中國(guó)小水電科技發(fā)展趨勢(shì)研究

喬海娟，周衛(wèi)明，張叢林

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

小水電是國(guó)際公認(rèn)的投入產(chǎn)出比較高的清潔可再生能源，其回報(bào)率通常可達(dá)205～267，而太陽能、生物質(zhì)能和風(fēng)能分別僅為9、5～27和80[1]。1912年，石龍壩水電站建成發(fā)電，中國(guó)開啟了小水電發(fā)展之道路[2]。截至2014年底，全國(guó)累計(jì)建成小水電站超過4.7 萬座(5萬kW及以下)，使3億多農(nóng)村人口告別了無電生活。同年底，全國(guó)小水電裝機(jī)容量達(dá)7 322 萬kW，相當(dāng)于3個(gè)三峽水電站的裝機(jī)容量，年發(fā)電量2 281 億kWh以上，可替代7 400 萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，分別減少CO2和SO2排放1.9 億t和178 萬t[2]。《“十三五”全國(guó)農(nóng)村水電規(guī)劃》提出新增農(nóng)村水電裝機(jī)600 萬kW，全國(guó)農(nóng)村水電裝機(jī)容量超過8 100 萬kW；完成3 000座老舊電站增效擴(kuò)容改造，開展綠色小水電建設(shè)，修復(fù)1 000條中小河流生態(tài)環(huán)境；建成200萬kW農(nóng)村小水電扶貧電站，持續(xù)穩(wěn)定幫扶100萬戶建檔立卡貧困農(nóng)戶；實(shí)現(xiàn)農(nóng)村水電安全生產(chǎn)“雙主體”責(zé)任全覆蓋，建成4 000座安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)標(biāo)電站；農(nóng)村水電規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)一步完善，現(xiàn)代化水平全面提升。

必須指出的是，一直以來，科技因素對(duì)小水電的發(fā)展具有至關(guān)重要的支撐作用[3,4]。本文擬對(duì)中國(guó)小水電科技發(fā)展存在的問題進(jìn)行全面梳理，進(jìn)而提出小水電科技發(fā)展的任務(wù)建議，并制定趨勢(shì)圖。

1 小水電科技發(fā)展存在的問題

經(jīng)過百余年的發(fā)展，中國(guó)小水電站的數(shù)量和裝機(jī)容量均居世界第1位，且遙遙領(lǐng)先，但科技發(fā)展仍面臨一系列問題，其對(duì)小水電的支撐作用有待進(jìn)一步提高。

1.1 流域水電規(guī)劃與設(shè)計(jì)階段

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

(2)小水電站在全生命周期中面臨多方面風(fēng)險(xiǎn)，目前，國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域僅于2014年頒布實(shí)施了《大中型水電工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》，該規(guī)范所涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素絕大部分集中于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域。此外，已有研究成果所提出的小水電風(fēng)險(xiǎn)因素亦有待進(jìn)一步完善[5]。

(3)在小水電站設(shè)計(jì)過程中，對(duì)“一體化設(shè)計(jì)”的認(rèn)識(shí)水平已有一定的提高，有關(guān)生態(tài)流量等“綠色水電”概念在規(guī)范中已有體現(xiàn)，但在項(xiàng)目的建設(shè)實(shí)施過程中仍有待深入探討。

1.2 電站建設(shè)運(yùn)行階段

(1)我國(guó)尚未建立系統(tǒng)完整的農(nóng)村小水電上網(wǎng)電價(jià)協(xié)調(diào)定價(jià)機(jī)制，定價(jià)方式主要采取政府定價(jià)，政府部門對(duì)農(nóng)村小水電上網(wǎng)的最高和最低電價(jià)進(jìn)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(jià)形成相關(guān)的法律、法規(guī)和政策。②現(xiàn)有上網(wǎng)電價(jià)測(cè)算機(jī)制不合理，定價(jià)方法不適應(yīng)市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)的要求，導(dǎo)致上網(wǎng)電價(jià)偏低。③發(fā)電站(廠)、供電單位和用戶3者之間的利益難以協(xié)調(diào)，地方電網(wǎng)與國(guó)家電網(wǎng)、發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)、用電企業(yè)與電網(wǎng)之間的矛盾較為突出，利益相關(guān)方的協(xié)調(diào)機(jī)制嚴(yán)重缺失。④“廠電直供”方案難以實(shí)施。

(2)運(yùn)行管理方面，小水電企業(yè)管理體制機(jī)制落后，員工技術(shù)水平偏低，嚴(yán)重制約小水電站運(yùn)行管理的科學(xué)化和現(xiàn)代化。

(3)小水電安全生產(chǎn)工作存在的主要問題包括：①電站管理人員安全意識(shí)淡薄。②運(yùn)行管理人員素質(zhì)偏低，存在無證上崗現(xiàn)象。③監(jiān)管機(jī)構(gòu)不健全，監(jiān)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(shè)備制造

(1)在小水電站的建設(shè)和運(yùn)行過程中，尚存在以下基礎(chǔ)性問題有待解決：①系統(tǒng)生物對(duì)外來強(qiáng)干擾的適應(yīng)性機(jī)理尚不清楚，有待深入研究。②缺少量化小水電站建設(shè)對(duì)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(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境間的配置方式有待進(jìn)一步優(yōu)化。④小水電梯級(jí)開發(fā)中，多級(jí)壅水建筑物的修建影響河流水質(zhì)以及河道流態(tài)介質(zhì)的內(nèi)在機(jī)理尚不明確。⑤小水電站的宏觀經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益難以量化。

(2)在設(shè)備制造方面，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商雖可滿足國(guó)外水輪機(jī)組“量體裁衣”的要求，但機(jī)組生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本過高，競(jìng)爭(zhēng)力不足。

2 小水電科技發(fā)展任務(wù)建議

小水電科技大致可以分為管理研究和應(yīng)用研究2部分[8]。其中，管理研究指采用現(xiàn)代化的信息技術(shù)和控制手段，對(duì)小水電發(fā)展過程中涉及的體制機(jī)制演變和支持政策等方面進(jìn)行研究，以引領(lǐng)小水電科技發(fā)展。應(yīng)用研究通常具有較強(qiáng)的目的性和實(shí)用性，主要指在小水電領(lǐng)域進(jìn)行的科技成果轉(zhuǎn)化，并通過生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)小水電科技發(fā)展進(jìn)行反饋。管理研究為應(yīng)用研究提供指導(dǎo)依據(jù)，應(yīng)用研究為管理研究提供實(shí)踐案例和效果反饋(見圖1)。

圖1 小水電管理研究和應(yīng)用研究的邏輯關(guān)系Fig.1 The logical relationship of management research and application research

小水電科技發(fā)展總體思路：按照黨的十八屆五中全會(huì)和《“十三五”全國(guó)農(nóng)村水電規(guī)劃》的要求，秉持“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，堅(jiān)持小水電開發(fā)與自然相和諧，積極突破小水電發(fā)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(fā)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(xù)發(fā)展(見圖2)。

圖2 小水電科技發(fā)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(fā)展的管理研究

新時(shí)期，小水電科技發(fā)展管理研究的根本是要正確處理政府、市場(chǎng)和社會(huì)3者的關(guān)系，最終形成以政府制度引導(dǎo)為核心，以政府調(diào)控和引導(dǎo)為主的社會(huì)參與，市場(chǎng)對(duì)小水電資源配置和管理的體系結(jié)構(gòu)(見圖3)。

圖3 新時(shí)期中國(guó)小水電科技發(fā)展管理研究的戰(zhàn)略框架Fig. 3 The strategic framework of management research of small hydropower

2.1.1 政 府

(1)為實(shí)現(xiàn)水能資源的優(yōu)化配置，建議：①建立健全相關(guān)法規(guī)體系，盡快出臺(tái)《農(nóng)村水能資源管理辦法》，加快制定《農(nóng)村水電條例》。②成立小流域綜合管理委員會(huì)，加強(qiáng)水利、環(huán)保、發(fā)改等相關(guān)部門的協(xié)調(diào)，編制小流域水能規(guī)劃，以“電站群”的方式實(shí)施管理。③構(gòu)建小水電水能資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，合理界定小水電的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可開發(fā)量。

(2)在小水電投融資領(lǐng)域，建議：①借助“一帶一路”東風(fēng)，加強(qiáng)小水電開發(fā)企業(yè)同國(guó)際金融機(jī)構(gòu)的合作，建議金磚國(guó)家新開發(fā)銀行、亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行等新興金融機(jī)構(gòu)將小水電列為優(yōu)先貸款項(xiàng)目，吸引國(guó)際資金助力中國(guó)小水電“走出去”。②出臺(tái)信貸、增值稅優(yōu)惠等扶持政策，確保小水電項(xiàng)目順利實(shí)施。

(3)針對(duì)小水電領(lǐng)域存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，建議從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、文化、政治5個(gè)方面進(jìn)行分類，以期對(duì)存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行全方位的考慮，同時(shí)相關(guān)部門應(yīng)加快有關(guān)規(guī)范、規(guī)程的編制工作。

(4)在改善民生方面，建議：①加大財(cái)政投入力度，積極推動(dòng)小水電“精準(zhǔn)扶貧”工作的開展，支持貧困地區(qū)合理開發(fā)小水電，重點(diǎn)選取部分水能資源豐富的貧困縣，研究采取“國(guó)家引導(dǎo)、市場(chǎng)運(yùn)作、貧困戶持股并持續(xù)受益”的扶貧模式，建立貧困戶直接受益機(jī)制。②把小水電開發(fā)與農(nóng)田水利建設(shè)、特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等有機(jī)結(jié)合；③在以河流為單元進(jìn)行生態(tài)修復(fù)和開展梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度前提下，編制流域農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造方案(針對(duì)2000年及以前投產(chǎn)且滿足增效擴(kuò)容改造要求的電站)。

(5)為了完善小水電建設(shè)運(yùn)行管理，建議：①積極探索所有權(quán)、經(jīng)營(yíng)權(quán)、使用權(quán)分設(shè)的管理體制和“政府主導(dǎo)、企業(yè)運(yùn)作、農(nóng)民參與、協(xié)會(huì)監(jiān)督”的運(yùn)行機(jī)制，建立健全現(xiàn)代企業(yè)制度。②加大智力投資，加強(qiáng)電站職工培訓(xùn)，進(jìn)一步提高其整體素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1.2 市 場(chǎng)

(1)在小水電投融資領(lǐng)域，建議：①實(shí)施小水電站資產(chǎn)證券化，發(fā)展與小水電產(chǎn)業(yè)相關(guān)的綠色股票，鼓勵(lì)社會(huì)資本投資小水電，建立小水電綠色發(fā)展產(chǎn)業(yè)基金。②成立小水電融資中介公司以及企業(yè)財(cái)務(wù)公司，協(xié)助中小民營(yíng)企業(yè)在投資開發(fā)小水電的過程中解決融資前期資金以及知識(shí)儲(chǔ)備不足等問題。③加快推動(dòng)實(shí)施清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)，構(gòu)建更為完備的管理體系(包括：中央層面的CDM項(xiàng)目主管機(jī)構(gòu)以及其下屬的級(jí)主管部門)，規(guī)范中介咨詢市場(chǎng)，綜合運(yùn)用法律、行政、經(jīng)濟(jì)、科技和宣傳等多種手段，調(diào)動(dòng)利益相關(guān)方的參與積極性 。

(2)針對(duì)小水電上網(wǎng)電價(jià)存在的問題，建議：①綜合考慮標(biāo)桿電價(jià)的測(cè)算參數(shù)、裝機(jī)容量、庫容調(diào)節(jié)系數(shù)、增值稅、平均社會(huì)生產(chǎn)成本、利潤(rùn)、稅金、市場(chǎng)供求及政策變化等因素，構(gòu)建更加合理的電價(jià)形成機(jī)制，完善電價(jià)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(wǎng)調(diào)價(jià)機(jī)制。③建立水生態(tài)保護(hù)的電價(jià)激勵(lì)機(jī)制。④完善利益相關(guān)方的協(xié)調(diào)機(jī)制，包括在發(fā)電端，鼓勵(lì)地方小水電企業(yè)按各自產(chǎn)權(quán)比例持股建立地方發(fā)電公司，參與發(fā)電端的競(jìng)爭(zhēng)；在配電端，小水電企業(yè)的供電區(qū)并網(wǎng)以形成地方電網(wǎng)，組建獨(dú)立的地方配電公司，參與配電端的競(jìng)爭(zhēng)。⑤鼓勵(lì)有條件的地區(qū)小水電站與用電企業(yè)間自愿開展直供電，電價(jià)由雙方協(xié)商確定，輸配電價(jià)執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.3 社 會(huì)

(1)重視獲得非政府組織的支持，保持溝通渠道通暢，創(chuàng)造相互學(xué)習(xí)交流的機(jī)會(huì)，根據(jù)項(xiàng)目需要聘請(qǐng)其作為專業(yè)顧問。如：在水電站投資項(xiàng)目中，可就生態(tài)環(huán)境保護(hù)、資源利用等方面的問題，接洽專業(yè)的非政府組織，獲取咨詢及建議，提高項(xiàng)目質(zhì)量。加大輿論宣傳力度，爭(zhēng)取社會(huì)各界的理解和支持，為農(nóng)村水電發(fā)展?fàn)I造良好的氛圍。

(2)建立涵蓋資源、規(guī)劃、審查、建設(shè)、運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)、安全、環(huán)保等領(lǐng)域的小水電開發(fā)全過程的信息應(yīng)用及發(fā)布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水能資源規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)行過程無縫銜接，適時(shí)披露信息并接受外界監(jiān)督，鞏固和維護(hù)水電企業(yè)形象。加強(qiáng)國(guó)際小水電中心和亞太小水電研究培訓(xùn)中心在中外小水電科技交流中的橋梁作用，建立系統(tǒng)有效的合作機(jī)制。

2.2 小水電科技發(fā)展的應(yīng)用研究

為確保我國(guó)小水電科技發(fā)展，在應(yīng)用研究方面，仍有若干方面需進(jìn)一步發(fā)展和提高。

(1)在小水電設(shè)計(jì)理念方面，需改變傳統(tǒng)的“在安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，再考慮生態(tài)環(huán)境問題”的思維，而是向“綠色水電、生態(tài)水電”的方向發(fā)展，提高對(duì)國(guó)際流行的“一體化設(shè)計(jì)”理念整體認(rèn)知度[9]。同時(shí)，依托我國(guó)現(xiàn)有的水能資源，在已建水庫的下游，可以考慮增設(shè)綠色生態(tài)機(jī)組，以提高水能資源的利用率。

(2)在小水電開發(fā)中，應(yīng)加強(qiáng)其機(jī)理方面的研究：①為降低強(qiáng)干擾對(duì)河流系統(tǒng)生物的不利影響，未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)生物自調(diào)節(jié)機(jī)理的研究。②進(jìn)一步量化小水電站建設(shè)對(duì)河流水沙變化影響，防治水土流失。③研究避免水體富營(yíng)養(yǎng)化的臨界流速，通過小水電站調(diào)度，減少水質(zhì)惡化帶來的損失。④通過構(gòu)建可計(jì)算一般均衡模型，建立區(qū)域投入產(chǎn)出表，量化小水電社會(huì)效益、宏觀經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

(3)在生態(tài)環(huán)境環(huán)保方面：①加強(qiáng)生態(tài)水工學(xué)理論研究和在小水電設(shè)計(jì)與建設(shè)中的應(yīng)用，減少河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，如加固岸坡，建設(shè)輔助性水工建筑，堤壩近自然化，種植植被等[10]。②加快推進(jìn)綠色小水電評(píng)價(jià)工作，推廣綠色小水電建設(shè)在最小下泄流量監(jiān)管、減水河段治理等方面的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步規(guī)范綠色小水電的建設(shè)與管理工作，引導(dǎo)農(nóng)村水電行業(yè)更好落實(shí)生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求。③建設(shè)環(huán)境友好的小水電示范電站，擴(kuò)大開發(fā)領(lǐng)域(如低水頭灌溉系統(tǒng)小水電站)。

(4)在小水電站運(yùn)行方面，提高機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性：①電站運(yùn)行應(yīng)按照規(guī)程規(guī)范要求，采用“兩票三制”、檢修管理、設(shè)備評(píng)級(jí)等措施，提高機(jī)組運(yùn)行安全可靠性。②加快小水電安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，完善對(duì)安全工器具和備品備件的管理，設(shè)置安全警示標(biāo)志標(biāo)識(shí)。

(5)在信息技術(shù)方面：①建立基于GPS和GIS的小水電數(shù)據(jù)庫及仿真數(shù)字模擬系統(tǒng)。②融入“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，以小水電智慧管理平臺(tái)(主要模塊包括：電站數(shù)據(jù)中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)、視頻網(wǎng)絡(luò)、電站監(jiān)控、大壩監(jiān)控、水情測(cè)報(bào)、水庫調(diào)度及電站管理終端等)為依托，將各電站數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，發(fā)展基于大數(shù)據(jù)的小水電信息挖掘以及電力智能預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行管理進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)度、故障診斷和狀態(tài)檢修等，建立小水電智慧管理新模式[11]。

(6)在小水電設(shè)備制造技術(shù)方面，以現(xiàn)有小水電科研平臺(tái)為基礎(chǔ)，加大高校和科研機(jī)構(gòu)對(duì)小型水電的科研投入，引進(jìn)消化吸收國(guó)外先進(jìn)的小水電產(chǎn)品，提升設(shè)備的開發(fā)和改造水平，提高小水電設(shè)備制造廠商的整體競(jìng)爭(zhēng)力[12]。

(7)加強(qiáng)對(duì)小水電跨學(xué)科研究，支持小水電行業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)(如風(fēng)能產(chǎn)業(yè))間在設(shè)備制造和控制技術(shù)等方面開展合作，互通信息，以此避免科研資源的重復(fù)和浪費(fèi)。

3 小水電科技發(fā)展的趨勢(shì)圖

從整體上看，各項(xiàng)任務(wù)之間要相互銜接，形成統(tǒng)一的時(shí)間表，中國(guó)小水電科技發(fā)展改革趨勢(shì)見圖4。

圖4 中國(guó)小水電科技發(fā)展趨勢(shì)圖Fig.4 The science and technology development trend of small hydropower

4 結(jié) 語

(1)從流域水電規(guī)劃與設(shè)計(jì)、電站建設(shè)運(yùn)行和科研與設(shè)備制造3個(gè)方面指出了中國(guó)小水電科技發(fā)展存在的主要問題。這些問題不是孤立存在，而是相互聯(lián)系的，需要以系統(tǒng)性的思維統(tǒng)籌考慮加以解決。

(2)為破除制約小水電發(fā)展的主要瓶頸，從管理研究和應(yīng)用研究2個(gè)維度提出了有針對(duì)性的任務(wù)建議。其中，管理研究為應(yīng)用研究提供指導(dǎo)依據(jù)，應(yīng)用研究為管理研究提供實(shí)踐案例和效果反饋。

(3)在此基礎(chǔ)上，制定小水電科技發(fā)展的趨勢(shì)圖，以期為小水電行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

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