松華壩水源保護(hù)區(qū)新能源結(jié)構(gòu)研究

李麗珍

(昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650032)

松華壩水源保護(hù)區(qū)新能源結(jié)構(gòu)研究

李麗珍

(昆明市環(huán)境科學(xué)研究院，云南昆明650032)

分析了松華壩水源保護(hù)區(qū)新能源利用現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上，對(duì)保護(hù)區(qū)新能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了規(guī)劃，并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。

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

1 松華壩水源保護(hù)區(qū)新能源利用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 松華壩水源保護(hù)區(qū)農(nóng)村概況

1.1.1 水源保護(hù)區(qū)概況

松華壩水源區(qū)是昆明市市級(jí)自然保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)面積629.8km2，主體為松華壩水庫(kù)。松華壩水庫(kù)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(kù)容2.19億m3。水源區(qū)河流屬長(zhǎng)江水系、金沙江流域，主要入庫(kù)河流有牧羊河和甸尾河。牧羊河全長(zhǎng)50km，控制徑流面積373km2;甸尾河全長(zhǎng)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(kù)。水源區(qū)內(nèi)年產(chǎn)水量約1.99億m3，日供水45.7萬(wàn)m3。其保護(hù)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(yíng)鄉(xiāng)。

1.1.2 能源利用情況

目前松華壩水源保護(hù)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(yáng)能、風(fēng)能、沼氣。查閱云南省數(shù)字鄉(xiāng)村網(wǎng)(www.ynszxc.gov.cn)，通過(guò)咨詢各鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)公眾參與調(diào)查結(jié)果，得出水源保護(hù)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(yáng)能，10.2%的住戶使用沼氣，詳見(jiàn)表1。

表1 松華壩水源保護(hù)區(qū)現(xiàn)有能源利用情況(戶)

據(jù)調(diào)查，水源保護(hù)區(qū)雖已實(shí)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(wèn)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(guò)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(guò)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(huì)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(dāng)，其淋溶水進(jìn)入地表水體，也將對(duì)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(duì)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(hù)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(hù)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(jì)資料分析，松華壩水源保護(hù)區(qū)戶均薪柴用量1442kg/(戶·a)，水源保護(hù)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(hù)區(qū)林木蓄積量以300m3/hm2計(jì)，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(hù)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(fèi)

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(hù)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(jìn)行替代，減少約30230t標(biāo)準(zhǔn)煤的薪柴及煤用量。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)性差

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，水源保護(hù)區(qū)每個(gè)家庭平均每月所用燃料費(fèi)(包括煤、液化氣、電、薪柴等)約為126元。根據(jù)經(jīng)濟(jì)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(duì)比

2.1.1 太陽(yáng)能

太陽(yáng)能不會(huì)對(duì)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(yáng)能還處于初級(jí)階段，主要有太陽(yáng)能集熱、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能暖房、太陽(yáng)能發(fā)電等方式。

(1)優(yōu)點(diǎn)

普遍:太陽(yáng)光普照大地，無(wú)論陸地或海洋，無(wú)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(yùn)輸。

無(wú)害:開發(fā)利用太陽(yáng)能不會(huì)污染環(huán)境，它是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)是極其寶貴的。

巨大:每年到達(dá)地球表面上的太陽(yáng)輻射能約相當(dāng)于130萬(wàn)億t標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。

長(zhǎng)久:根據(jù)目前太陽(yáng)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(gè)意義上講，太陽(yáng)的能量用之不竭。

(2)缺點(diǎn)

分散性:到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說(shuō)來(lái)，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽(yáng)輻射的輻照度最大，在垂直于太陽(yáng)光方向1m2面積上接收到的太陽(yáng)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(yáng)能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)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(jī)因素的影響，到達(dá)某一地面的太陽(yáng)輻照度是間斷又極不穩(wěn)定的，這給太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽(yáng)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(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就必須很好地解決蓄能問(wèn)題，即把晴朗白天的太陽(yáng)輻射能盡量貯存起來(lái)，以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能利用裝置，因?yàn)樾势?、成本較高，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽(yáng)能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。

2.1.2 風(fēng)能

風(fēng)能是一種干凈的可再生能源。

優(yōu)點(diǎn):蘊(yùn)量巨大、分布廣泛、可以再生、無(wú)污染。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電而言，大型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)供電可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低;小型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)發(fā)電量較高，系統(tǒng)造價(jià)較低，運(yùn)行維護(hù)成本低。

缺點(diǎn):密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大、風(fēng)能的廣域分散性、隨機(jī)性和能量的低密度性。大型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)是系統(tǒng)造價(jià)高;小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)是發(fā)電機(jī)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(jìn)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(shè)，將人畜糞便通過(guò)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，用于炊事、照明和動(dòng)力燃料，既可解決農(nóng)村地區(qū)的能源短缺問(wèn)題，也可以滿足廣大農(nóng)民對(duì)使用優(yōu)質(zhì)、清潔能源的需求。

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

缺點(diǎn):占地面積較大，需要有穩(wěn)定的原材料供給;非正常運(yùn)行時(shí)會(huì)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(yīng)”，即利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)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(biāo)、陰級(jí)保護(hù)、科研工作、城鄉(xiāng)居民生活等方面均有較好的應(yīng)用前景。也屬于太陽(yáng)能綜合利用技術(shù)。

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

缺點(diǎn):受氣象條件制約，運(yùn)行條件受四季、晝夜、陰晴條件影響較大;投資相對(duì)較大，財(cái)政補(bǔ)貼壓力較大，若產(chǎn)生的電力需接入電網(wǎng)則要增加相應(yīng)設(shè)備及投資;該能源儲(chǔ)備相對(duì)較為困難;設(shè)備升級(jí)較為困難。

2.1.5 各種新能源利用方式對(duì)比(表2)

表2 松華壩水源區(qū)新能源利用方式對(duì)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(yáng)能利用率82%，沼氣13%，風(fēng)能6%，電100%，液化氣66%，煤2%，柴0.4%，光伏發(fā)電0.1%，詳見(jiàn)表3。

表3 松華壩水源保護(hù)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(biāo)煤后典型家庭能源用量

3 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

3.1 社會(huì)效益簡(jiǎn)析

3.1.1 為昆明城市優(yōu)質(zhì)水源提供保障

松華壩水庫(kù)承擔(dān)著昆明城市約50%的供水量，與上百萬(wàn)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(hù)水質(zhì);另一方面，通過(guò)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(shí)，更好地保護(hù)飲用水源。

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

松華壩水源保護(hù)區(qū)面積629.8km2，保護(hù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有居民23022戶，85934人。為保護(hù)水源，保護(hù)區(qū)人民近年來(lái)作出了很多犧牲:水源區(qū)無(wú)法發(fā)展第二、第三產(chǎn)業(yè)，為了保護(hù)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(wú)法保障，農(nóng)民生活質(zhì)量得不到較大提高，政府相關(guān)補(bǔ)償機(jī)制尚未健全。在此情況下，引導(dǎo)水源保護(hù)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(hù)區(qū)群眾的生活質(zhì)量。另?yè)?jù)公眾參與調(diào)查的結(jié)果，村民對(duì)使用新能源均較為歡迎。并且通過(guò)該方式，居民的環(huán)保意識(shí)也將進(jìn)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(yáng)能是重要的可再生能源。在昆明地區(qū)，太陽(yáng)能資源較為豐富，年日照時(shí)數(shù)約為2481.2h，日照率達(dá)57%，太陽(yáng)能年輻射總量為5182.88兆J/m2·a。

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

太陽(yáng)能和風(fēng)能是一種取之不盡、用之不竭、無(wú)污染的可再生能源，這樣得天獨(dú)厚的風(fēng)能、太陽(yáng)能資源，如果不充分利用，將白白浪費(fèi)。

3.2 環(huán)境效益簡(jiǎn)析

減少森林砍伐面積1.35km2，對(duì)于保護(hù)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(yù)測(cè)結(jié)果，新能源使用后，將減少?gòu)U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(hù)區(qū)水污染防治工程、垃圾處置工程實(shí)施，將取到更好的效果。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.3.1 投資估算

一次性投資包括太陽(yáng)能設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、沼氣池、光伏發(fā)電設(shè)備等，其中太陽(yáng)能設(shè)備一次性投資約為2500元，風(fēng)力發(fā)電設(shè)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(yáng)能設(shè)備投資按政府投入2000元，居民自行投入500元;風(fēng)力設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備作為試點(diǎn)，均由政府投資;沼氣池的建設(shè)考慮由政府投資;日常維護(hù)費(fèi)用由居民自行擔(dān)負(fù)。另外，日常電費(fèi)由政府及居民各承擔(dān)一部分;液化氣使用費(fèi)由政府補(bǔ)助。政府投入部分可考慮從受益人(即用水者)交納的水費(fèi)中開支。

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

政府投入。政府補(bǔ)助太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、光伏發(fā)電設(shè)備、沼氣池一次性投資費(fèi)用以及補(bǔ)助電費(fèi)、液化氣使用費(fèi)，以投資期限為15a計(jì)，總計(jì)需投入36912.8萬(wàn)元。具體投資估算見(jiàn)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(jì)評(píng)價(jià)

居民投入部分。通過(guò)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損益分析，從單個(gè)家庭的投入情況來(lái)看，年均可為每個(gè)家庭節(jié)省約919元的能源使用費(fèi)。具體如表7所示。

表7 居民家庭經(jīng)濟(jì)損益分析表

政府投入部分。政府投入新能源設(shè)備一次性投入及電費(fèi)、液化氣使用費(fèi)日常貼補(bǔ)等，年投入約2460萬(wàn)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(jìn)行替代。

這一理論數(shù)學(xué)模型為:

式中:V—替代工程價(jià)值，萬(wàn)元;n取1;

GX1—水資源涵養(yǎng)費(fèi)，萬(wàn)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(fèi)用，3.2元/m3。

本項(xiàng)目V=37864萬(wàn)元/a。

由此可見(jiàn)，本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

［1］張堅(jiān)，馬蘭.松花壩飲用水源地調(diào)研報(bào)告［Z］.昆明市環(huán)境科學(xué)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