松華壩水源保護區(qū)新能源結(jié)構(gòu)研究

李麗珍

(昆明市環(huán)境科學研究院，云南昆明650032)

松華壩水源保護區(qū)新能源結(jié)構(gòu)研究

李麗珍

(昆明市環(huán)境科學研究院，云南昆明650032)

分析了松華壩水源保護區(qū)新能源利用現(xiàn)狀及存在的問題，在此基礎上，對保護區(qū)新能源結(jié)構(gòu)進行了規(guī)劃，并進行了經(jīng)濟技術(shù)分析。

新能源;結(jié)構(gòu);現(xiàn)狀;規(guī)劃;水源保護區(qū);松華壩

1 松華壩水源保護區(qū)新能源利用現(xiàn)狀及存在問題

1.1 松華壩水源保護區(qū)農(nóng)村概況

1.1.1 水源保護區(qū)概況

松華壩水源區(qū)是昆明市市級自然保護區(qū)，保護區(qū)面積629.8km2，主體為松華壩水庫。松華壩水庫位于昆明市北郊，黑龍?zhí)稏|北面，西鄰上壩村。距昆明14km，海拔1937m。元代依松華山谷筑壩而得名。1958年在元代松華壩舊址新建大壩。徑流面積約600km2。最高水位海拔1941m。庫容2.19億m3。水源區(qū)河流屬長江水系、金沙江流域，主要入庫河流有牧羊河和甸尾河。牧羊河全長50km，控制徑流面積373km2;甸尾河全長20km，控制徑流面積149 km2。兩河在境內(nèi)寺山和獅子山之間匯合后流入松華壩水庫。水源區(qū)內(nèi)年產(chǎn)水量約1.99億m3，日供水45.7萬m3。其保護范圍行政區(qū)劃涉及盤龍區(qū)的雙龍鄉(xiāng)及松華鄉(xiāng)、滇源鎮(zhèn)及阿子營鄉(xiāng)。

1.1.2 能源利用情況

目前松華壩水源保護區(qū)廣大農(nóng)村仍以柴薪能源為主，其次包括煤、液化石油氣、電、太陽能、風能、沼氣。查閱云南省數(shù)字鄉(xiāng)村網(wǎng)(www.ynszxc.gov.cn)，通過咨詢各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府，并結(jié)合現(xiàn)場公眾參與調(diào)查結(jié)果，得出水源保護區(qū)現(xiàn)有能源利用情況為:72.8%的住戶燒柴，56.4%的住戶使用液化氣，93.6%的住戶用電，15.1%的住戶使用太陽能，10.2%的住戶使用沼氣，詳見表1。

表1 松華壩水源保護區(qū)現(xiàn)有能源利用情況(戶)

據(jù)調(diào)查，水源保護區(qū)雖已實施禁煤，但居民家庭燃用蜂窩煤仍較為普遍，尤其是冬春季節(jié)。

1.2 現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)存在問題

1.2.1 環(huán)境污染及生態(tài)破壞

空氣污染。薪柴、煤、液化石油氣等傳統(tǒng)能源燃燒過程中，產(chǎn)生煙塵、SO2、CO2等氣體，污染環(huán)境空氣。

水污染。以上能源燃燒不直接造成水污染，而是通過間接的途徑影響水環(huán)境質(zhì)量。例如使用薪柴造成大量森林資源破壞，會加劇水土流失，破壞森林的水源涵養(yǎng)能力，從而影響水資源及水環(huán)境質(zhì)量。燃煤產(chǎn)生的煤渣存放不當，其淋溶水進入地表水體，也將對地表水體造成影響。農(nóng)村大量牲畜糞便、農(nóng)業(yè)垃圾得不到利用，隨意丟棄，極易污染水環(huán)境。

固體廢物污染。使用薪柴、燃煤產(chǎn)生的灰渣造成固體廢物污染;農(nóng)村大量牲畜糞便、農(nóng)業(yè)垃圾對環(huán)境產(chǎn)生污染。

生態(tài)環(huán)境破壞。查《昆明植被》，松華壩水源保護區(qū)的植被類型包括常綠闊葉林、硬葉常綠闊葉林、落葉闊葉林、暖性針葉林。使用薪柴、燃煤產(chǎn)生的灰渣占用土地;使用薪柴造成大量森林生態(tài)資源破壞。松華壩水源保護區(qū)面積629.8km2，森林覆蓋率63%，即森林面積約為396.77km2。根據(jù)公眾參與及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府提供的統(tǒng)計資料分析，松華壩水源保護區(qū)戶均薪柴用量1442kg/(戶·a)，水源保護區(qū)使用薪柴戶數(shù)為16770戶，則薪柴用量約為2.42×104t/a(干木材)。水源保護區(qū)林木蓄積量以300m3/hm2計，則總的林木蓄積量約為1.19×107m3，約合7.14×106t干木材。即水源保護區(qū)森林砍伐量占總蓄積量的3.4‰，因燃燒薪柴被砍伐的森林面積每年約為1.35km2。

1.2.2 資源浪費

傳統(tǒng)能源中，煤、液化石油氣等均屬于不可再生能源，水源保護區(qū)現(xiàn)有能源中，除電力資源外，其他資源均可采用新能源或電進行替代，減少約30230t標準煤的薪柴及煤用量。

1.2.3 經(jīng)濟性差

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，水源保護區(qū)每個家庭平均每月所用燃料費(包括煤、液化氣、電、薪柴等)約為126元。根據(jù)經(jīng)濟效益分析結(jié)論，使用新能源后，可節(jié)省開支約77元/月。

2 新能源結(jié)構(gòu)規(guī)劃

2.1 幾種能源對比

2.1.1 太陽能

太陽能不會對環(huán)境造成任何污染，所以被稱為綠色清潔能源。人類直接利用太陽能還處于初級階段，主要有太陽能集熱、太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能暖房、太陽能發(fā)電等方式。

(1)優(yōu)點

普遍:太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運輸。

無害:開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴重的今天，這一點是極其寶貴的。

巨大:每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于130萬億t標煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。

長久:根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億a，而地球的壽命也約為幾十億a，從這個意義上講，太陽的能量用之不竭。

(2)缺點

分散性:到達地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1m2面積上接收到的太陽能平均有1000W左右;若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1/5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當大的一套收集和轉(zhuǎn)換設備，造價較高。

不穩(wěn)定性:由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機因素的影響，到達某一地面的太陽輻照度是間斷又極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。

效率低和成本高:目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因為效率偏低、成本較高，經(jīng)濟性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當一段時期內(nèi)，太陽能利用的進一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟性的制約。

2.1.2 風能

風能是一種干凈的可再生能源。

優(yōu)點:蘊量巨大、分布廣泛、可以再生、無污染。對于風力發(fā)電而言，大型系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)供電可靠性高，運行維護成本低;小型系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)發(fā)電量較高，系統(tǒng)造價較低，運行維護成本低。

缺點:密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大、風能的廣域分散性、隨機性和能量的低密度性。大型風力發(fā)電系統(tǒng)的缺點是系統(tǒng)造價高;小型風力發(fā)電系統(tǒng)的缺點是發(fā)電機可靠性低。

2.1.3 沼氣

在廣大農(nóng)村，秸桿、糞便產(chǎn)生量大，可進行沼氣的綜合利用。沼氣屬于清潔能源，開展農(nóng)村沼氣建設，將人畜糞便通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，用于炊事、照明和動力燃料，既可解決農(nóng)村地區(qū)的能源短缺問題，也可以滿足廣大農(nóng)民對使用優(yōu)質(zhì)、清潔能源的需求。

優(yōu)點:為可再生能源，可實現(xiàn)廢棄物綜合利用;原料成本低，能源供給相對穩(wěn)定(冬季需適度加熱);技術(shù)較為成熟;安裝成本低。

缺點:占地面積較大，需要有穩(wěn)定的原材料供給;非正常運行時會產(chǎn)生異味。

2.1.4 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電的基本原理是“光伏效應”，即利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。該技術(shù)在工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)、通訊、航標、陰級保護、科研工作、城鄉(xiāng)居民生活等方面均有較好的應用前景。也屬于太陽能綜合利用技術(shù)。

優(yōu)點:應用范圍十分廣泛，為可再生能源，無枯竭危險;清潔、無污染外排;無需消耗燃料或架設輸電線路就可就地發(fā)電供電，即使在復雜地形地區(qū)也可采用;能源利用率高，建設周期短。

缺點:受氣象條件制約，運行條件受四季、晝夜、陰晴條件影響較大;投資相對較大，財政補貼壓力較大，若產(chǎn)生的電力需接入電網(wǎng)則要增加相應設備及投資;該能源儲備相對較為困難;設備升級較為困難。

2.1.5 各種新能源利用方式對比(表2)

表2 松華壩水源區(qū)新能源利用方式對比

2.2 水源區(qū)總體能源結(jié)構(gòu)研究

總體能源結(jié)構(gòu)研究結(jié)果為:太陽能利用率82%，沼氣13%，風能6%，電100%，液化氣66%，煤2%，柴0.4%，光伏發(fā)電0.1%，詳見表3。

表3 松華壩水源保護區(qū)總體能源構(gòu)成比研究結(jié)果

2.3 典型家庭能源結(jié)構(gòu)研究(表4)

表4 折合成標煤后典型家庭能源用量

3 經(jīng)濟技術(shù)分析

3.1 社會效益簡析

3.1.1 為昆明城市優(yōu)質(zhì)水源提供保障

松華壩水庫承擔著昆明城市約50%的供水量，與上百萬居民的直接生存條件密切相關(guān)。使用新能源，一方面增加森林覆蓋率，涵養(yǎng)水源，保護水質(zhì);另一方面，通過提高水源區(qū)居民生活質(zhì)量，也將間接提高居民的環(huán)保意識，更好地保護飲用水源。

3.1.2 提高水源保護區(qū)群眾生活質(zhì)量及環(huán)保意識

松華壩水源保護區(qū)面積629.8km2，保護區(qū)內(nèi)現(xiàn)有居民23022戶，85934人。為保護水源，保護區(qū)人民近年來作出了很多犧牲:水源區(qū)無法發(fā)展第二、第三產(chǎn)業(yè)，為了保護水源，減少面源污染，農(nóng)民賴以生存的土地也將改為林地，禁養(yǎng)畜禽。水源區(qū)農(nóng)民的收入無法保障，農(nóng)民生活質(zhì)量得不到較大提高，政府相關(guān)補償機制尚未健全。在此情況下，引導水源保護區(qū)群眾使用新能源，采用政府投資與村民自籌一部分資金相結(jié)合的方式，將提高水源保護區(qū)群眾的生活質(zhì)量。另據(jù)公眾參與調(diào)查的結(jié)果，村民對使用新能源均較為歡迎。并且通過該方式，居民的環(huán)保意識也將進一步得到提高，亂堆垃圾、亂排糞(污)水等現(xiàn)象也可減輕。

3.1.3 可再生能源得到充分利用

太陽能是重要的可再生能源。在昆明地區(qū)，太陽能資源較為豐富，年日照時數(shù)約為2481.2h，日照率達57%，太陽能年輻射總量為5182.88兆J/m2·a。

另外，云南多數(shù)山區(qū)風能分布廣泛，在冬春季風能極具開發(fā)價值，山區(qū)若再考慮海拔高度的影響，則風速隨高度增高而加大，不僅是中型風力機的可開發(fā)地區(qū)，且在某些特殊位置亦是大型風力機的可開發(fā)地區(qū)。

太陽能和風能是一種取之不盡、用之不竭、無污染的可再生能源，這樣得天獨厚的風能、太陽能資源，如果不充分利用，將白白浪費。

3.2 環(huán)境效益簡析

減少森林砍伐面積1.35km2，對于保護森林生態(tài)資源，提高水源涵養(yǎng)率具有重要意義。根據(jù)環(huán)境影響預測結(jié)果，新能源使用后，將減少廢氣、廢水排放量，減少固體廢物堆放量，獲得良好的環(huán)境效益。如果再結(jié)合水源保護區(qū)水污染防治工程、垃圾處置工程實施，將取到更好的效果。

3.3 經(jīng)濟效益分析

3.3.1 投資估算

一次性投資包括太陽能設備、風力發(fā)電機、沼氣池、光伏發(fā)電設備等，其中太陽能設備一次性投資約為2500元，風力發(fā)電設備一次性投資約為1500元，沼氣池一次性投資約為1500元，光伏發(fā)電投資按1000元;參照公眾參與調(diào)查結(jié)果，太陽能設備投資按政府投入2000元，居民自行投入500元;風力設備、光伏發(fā)電設備作為試點，均由政府投資;沼氣池的建設考慮由政府投資;日常維護費用由居民自行擔負。另外，日常電費由政府及居民各承擔一部分;液化氣使用費由政府補助。政府投入部分可考慮從受益人(即用水者)交納的水費中開支。

居民投入。居民家庭一次性投資約500元，日常使用費約197元/a，具體如表5所示。

政府投入。政府補助太陽能、風力發(fā)電設備、光伏發(fā)電設備、沼氣池一次性投資費用以及補助電費、液化氣使用費，以投資期限為15a計，總計需投入36912.8萬元。具體投資估算見表6。

表5 居民家庭投資估算表

表6 政府投資估算表

3.3.2 經(jīng)濟評價

居民投入部分。通過進行經(jīng)濟損益分析，從單個家庭的投入情況來看，年均可為每個家庭節(jié)省約919元的能源使用費。具體如表7所示。

表7 居民家庭經(jīng)濟損益分析表

政府投入部分。政府投入新能源設備一次性投入及電費、液化氣使用費日常貼補等，年投入約2460萬元。

采用影子工程法，影子工程法又叫替代工程法，采用森林的水資源涵養(yǎng)能力進行替代。

這一理論數(shù)學模型為:

式中:V—替代工程價值，萬元;n取1;

GX1—水資源涵養(yǎng)費，萬元

式中:Q—森林的降水貯存量，t;

J1—有林地降水量，t;

J—林區(qū)總降水量，t;年降水量取994mm;林區(qū)總面積按629.8km2;

R—森林降水貯存量(即森林涵養(yǎng)水源量)占有林地降水量的百分比，取30%;

R1—森林覆蓋率，63%;林地面積396.8km2。

P—單位蓄水費用，3.2元/m3。

本項目V=37864萬元/a。

由此可見，本項目的經(jīng)濟效益顯著。

［1］張堅，馬蘭.松花壩飲用水源地調(diào)研報告［Z］.昆明市環(huán)境科學研究院，2004.

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The Research on the New Energy Structure in Songhuaba Drinking Water Source Reserve

LI Li－zhen
(Kunming Institute of Environmental Science，Kunming Yunnan 650032 China)

The current use of the new energy resources and its problems have been analyzed for Songhuaba Drinking Water Source Reserve.Then a planning is made for its new energy structure，together with the economic and technical analysis.

new energy;structure;current situation;planning;drinking water source reserve;Songhuaba

X21

A

1673－9655(2012)02－0026－05

2011－11－17