，计算出各规划点的投入、产出等综合经济指标，分流域按优劣进行排队，再根据排队顺序及融资能力进行开发，达到择优开发的目的。对小水电站进行新的规划与改造时，试行总价设计，运用新技术、新产品，合理选用安全系数，降低新规划小水电站工程造价的技术措施，在保证安全及工程运用功能的基础上想方设法地减少工程量，节约工程投资。即由水能规划的电站设计发电量，结合现行市场上网电价测算售电收入，按预想投资回报率加常规运行费用反推出工程总造价，在总价的范围内进行设计，提高设计质量。

3.3 改善水库库容

小水电站经营根据目前的运行情况，并网后的小水电站，有些进行流域新的规划设计后，可在新并入流域建设有效库容，增加原小电站总库容量，改善原电站库容调节能力，使并网后新规划电站有效运转时数增加，提高经营效益。

3.4 更换装机技术设备

我国许多早期建设的小水电站经过多年的使用，发电设备和防汛设备已严重老化，且技术设备普遍落后，这些都严重影响着我国小水电站的经营效益和正常运用。随着水电设备技术的开发，目前欧洲对小水电站的技术在“超导体发电机”和“流速发电”得到突破，可有效提高小水电站发电效率，一定层面上也反映了世界小水电站的技术发展趋势。“超导体发电机”和“流速发电”是对传统小水电的技术革命，符合我国“战略性新兴产业”培育与发展的目标[3-4]。我国作为世界小水电站数量和装机容量最多的小水电大国，可通过政府补助形式，推动小水电站设备更新，充分利用我国山区水利资源，提高水电这一环保可再生能源，对环境改善与能源危机有着重要意义。

3.5 加强企业管理

我国小水电站通常处于偏远山区，尤其是1、2类型小水电，早期多数为各个区域政府或村集体所有，具有一部分公益性质，小水电站往往存在责任不明的问题。水电单位在人员、机构、资产等方面存在分配体制和人事体制方面问题，降低了管理人员责任心，且有些管理人员素质偏低，也影响整个单位的积极性，导致管理差错多，设备故障率增加，生产成本提高。近几年，随着农村电网改造实施，小水电站并入电网，许多小水电站的所有权性质发生变化，由原来的区域政府或村集体所有，转为股份制企业或为大发电企业所购并，对于大发电企业所购并的小水电站，在技术方面得到有效改善，但管理成本上升，而转为股份制的，但技术维护上仍存在问题[6]。随着电力体制改革的深化及市场经济的不断发展，必须加强对小水电站的管理。首先从技术上加强对管理人员的培训，以提高发电效率，降低维护成本；其次充分利用电网不同时段的电价差，调节枯水期的发电时段，应用同样的发电时数来增加发电效益；再次利用现代科技手段，尽可能地运用远程操作系统与自动化技术管理小水电站；第四可对流域电站进行重新规划与布局，利用现代技术进行合理调水和利用水资源，提高对大流域发电效率，使水资源得到合理利用，提高经营效益。

4 小水电站可持续经营的意义与远景

小水电站是一种环保的可再生能源，是充分利用山区水利资源所产生的能源，合理利用可较大程度弥补我国能源不足的问题，减少化石能源应用，对降低二氧化碳排放具有重要意义，是各国政府鼓励发展的能源之一。在未来经营中，对于微利或无利的小水电，国家可采用补贴形式鼓励小水电站运行，以便更好地利用这一环保的可再生能源。

目前，超导发电机和流速发电技术研究取得实质性阶段研究成果，技术得到良好改善，有利于提高经营效益，国家层面将制订中长期研究、开发、推广超导发电机和流速发电技术在小水电站应用的规划[5]。

充分利用电力体制改革与市场经济发展，加强对小水电站管理。充分利用电网不同时段的电价差，调节枯水期的发电时段，应用同样的发电时数来增加发电效益以及对流域电站进行重新规划与布局，利用现代技术进行合理调水，合理利用水资源，提高对大流域发电效率，使水资源得到合理利用，提高经营效益。

5 参考文献

[1] 吕瑛.对小水电开发管理中主要问题及规范几点策略探究[J].华东科技，2012（9）：298.

[2] 程夏蕾，朱效章.小水电领域战略性新兴产业培育与发展[J].农村水电及电气化，2012（5）：1-5.

[3] 陈婷，戴庆忠.高温超导（HTS）同步电机的进展[J].东方电机，2011（3）：85-90.

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[5] 程夏蕾，赵建达.超低水头小型水电站技术发展[J].小水电，2009（2）：6-8.

[6] 王昌六.岳西县小水电开发思路与具体做法[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2012，12（3）：60-61.