中國小水電科技發展趨勢研究

喬海娟，周衛明，張叢林

(1.水利部農村電氣化研究所，杭州 310012；2.中國科學院科技政策與管理科學研究所，北京 100190)

小水電是國際公認的投入產出比較高的清潔可再生能源，其回報率通常可達205～267，而太陽能、生物質能和風能分別僅為9、5～27和80[1]。1912年，石龍壩水電站建成發電，中國開啟了小水電發展之道路[2]。截至2014年底，全國累計建成小水電站超過4.7 萬座(5萬kW及以下)，使3億多農村人口告別了無電生活。同年底，全國小水電裝機容量達7 322 萬kW，相當于3個三峽水電站的裝機容量，年發電量2 281 億kWh以上，可替代7 400 萬t標準煤，分別減少CO2和SO2排放1.9 億t和178 萬t[2]。《“十三五”全國農村水電規劃》提出新增農村水電裝機600 萬kW，全國農村水電裝機容量超過8 100 萬kW；完成3 000座老舊電站增效擴容改造，開展綠色小水電建設，修復1 000條中小河流生態環境；建成200萬kW農村小水電扶貧電站，持續穩定幫扶100萬戶建檔立卡貧困農戶；實現農村水電安全生產“雙主體”責任全覆蓋，建成4 000座安全生產標準化達標電站；農村水電規劃和標準體系進一步完善，現代化水平全面提升。

必須指出的是，一直以來，科技因素對小水電的發展具有至關重要的支撐作用[3,4]。本文擬對中國小水電科技發展存在的問題進行全面梳理，進而提出小水電科技發展的任務建議，并制定趨勢圖。

1 小水電科技發展存在的問題

經過百余年的發展，中國小水電站的數量和裝機容量均居世界第1位，且遙遙領先，但科技發展仍面臨一系列問題，其對小水電的支撐作用有待進一步提高。

1.1 流域水電規劃與設計階段

(1)投融資方面，政府政策支持力度不夠，小水電企業信貸融資渠道單一、負債比例高，貸款難度大，阻礙了小水電的進一步發展。

(2)小水電站在全生命周期中面臨多方面風險，目前，國內在該領域僅于2014年頒布實施了《大中型水電工程建設風險管理規范》，該規范所涉及的風險因素絕大部分集中于經濟、社會和生態環境領域。此外，已有研究成果所提出的小水電風險因素亦有待進一步完善[5]。

(3)在小水電站設計過程中，對“一體化設計”的認識水平已有一定的提高，有關生態流量等“綠色水電”概念在規范中已有體現，但在項目的建設實施過程中仍有待深入探討。

1.2 電站建設運行階段

(1)我國尚未建立系統完整的農村小水電上網電價協調定價機制，定價方式主要采取政府定價，政府部門對農村小水電上網的最高和最低電價進行限定，降低了小水電站的盈利能力。主要問題包括：①缺少與小水電電價形成相關的法律、法規和政策。②現有上網電價測算機制不合理，定價方法不適應市場公平競爭的要求，導致上網電價偏低。③發電站(廠)、供電單位和用戶3者之間的利益難以協調，地方電網與國家電網、發電企業與電網、用電企業與電網之間的矛盾較為突出，利益相關方的協調機制嚴重缺失。④“廠電直供”方案難以實施。

(2)運行管理方面，小水電企業管理體制機制落后，員工技術水平偏低，嚴重制約小水電站運行管理的科學化和現代化。

(3)小水電安全生產工作存在的主要問題包括：①電站管理人員安全意識淡薄。②運行管理人員素質偏低，存在無證上崗現象。③監管機構不健全，監管力度不夠。④老電站安全隱患多，技改難度大[6]。

1.3 科研與設備制造

(1)在小水電站的建設和運行過程中，尚存在以下基礎性問題有待解決：①系統生物對外來強干擾的適應性機理尚不清楚，有待深入研究。②缺少量化小水電站建設對河流水沙變化影響的有效手段[7]。③已建小水電站的流域，水資源在工農業和生態環境間的配置方式有待進一步優化。④小水電梯級開發中，多級壅水建筑物的修建影響河流水質以及河道流態介質的內在機理尚不明確。⑤小水電站的宏觀經濟效益、社會效益和生態環境效益難以量化。

(2)在設備制造方面，國內設備廠商雖可滿足國外水輪機組“量體裁衣”的要求，但機組生產設計成本過高，競爭力不足。

2 小水電科技發展任務建議

小水電科技大致可以分為管理研究和應用研究2部分[8]。其中，管理研究指采用現代化的信息技術和控制手段，對小水電發展過程中涉及的體制機制演變和支持政策等方面進行研究，以引領小水電科技發展。應用研究通常具有較強的目的性和實用性，主要指在小水電領域進行的科技成果轉化，并通過生產實踐對小水電科技發展進行反饋。管理研究為應用研究提供指導依據，應用研究為管理研究提供實踐案例和效果反饋(見圖1)。

圖1 小水電管理研究和應用研究的邏輯關系Fig.1 The logical relationship of management research and application research

小水電科技發展總體思路：按照黨的十八屆五中全會和《“十三五”全國農村水電規劃》的要求，秉持“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，堅持小水電開發與自然相和諧，積極突破小水電發展中成本高、融資難以及水能資源配置不合理的3大瓶頸，大力發展“民生水電、平安水電、綠色水電、和諧水電”，支撐小水電可持續發展(見圖2)。

圖2 小水電科技發展總體思路Fig.2 The general idea of science and technology development of small hydropower

2.1 小水電科技發展的管理研究

新時期，小水電科技發展管理研究的根本是要正確處理政府、市場和社會3者的關系，最終形成以政府制度引導為核心，以政府調控和引導為主的社會參與，市場對小水電資源配置和管理的體系結構(見圖3)。

圖3 新時期中國小水電科技發展管理研究的戰略框架Fig. 3 The strategic framework of management research of small hydropower

2.1.1 政 府

(1)為實現水能資源的優化配置，建議：①建立健全相關法規體系，盡快出臺《農村水能資源管理辦法》，加快制定《農村水電條例》。②成立小流域綜合管理委員會，加強水利、環保、發改等相關部門的協調，編制小流域水能規劃，以“電站群”的方式實施管理。③構建小水電水能資源評價指標體系，合理界定小水電的技術、經濟和環境可開發量。

(2)在小水電投融資領域，建議：①借助“一帶一路”東風，加強小水電開發企業同國際金融機構的合作，建議金磚國家新開發銀行、亞洲基礎設施投資銀行等新興金融機構將小水電列為優先貸款項目，吸引國際資金助力中國小水電“走出去”。②出臺信貸、增值稅優惠等扶持政策，確保小水電項目順利實施。

(3)針對小水電領域存在的風險問題，建議從經濟、社會、生態環境、文化、政治5個方面進行分類，以期對存在的風險因素進行全方位的考慮，同時相關部門應加快有關規范、規程的編制工作。

(4)在改善民生方面，建議：①加大財政投入力度，積極推動小水電“精準扶貧”工作的開展，支持貧困地區合理開發小水電，重點選取部分水能資源豐富的貧困縣，研究采取“國家引導、市場運作、貧困戶持股并持續受益”的扶貧模式，建立貧困戶直接受益機制。②把小水電開發與農田水利建設、特色產業發展、生態環境保護等有機結合；③在以河流為單元進行生態修復和開展梯級聯合調度前提下，編制流域農村水電增效擴容改造方案(針對2000年及以前投產且滿足增效擴容改造要求的電站)。

(5)為了完善小水電建設運行管理，建議：①積極探索所有權、經營權、使用權分設的管理體制和“政府主導、企業運作、農民參與、協會監督”的運行機制，建立健全現代企業制度。②加大智力投資，加強電站職工培訓，進一步提高其整體素質和競爭力。

2.1.2 市 場

(1)在小水電投融資領域，建議：①實施小水電站資產證券化，發展與小水電產業相關的綠色股票，鼓勵社會資本投資小水電，建立小水電綠色發展產業基金。②成立小水電融資中介公司以及企業財務公司，協助中小民營企業在投資開發小水電的過程中解決融資前期資金以及知識儲備不足等問題。③加快推動實施清潔發展機制(CDM)，構建更為完備的管理體系(包括：中央層面的CDM項目主管機構以及其下屬的級主管部門)，規范中介咨詢市場，綜合運用法律、行政、經濟、科技和宣傳等多種手段，調動利益相關方的參與積極性 。

(2)針對小水電上網電價存在的問題，建議：①綜合考慮標桿電價的測算參數、裝機容量、庫容調節系數、增值稅、平均社會生產成本、利潤、稅金、市場供求及政策變化等因素，構建更加合理的電價形成機制，完善電價聽證制度。②考慮老舊電站、改造以及新建電站的差異性，建立合理的小水電上網調價機制。③建立水生態保護的電價激勵機制。④完善利益相關方的協調機制，包括在發電端，鼓勵地方小水電企業按各自產權比例持股建立地方發電公司，參與發電端的競爭；在配電端，小水電企業的供電區并網以形成地方電網，組建獨立的地方配電公司，參與配電端的競爭。⑤鼓勵有條件的地區小水電站與用電企業間自愿開展直供電，電價由雙方協商確定，輸配電價執行國家標準。

2.1.3 社 會

(1)重視獲得非政府組織的支持，保持溝通渠道通暢，創造相互學習交流的機會，根據項目需要聘請其作為專業顧問。如：在水電站投資項目中，可就生態環境保護、資源利用等方面的問題，接洽專業的非政府組織，獲取咨詢及建議，提高項目質量。加大輿論宣傳力度，爭取社會各界的理解和支持，為農村水電發展營造良好的氛圍。

(2)建立涵蓋資源、規劃、審查、建設、運行、統計、安全、環保等領域的小水電開發全過程的信息應用及發布平臺，實現水能資源規劃、建設及運行過程無縫銜接，適時披露信息并接受外界監督，鞏固和維護水電企業形象。加強國際小水電中心和亞太小水電研究培訓中心在中外小水電科技交流中的橋梁作用，建立系統有效的合作機制。

2.2 小水電科技發展的應用研究

為確保我國小水電科技發展，在應用研究方面，仍有若干方面需進一步發展和提高。

(1)在小水電設計理念方面，需改變傳統的“在安全、技術可行、經濟合理的前提下，再考慮生態環境問題”的思維，而是向“綠色水電、生態水電”的方向發展，提高對國際流行的“一體化設計”理念整體認知度[9]。同時，依托我國現有的水能資源，在已建水庫的下游，可以考慮增設綠色生態機組，以提高水能資源的利用率。

(2)在小水電開發中，應加強其機理方面的研究：①為降低強干擾對河流系統生物的不利影響，未來應加強對系統生物自調節機理的研究。②進一步量化小水電站建設對河流水沙變化影響，防治水土流失。③研究避免水體富營養化的臨界流速，通過小水電站調度，減少水質惡化帶來的損失。④通過構建可計算一般均衡模型，建立區域投入產出表，量化小水電社會效益、宏觀經濟效益和生態效益。

(3)在生態環境環保方面：①加強生態水工學理論研究和在小水電設計與建設中的應用，減少河流生態系統的影響，如加固岸坡，建設輔助性水工建筑，堤壩近自然化，種植植被等[10]。②加快推進綠色小水電評價工作，推廣綠色小水電建設在最小下泄流量監管、減水河段治理等方面的經驗，進一步規范綠色小水電的建設與管理工作，引導農村水電行業更好落實生態環境保護要求。③建設環境友好的小水電示范電站，擴大開發領域(如低水頭灌溉系統小水電站)。

(4)在小水電站運行方面，提高機組運行的安全可靠性：①電站運行應按照規程規范要求，采用“兩票三制”、檢修管理、設備評級等措施，提高機組運行安全可靠性。②加快小水電安全生產標準化管理，完善對安全工器具和備品備件的管理，設置安全警示標志標識。

(5)在信息技術方面：①建立基于GPS和GIS的小水電數據庫及仿真數字模擬系統。②融入“互聯網+”思維，以小水電智慧管理平臺(主要模塊包括：電站數據中心、傳輸網絡、視頻網絡、電站監控、大壩監控、水情測報、水庫調度及電站管理終端等)為依托，將各電站數據傳輸到數據中心，發展基于大數據的小水電信息挖掘以及電力智能預測業務，對電力設備的運行管理進行精準調度、故障診斷和狀態檢修等，建立小水電智慧管理新模式[11]。

(6)在小水電設備制造技術方面，以現有小水電科研平臺為基礎，加大高校和科研機構對小型水電的科研投入，引進消化吸收國外先進的小水電產品，提升設備的開發和改造水平，提高小水電設備制造廠商的整體競爭力[12]。

(7)加強對小水電跨學科研究，支持小水電行業與其他產業(如風能產業)間在設備制造和控制技術等方面開展合作，互通信息，以此避免科研資源的重復和浪費。

3 小水電科技發展的趨勢圖

從整體上看，各項任務之間要相互銜接，形成統一的時間表，中國小水電科技發展改革趨勢見圖4。

圖4 中國小水電科技發展趨勢圖Fig.4 The science and technology development trend of small hydropower

4 結 語

(1)從流域水電規劃與設計、電站建設運行和科研與設備制造3個方面指出了中國小水電科技發展存在的主要問題。這些問題不是孤立存在，而是相互聯系的，需要以系統性的思維統籌考慮加以解決。

(2)為破除制約小水電發展的主要瓶頸，從管理研究和應用研究2個維度提出了有針對性的任務建議。其中，管理研究為應用研究提供指導依據，應用研究為管理研究提供實踐案例和效果反饋。

(3)在此基礎上，制定小水電科技發展的趨勢圖，以期為小水電行業實現可持續發展提供借鑒。

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