一.小型風(fēng)力發(fā)電
（一）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件
1.小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速一般在3～4米/秒之間，國產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速通常在8～10米/秒之間；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大工作風(fēng)速（或切出風(fēng)速）為25米/秒左右。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速范圍是3～9級(jí)風(fēng)，即風(fēng)速在3～25米/秒之間都可以安全工作。
2.小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)適合應(yīng)用地區(qū)
凡是風(fēng)力資源較好(年平均風(fēng)速大于4米/秒，沒有臺(tái)風(fēng)災(zāi)害)，電網(wǎng)不能到達(dá)或供電不足的牧區(qū)、農(nóng)區(qū)、湖區(qū)、灘涂、邊遠(yuǎn)哨所和公路道班都適合開展小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣應(yīng)用。
（二）小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、塔架、尾翼、控制器、逆變器、蓄電池組、電纜、調(diào)速系統(tǒng)和混凝土地基組成。
小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)能提供220伏交流電或24、36、48伏直流電。能夠解決直流或交流照明問題:給燈泡、節(jié)能燈供電；可以為家用電器（如電視機(jī)、DVD、收音機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、小型電冰箱）提供電力；也可以為通訊裝置提供電源；可以驅(qū)動(dòng)小型電動(dòng)工具（分別見表4-1、圖4-1）。
?。ㄈ┬⌒惋L(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)
小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)是由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、蓄電池、控制—逆變器等組成（見圖4-2）。根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)能、太陽能資源及不同的用電需求，用戶可配置不同的供電模式。小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的控制—逆變器上設(shè)置了風(fēng)力機(jī)和太陽能光電板兩個(gè)輸入接口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能光伏電池發(fā)出的電，通過充電控制器向蓄電池組充電，然后將從蓄電池出來的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為適合通用電器的220伏、50赫茲交流電。小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)利用當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力資源和太陽能資源，起到多能互補(bǔ)的作用。
目前，小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)中，風(fēng)電與光電的匹配比例一般為3∶1左右。例如：300瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配用100瓦的光電板；500瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以配用150～200瓦的光電板；1千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)可配用300～350瓦的光電板。
二.微水能綜合利用
微水能綜合利用技術(shù)是指利用微型水利資源的動(dòng)能作功的技術(shù)，包括微型水力發(fā)電（簡稱微水電）、水輪泵、水碾、水磨等多種以水流為動(dòng)力的工作技術(shù)。由于有了水電之后，其他各種水力機(jī)械都可以用電動(dòng)機(jī)械代替，并且更加方便，所以其他水力機(jī)械的應(yīng)用逐步減少。因此，現(xiàn)在的微水能利用一般只討論微型水力發(fā)電技術(shù)的利用。
(一)微水電的定義
微型水力發(fā)電簡稱微水電，是指將小溪、小河水（即微水能資源）的位能轉(zhuǎn)換成符合民用電要求的電能設(shè)施和設(shè)備組成的系統(tǒng)。其工作原理和小水電基本相同，但裝機(jī)容量較小。
（二）技術(shù)要點(diǎn)
1.單戶型微水電機(jī)組
單戶型微水電設(shè)備的功率小，一般都是整裝機(jī)組。單戶型微水電只供單家獨(dú)戶的用戶使用，所需要的投入資金、工程量等也很小，可以由農(nóng)戶自投、自建、自管、自用。單戶型微水電站建設(shè)包括土建、設(shè)備安裝和電力輸送等內(nèi)容。單戶型微水電配置的發(fā)電機(jī)一般為永磁發(fā)電機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率高、少維護(hù)或免維護(hù)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。單戶型微水電站需要配備自動(dòng)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器，供電距離不應(yīng)超過1千米。
單戶型機(jī)組的發(fā)電量分為：100、200、300、500、800瓦，1、2、5千瓦等。
單戶型水電站所需要的水流量為40～140立方米/時(shí)，落差為2～40米。一般在小溪小河上選擇自然形成的較高落差進(jìn)行建造。
?。?）技術(shù)路線（工藝流程） 見圖4-3。
?。?）主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點(diǎn)
其核心部分是由水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器、假負(fù)載組裝在一起的微型水力發(fā)電機(jī)組。
主要性能參數(shù)如下：
發(fā)電機(jī)相數(shù) 單相；
勵(lì)磁方式 永磁、三次諧波；
發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 1500轉(zhuǎn)/分；
整機(jī)效率 35%～50%；
額定輸出電壓 230伏；
額定頻率 50赫茲。
?。?）推廣該項(xiàng)技術(shù)需要注意的事項(xiàng)
單戶型微水電機(jī)組由用戶自行建設(shè)安裝，需要對(duì)用戶進(jìn)行簡單而有效的培訓(xùn)，尤其注重安全用電的教育。設(shè)備使用說明書要通俗、詳細(xì)、實(shí)用。要有公益性的技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)和修理網(wǎng)點(diǎn)。
(4)主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況
單戶型微水電機(jī)組是成套性整裝機(jī)組，我國目前性能較好的單戶型微水電機(jī)組主要有以下機(jī)型。
?、?軸流式微水電成套整裝機(jī)組
水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速較高，適用水頭較低、流量大的水力資源，能夠自動(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護(hù)方便。
② 沖擊式微水電成套整裝機(jī)組
水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速較低，適用水頭較高、流量較小的水力資源，能夠自動(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護(hù)方便。
?、?雙擊式微水電成套整裝機(jī)組
水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速較低，適用6～12米水頭、流量較小的水力資源，能夠自動(dòng)穩(wěn)壓穩(wěn)頻，安裝簡單，維護(hù)方便。
2.村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電機(jī)組
村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電其設(shè)備以整裝機(jī)組為主，發(fā)電可以供一個(gè)自然村（10～100戶）使用，建設(shè)安裝應(yīng)在專業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行。機(jī)組配有自動(dòng)穩(wěn)壓和穩(wěn)頻的電子調(diào)控器或調(diào)速器，可多臺(tái)機(jī)組聯(lián)網(wǎng)供電，操作使用方便。供電范圍原則上應(yīng)在2千米之內(nèi)，最多不應(yīng)超過5千米。
村級(jí)聯(lián)網(wǎng)型微水電設(shè)備發(fā)電量為5～30千瓦。電站需要的水資源流量為100～500立方米/時(shí)，落差5～60米。需要建造或借用水工建筑才能滿足其水資源要求。
?。?）技術(shù)路線（工藝流程） 見圖4-4
?。?）主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點(diǎn)
微型水力發(fā)電機(jī)組為整裝機(jī)組，即水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)是組裝在一起的，安裝機(jī)組比較方便。
技術(shù)的主要性能參數(shù)如下：
發(fā)電機(jī)相數(shù) 單相、三相；
勵(lì)磁方式 永磁、三次諧波；
發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 1500轉(zhuǎn)/分；
整機(jī)效率 40%～60%；
額定輸出電壓 230伏/400伏；
額定頻率 50赫茲。
?。?）推廣該項(xiàng)技術(shù)需要注意的事項(xiàng)
控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制調(diào)整需要專業(yè)人員到場。輸電線路的架設(shè)也需要持證電工上崗。
（4）主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況
?、?軸伸貫流式微水電機(jī)組
該設(shè)備效率高，適用水頭范圍廣。
?、?斜擊式微水電整裝機(jī)組
該設(shè)備適用于水頭較高、流量較小的水力資源。配用永磁發(fā)電機(jī)，故障少，使用壽命長。
?、?軸流式微水電機(jī)組
該機(jī)組理論效率高，適用15～30米水頭、流量大的微水力資源。
3.鄉(xiāng)級(jí)并網(wǎng)型微水電機(jī)組
鄉(xiāng)級(jí)并網(wǎng)型微水電的裝機(jī)容量為30～100千瓦，采用并網(wǎng)供電，可以對(duì)處于電網(wǎng)末端山鄉(xiāng)電網(wǎng)進(jìn)行電力就近補(bǔ)充。發(fā)電設(shè)備以整裝機(jī)組為主，需要安裝并網(wǎng)變電設(shè)備。電站建設(shè)應(yīng)進(jìn)行正規(guī)勘測(cè)和設(shè)計(jì)，工程要在專業(yè)技術(shù)人員的管理指導(dǎo)下進(jìn)行。
并網(wǎng)型微水電站向電網(wǎng)賣電，再由電網(wǎng)向用戶供電，克服了微水電獨(dú)立供電枯水期無電可供，發(fā)出的電無法全部利用，發(fā)電戶自己收費(fèi)的高人力成本及無法避免糾紛等離網(wǎng)運(yùn)行三大固有障礙，可以逐步成為山區(qū)農(nóng)民致富的低風(fēng)險(xiǎn)投資項(xiàng)目之一。
鄉(xiāng)級(jí)并網(wǎng)型微水電站需要的水資源流量為100～10000立方米/時(shí)，落差5～120米。往往需要借用小一或小二型水庫或較大的灌溉水渠蓄調(diào)水量，才能保證年發(fā)電時(shí)間，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
?。?）技術(shù)路線（工藝流程） 見圖4-5
?。?）主要技術(shù)環(huán)節(jié)及要點(diǎn)
微型水力發(fā)電機(jī)組以整裝機(jī)組為主，即水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)是組裝在一起的，配有調(diào)速裝置。
技術(shù)的主要性能參數(shù)如下：
發(fā)電機(jī)相數(shù) 三相；
勵(lì)磁方式 諧波勵(lì)磁、勵(lì)磁發(fā)電機(jī)；
發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 1500、1000轉(zhuǎn)/分；
整機(jī)效率 60%～75%；
發(fā)電機(jī)輸出電壓 400伏；
上網(wǎng)電壓 10千瓦；
額定頻率 50赫茲。
（3）推廣該項(xiàng)技術(shù)需要注意的事項(xiàng)
電站建設(shè)需要正規(guī)設(shè)計(jì)，專業(yè)技術(shù)人員管理施工。建設(shè)和并網(wǎng)需要向有關(guān)部門辦理相關(guān)手續(xù)。
?。?）主要產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用情況
?、?軸伸貫流式微水電機(jī)組
由于其水平安裝，非常適用于對(duì)現(xiàn)有水庫進(jìn)行以電養(yǎng)灌改造。
② 斜擊式微水電整裝機(jī)組
該設(shè)備適用于水頭較高、流量較小的水力資源。配用水電專用發(fā)電機(jī)，故障少，使用壽命長。
③ 軸流式微水電機(jī)組
機(jī)組理論效率高，適用2～15米水頭、流量大的微水力資源。
?。ㄈ┩度牒彤a(chǎn)出效益分析
1.各技術(shù)模式的投入概算
微水電的建設(shè)投資因自然條件不同而差異較大。在一般情況下，獨(dú)立運(yùn)行的微水電供電系統(tǒng)每千瓦的建設(shè)投資在1萬元左右，其經(jīng)費(fèi)使用分配比例關(guān)系是：設(shè)備（包括機(jī)組和金屬構(gòu)件）占30%，水工建筑占40%，電線架設(shè)占30%。如果是一些要求較高的示范工程，全部由正規(guī)的工程技術(shù)隊(duì)伍施工，再加上技術(shù)專家的工作費(fèi)、用戶內(nèi)線安裝工料費(fèi)等，其費(fèi)用就會(huì)達(dá)到每千瓦2萬元左右。并網(wǎng)運(yùn)行的微水電站，省去了輸電線路的架設(shè)，每千瓦的建設(shè)投資為7000元左右。如果是“以電養(yǎng)灌”工程，水工建筑大部分由農(nóng)田水利建設(shè)承擔(dān)，微水電站的建設(shè)投入可降至每千瓦4000元左右。
2.各技術(shù)模式的效益分析
（1）獨(dú)立運(yùn)行供電的微水電
獨(dú)立運(yùn)行微水電的年發(fā)電時(shí)間按9個(gè)月計(jì)算應(yīng)為6570小時(shí)，即每千瓦裝機(jī)容量的年發(fā)電能力為6570千瓦時(shí)，有效用電率40%，以每千瓦時(shí)0.5元計(jì)算，則年發(fā)電收入應(yīng)為1314元。在不計(jì)算管理和維修經(jīng)費(fèi)的情況下，投資回收年限為7.6年。在一般情況下投資回收年限都要超過10年。裝機(jī)每千瓦可解決4戶（12～15人）的生活用電問題，但每年有兩三個(gè)月的時(shí)間枯水期，需要其他電源補(bǔ)充。
?。?）“以電養(yǎng)灌”并網(wǎng)運(yùn)行微水電
以安徽省六安市金寨縣油店鄉(xiāng)小二型水庫為例作一個(gè)簡單的說明。當(dāng)?shù)匕l(fā)電戶爭取到了每千瓦時(shí)0.34元的上網(wǎng)賣電價(jià)格。這0.34元中，按照國家小水電稅收政策上繳6%的稅收，每千瓦時(shí)應(yīng)為0.02元；交水利局水資源使用費(fèi)每千瓦時(shí)0.01元；政府有關(guān)部門收取管理費(fèi)每千瓦時(shí)0.03元；電力公司以需要還建電網(wǎng)貸款為由每千瓦時(shí)收取建電網(wǎng)還貸費(fèi)0.03元；發(fā)電戶的實(shí)際收益為每千瓦時(shí)0.25元。
該水庫灌溉水田33公頃，建有100千瓦微水電站1座。微水電站的建設(shè)費(fèi)用（按現(xiàn)行價(jià)格）估計(jì)為40萬元。據(jù)發(fā)電戶反映，該微水電站年發(fā)電時(shí)間，折算成滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)間有4000小時(shí)。該項(xiàng)水庫每年的賣電收益為13.6萬元，其中：發(fā)電戶收益10萬元；國家獲得稅收8000元；電力公司獲得建網(wǎng)還貸費(fèi)1.2萬元，此外當(dāng)?shù)毓╇婋妰r(jià)為0.56元/千瓦時(shí)，供電公司還有0.22元/千瓦時(shí)，即8.8萬元的買賣差價(jià)；水利局收水資源使用費(fèi)4000元；政府相關(guān)部門收取管理費(fèi)1.2萬元。
上例中，發(fā)電戶充當(dāng)了農(nóng)田水利的養(yǎng)護(hù)主體，承擔(dān)了水庫水渠的日常管理與養(yǎng)護(hù)工作。由于33公頃水田的灌溉收費(fèi)如果按每年每公頃收費(fèi)225元計(jì)算，也只有7500元左右，只占13.6萬元發(fā)電收益的零頭，因此對(duì)農(nóng)民的灌溉收費(fèi)就全免了。
3.適宜推廣情況分析
從微水電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)近幾年銷售產(chǎn)品的流向分析，微水電存在三類用戶群體：
第一類是山區(qū)的無電戶，用微水電解決自家的生活用電問題。隨著我國農(nóng)村電網(wǎng)改造的大力推進(jìn)，該類用戶呈逐年下降的趨勢(shì)。
第二類是以增加收入為目的的微水電發(fā)電戶。這類人多數(shù)是農(nóng)村的電管員或水管員，有一定的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和管理經(jīng)驗(yàn)，但缺少資金。只能依靠當(dāng)?shù)氐乃O(shè)施或舊站改造，搞投資不大的微型水力發(fā)電，其裝機(jī)容量在5～500千瓦之間。賣電收入每年在幾千元到幾十萬元不等。這是一個(gè)非常需要政策扶持和技術(shù)引導(dǎo)的群體，代表了當(dāng)今中國微水電的發(fā)展方向和希望。對(duì)中國山區(qū)農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，清潔能源的開發(fā)利用，農(nóng)田水利設(shè)施的養(yǎng)護(hù)都有積極的作用。
第三類是長期連續(xù)向外排水的企業(yè)，進(jìn)行水力回收發(fā)電。如污水處理廠、地勢(shì)居高的自來水廠等。通過自發(fā)自用每年可以節(jié)省幾十萬元的電費(fèi)支出。這類用戶雖然較少，但由于其經(jīng)濟(jì)承受能力比農(nóng)民強(qiáng)，需要的都是高端設(shè)備，對(duì)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展有相當(dāng)大的推動(dòng)作用。
