加拿大新兴水电技术的研究发展策略(之一)——综述

小水电２０１２年第２期（总第１６４期）　国际交流　加拿大新兴水电技术的研究发展策略（之一）　，——，综述　－Ｗ’，　二Ｉ　赵建达康鹏吴昊（水利部农村电气化研究所浙江杭州　３１００１２）　【摘要】加拿大新兴水电资源具有巨大的潜力。集中探讨在小水电、低水头水电、水流技术和水电站设计中如何少用　或者不用水库这类新兴水电技术，在促进经济效益和保护环境的基础上开发利用潜在的水电资源，使加拿大水能资源的经　济和环境效益得到最大化提高。　【关键词】小水电　新兴水电技术低水头水电　水流技术水电站设计加拿大　织。该中心２００９年发布了《加拿大新兴水电技术　Ｏ　弓Ｉ　舀　的研究发展策略（２００７－－２０１１）》的研究报告，报　全球小水电潜力巨大，可以在促进经济效益和　告集中探讨包括小水电、低水头水电、水流技术和　保护环境的基础上进行开发。世界能源理事会推　水电站设计中如何少用或者不用水库等新兴水电技　测，２０２０年全球小水电的装机容量将达到７５　ＧＷ。　术。为了让大家更多地了解加拿大小水电的发展情　世界各地都在经历小水电装机容量快速增长这一变　况，《小水电》杂志整理出版该研究报告，对我国　化，而中国更是一枝独秀，是增长速度最快的国　小水电发展具有很多的借鉴意义。　家，但我国在新兴水电技术的研究和开发方面投入　有限。尽管许多国家已经渐渐脱离了新兴水电技术　１加拿大小水电发展和愿景　的研究和开发，但欧盟仍然坚持实施小水电技术的　１．１加拿大小水电发展现状　研究和开发，在处理老旧电站的问题，尤其是重新　加拿大的小水电行业通过国内及海外工程，每　挖掘废弃的大型低水头电站和水资源基础设施的潜　年贡献约１．５亿美元的经济总量，其中新增的小水　力上，欧盟表示出了强烈的兴趣。美国也在积极恢　电装机容量显示出每年获得的投资约为２亿美元。　复小水电的研究和开发项目。　通常情况下每千瓦的投资成本在２　０００～５　ｏｏｏ２￣元，　加拿大是世界上经济、科技发达的国家，在水　因此发电成本为每千瓦时０．０４—０．１０美元。然而，　力发电领域的专业能力和技术优势均处于国际领先　偏远地区水电工程的投资成本很高甚至超过每千瓦　地位，享有很高的声誉，尤其是相关的制造厂商、　６　０００加元。２０１０年，水流技术随着５个主要的国　施工公司和操作人员。加拿大新兴水电资源具有巨　际性生产商进入加拿大电力市场，投资成本争取在　大的潜力，目前该领域的研究和发展很有可能使加　２０１５年下降到每千瓦１　０００　４　０００加元。　拿大水能资源的经济和环境效益得到最大化提高。　加拿大目前小水电装机容量约为３　４００　ＭＷ，　加拿大矿产能源技术中心是加拿大自然资源部的能　并且正在以每年５０～１５０　ＭＷ的速度增长。已探明　源技术研究部门，也是加拿大首要的能源科技组　的小水电中１５％的资源可作为促进当前社会经济　形势和现有技术水平发展的强力候选，装机潜能总　收稿日期：２０１２—０２—２９　计约１５　０００　ＭＷ。同时，加拿大低水头水电的巨大　作者简介：赵建达（１９６５一），男，教授级高级工程师，主　潜力，也体现在经济性和设备成本较低这些方面。　要从事小水电政策、技术研究、国际合作和科　安大略省对４　０００　ＭＷ左右的低水头水电潜能进行　技期刊编辑工作。Ｅｍａｉｌ：ｊｄｚｈａｏ＠ｈｒｃｓｈｐ．ｏｒｇ　了研究和评估，研究表明这些资源可开发潜力巨　・１・　垦　大，有待更深人的探讨。　ＳＭＡＬＬ　ＨＹＤＲＯ　ＰＯＷＥＲ　２０１２Ｎｏ２，　历的研究阶段类似。　Ｎｏ１６４　加拿大各省区市对于可再生能源建议征求书、　项目提供标准和小水电电量上网的呼吁也间接地促　进了加拿大小水电的发展。同时部分省市出台了一　些积极的鼓励政策来促进和加拿大原住民族的关　系，其中就包括吸收他们成为小水电工程的合作伙　设备的标准化可以帮助那些定型设计资源有限　的小水电开发者，同时使小型水轮机设备在价格方　面更具竞争力。有些设备需要根据选址情况单独进　行设计定制，加拿大相关设计院和制造厂商也需要　有关支持来提高自身的研究开发能力。国际能源署　伴。然而，由于项目开发者要获取工程的审核批　准，往往会遭遇很长的生产前置时间，这种情况会　被反对者在公众参与阶段反复提起。多数人比较关　心小水电工程中土木建设环节对河川径流、生态美　观、鱼类在天然栖息地间的活动造成的影响。近几　年，加拿大各省区政府已经着手利用改进的可持续　流域管理办法处理这些争论问题，联邦政府也已介　入此议题。　１．２发展愿景　水电是清洁可再生能源中最具有预测性的。目　前的径流式水电站以少蓄水或者不蓄水的方式，从　水流中获得能量，其中就包括小水电和低水头水　电。通过完整的设计、多用途的规划和社会参与等　方式，这些技术的发展可以带来更多的环境和社会　经济效益。加拿大大多数偏远社区目前还在使用高　排放、高成本的柴油发电形式，相比之下，小水电　极具开发优势，可作为供替代的选择。现今加拿大　乃至全球对水的流态和水流形式的研究兴趣日益渐　增，共同致力于发展不需要坝堰的“零水头”发电　技术。　在加拿大乃至全球，传统的理解层面上，水电　是成熟的技术且几乎没有必要再进行研究开发。因　此很多政府、相关组织和公司没有关注水电的创新　技术，在研究开发上很少有资金投入。加拿大国内　外的水电产业面临的另外一个重要问题就是老龄化　的劳动力市场，预测估计加拿大现有的劳动技术能　力仅能维持１０年。　加拿大水电潜能开发的经济可行性需要依靠提　升研究技术水平得以促进改善。常规的小水电能源　和其他能源相比具有较强的竞争力，但是仍然有一　部分新兴的技术亟待研究和开发，其中包括经济高　效的低水头水轮机技术，减少对水产资源影响的减　缓技术、生态工程和水产资源保护技术等。目前，　水的流态技术所处的发展阶段和１Ｏ年前风电所经　・　２・　认为，在小水电的设备研发提高方面，制造厂商是　最好的个体发起者或赞助者，一些公共的研发项　目，可以通过可行性研究以及帮助制造商系统地优　化设计来提供支持。　为了促进商业可行性和降低河流中抽水带来的　负面影响，目前加拿大已经实施了一系列的技术研　究和开发活动，支持在小水电、低水头水电和水的　流态方面的技术发展。同时加拿大还在国内和全球　市场提供工程、技术、服务、专业方面的支持，来　确保这些新兴水电技术能够快速成长，使其在　２０２０年成为加拿大混合能源的重要组成部分。　２小水电研发计划和实施　过去的２５年里，加拿大联邦政府致力于支持　新兴小型水电技术的研究。加拿大矿产能源技术中　心下属的水力能源组积极号召各省、公共事业单　位、私营厂商、科研院所和其他相关组织，共同对　一些重点项目的设备和施工成本、水轮机现场效率　和国际问的技术示范等进行研究。加拿大自然资源　部能源开发专家组在过去的ｌ０年一直对位于魁北　克城的拉瓦尔大学水力机械实验室提供帮助，该实　验室也是全加拿大惟一独立的水轮机检测实验室。　实验室通过在北美进行独立可靠的水轮机创新测　试，填补了加拿大小水电创新实验领域的空白。水　力机械实验室前期的发展和现在取得的成功，离不　开加拿大联邦政府关键性的支持。　２．１　具有竞争力的低水头水电和水的流态系统　高性价比和高能源利用率的低水头水电和水的　流态系统的研究中，大部分的研发工作在拉瓦尔大　学水力机械实验室进行。在生态工程的主题下，开　展在水力发电系统中保护鱼类方面的研究，通过合　作项目的形式实施。规范和标准的制定以相关的海　洋能技术规定作为基础加以改进。　小水电２０１２年第２期（总第１６４期）　２．２生态工程　加拿大矿产能源技术中心与渔业及海洋部进行　合作，对如何降低鱼类通过涡轮的死亡率和下游鱼　类死亡率进行研究，用来评估新型的保护鱼类的涡　轮设计在低水头水电站的应用和生态方面具有的效　益。加拿大自然资源部将会继续支持渔业及海洋部　门改善模型工具，并规定划分环境可接受的天然水　流区域，避免由于开发水能资源使生态环境受到　影响。　２．３现场评估　现有的工具和数据已经基本建立完善。例如，　加拿大小水电数据库和信息检索功能，涵盖的数据　需由原先的预筛选分析向预可行性分析转变。该主　题聚焦于现阶段发展中工具的完善和宣传，配合现　有的工具填补短缺。　３对研发的支持　国际能源署将上述研发主题列入小水电领域需　要高度优先发展的技术内容。加拿大自然资源部技　术创新领域的专家组同样认为低水头水电技术具有　高度优先研发的潜力。　目前国际低水头水电市场仍然保持对外开放，　加拿大有机会引领尖端的研发技术并渗透到市场　中。同时，由于水能和海洋能之间有着显著的协同　效应，新兴的水电技术创新可以将两者互相转换，　提供良好的提升空间。例如，加拿大自然资源部的　技术创新工程，起初由河流技术演示工程中的前期　技术项目基金提供了１００万美元的资金赞助，创新　制造了水流发电机，现在由海洋流技术演示项目中　的可持续技术发展基金继续提供资金赞助，累计已　达２００万美元。研发工作还会通过其他渠道来获取　帮助，如重点基础建设的分配、股东参与、市场分　析和交流活动等。　３．１加拿大水力机械研发财团　由拉瓦尔大学水力机械实验室为首的水力机械　研发财团支持小水电行业分享大型水电工程的研发　成果，借此提高加拿大在小水电涡轮设计和独立监　测方面的专业技术，整体来说还可以给水电制造厂　商提供帮助，使拉瓦尔大学水力机械实验室成为全　方位认证的设备检测中心。拉瓦尔大学水力机械实　国际交流　验室长远的独立还需依靠加拿大自然科学与工程研　究理事会和厂商提供的资金帮助，减少联邦基金决　策对设备操作研究方面产生的不利影响。　３．２专业知识能力　由于目前劳动力的老龄化，需要考虑继任计划　的实施。一些合并策略，如现场实践培训、科研机　构协联和开发潜力资源的政策目标需尽快落实，确　保劳动力市场能满足技术需求。加拿大社会发展人　力资源部电力部门理事会已经对水电部门专业技术　议题进行了初步的审查。理事会正在和加拿大电力　协会以及其他合作部门共同研究商讨详细的分析计　划和后续步骤，电力部门理事会已出台可再生技术　咨询计划书。　加拿大水电协会对和政府部门共同研究议题表　示出了极大的兴趣。矿产能源技术中心计划与加拿　大水电协会共同合作，为水电部门取得社会发展人　力资源方面的主动权提供帮助。　３．３市场分析　加拿大矿产能源技术中心正在计划一项研究，　内容包括评估小水电和低水头水电的技术市场、预　期的市场渗透和低水头水电开发成本、加拿大国内　外低水头水电发展策略和潜在影响。新技术市场的　渗透和新低水头水电平台的发展过程中会遇到许多　阻碍，这些问题也需要及时得到确认。　４结语　水力发电行业的最新动态涵盖了大量极具发展　潜力的技术，同时也存在许多技术性的难题有待攻　克。从传统意义上来讲，水力发电的一大标志就是　大规模的水工建筑物，然而现今的水力发电还包括　了一些新兴的水电技术，例如，小水电、低水头水　电和水流技术等。和大型水电相比，这些技术在商　业运作上尚未完善，但是在快速部署、分布式发　电、小型商业契机和发展潜力这些层面上展现出了　巨大的效益；而且随着技术聚焦和研究发展，新兴　水电所面临的技术挑战将会被解决，从而成为更加　具有竞争力和良好经济效益的清洁能源。　■　责任编辑赵建达　・　３　・