水能資源利用技術(shù)的研究綜述

顧永和，席 靜，王 靜，梁 斌

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學院 監(jiān)察(審計)處，甘肅 蘭州 730060；2.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學院 應(yīng)用化學工程學院，甘肅 蘭州 730060)

水能資源利用主要指的是利用水體的機械能(動能、勢能、靜壓能)。所以利用水能資源的最基本條件是有水流和形成落差(即水從高位降到地位時的水位差)。因此水流的流量越大，水位的落差越大，所包含的能量就大，即可利用的水能資源就越多。廣義上的水能資源主要包括河流、潮汐、海洋能等能量資源；而狹義的水能資源指的是河流的水能資源[1]。

1 水能資源的特點

1.1 世界水能資源的特點

水能資源作為一種清潔的可再生資源，在利用的過程中還可多次循環(huán)重復(fù)利用，對人類生活以及世界經(jīng)濟發(fā)展都具有一定經(jīng)濟價值。在世界范圍內(nèi)，水能資源分布廣泛，但是全世界不到30%的水能資源得到了利用開發(fā)，尚未開發(fā)利用的水能資源大部分位于發(fā)展中國家。

1.2 我國水能資源的特點

我國范圍內(nèi)蘊藏的水能資源量居世界第一位。但是在我國也存在水能資源分布不均的問題。我國的水能資源有約70%分布在西南三省一市和西藏自治區(qū)，其中長江水系最多。截至目前，我國已開發(fā)的水能資源主要集中在長江、黃河和珠江的上游[2]。

2 水能資源的利用

據(jù)記載，我國對水能資源的利用歷史悠久，早在古代，我國就發(fā)明了“水磨”、“水碾”等主要利用，主要是將水能轉(zhuǎn)化為機械能。隨著社會的進步，水能可以被轉(zhuǎn)換為電能，即水力發(fā)電。所謂水力發(fā)電其實就是將水能通過水輪機先轉(zhuǎn)化為機械能，然后通過水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，實現(xiàn)將水能轉(zhuǎn)換成電能的過程。而在現(xiàn)代，水利資源利用已經(jīng)是一項龐大的綜合工程，將水資源的利用系統(tǒng)的聯(lián)系在一起?？梢哉f，在現(xiàn)代，水能資源除發(fā)電外，兼有防洪、灌溉、供水、航運、養(yǎng)殖、旅游等利用價值，產(chǎn)生的社會效益和環(huán)境效益不容小覷。無論如何利用，水能資源的利用的主旨就是要充分合理地利用江河水域的水源(包括地上和地下)，以此來獲得最優(yōu)的綜合效益[3]。

2.1 我國水力發(fā)電的進展

目前我國的水力發(fā)電裝機容量居世界第二。從新中國成立后，在大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)的推動下，結(jié)合江河治理，我國水電事業(yè)持續(xù)快速發(fā)展。改革開放后，水電建設(shè)的步伐進一步加快。而在我國水力發(fā)電技術(shù)方面，因為西部大開發(fā)舉措和“西電東送”戰(zhàn)略的制定，在一定程度上支撐著我國水電事業(yè)的發(fā)展，這一重大舉措將我國的水力發(fā)電技術(shù)推向了世界的前列。而且我國水力發(fā)電建設(shè)在發(fā)展的這些年，通過合理開發(fā)、引進外資、招標承包等一系列與時俱進的舉措，已經(jīng)逐步建立起了既能夠適應(yīng)市場經(jīng)濟，同時又具有中國特色的水電開發(fā)、建設(shè)機制[4]。

2.2 我國水力發(fā)電的成就

從我國水能資源的優(yōu)勢特點來看，小型水力發(fā)電已經(jīng)成為了我國開發(fā)利用水能資源的一個重要選擇。所謂小型水力發(fā)電(簡稱小水電)，指的是容量為12～0.5MW的小型水力發(fā)電站，而容量小于0.5MW的小水電又稱農(nóng)村小水電。這些小型水力發(fā)電站最典型的優(yōu)勢特點是運行過程中堅守耐用，使用壽命較長，堅固耐用，且市場價格穩(wěn)定。這些特點使得小水電成為了用電規(guī)模較小，同時區(qū)域較偏遠的地區(qū)主要的選擇對象。同時在我國小水電資源分布很廣泛，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在我國的2166個縣(市)中有1573個縣存在可開發(fā)利用的小水電資源。1998年的時候，聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)正式把國際小水電中心設(shè)在我國，這一成就表明了我中國的小水電已從國內(nèi)走向了世界[5]。

3 水能資源利用技術(shù)的前景

水能資源作為清潔無污染的新能源，在世界范圍內(nèi)都具有非常高的環(huán)境效益和經(jīng)濟價值。據(jù)數(shù)據(jù)記載，全世界的水能資源在理論上約為34萬億kW·h/a，其中已現(xiàn)有的技術(shù)可以開發(fā)利用的水能資源約為14萬億kW·h/a，在理論上占據(jù)水能蘊藏量的41%。而目前已經(jīng)開發(fā)利用的水能資源僅有2.1萬億kW·h/a，只占了能夠開發(fā)利用的水能資源的15%以及水能資源理論蘊藏量的6.2%?？梢哉f，人類目前已經(jīng)開發(fā)利用的水能資源其實只占了總水能資源很小的一部分，換句話說，無論是世界范圍內(nèi)還是我國范圍內(nèi)，水能資源的開發(fā)前景巨大[6]。

4 我國水能資源開發(fā)利用中存在的主要問題

盡管水能資源有著眾多獨有的特點和優(yōu)勢，但是開發(fā)利用卻仍然未到達成熟期。這不僅是技術(shù)層面的問題，還有其他方面的問題。

4.1 水能資源開發(fā)利用過程中的環(huán)境爭議問題

在我國，除了存在水能資源分布不均，開發(fā)技術(shù)尚待完善的問題之外，還存在一些其他方面的問題。其中，最受關(guān)注的問題就是水能資源的開發(fā)利用過程中帶來的環(huán)境問題。即使水能資源利用和資源環(huán)境保護之間不存在根本對立的問題，即使從全方位考慮，水力發(fā)電建設(shè)是有利于環(huán)境保護的，也符合世界范圍內(nèi)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，但是無論如何，在水能資源的開發(fā)利用過程中對水體環(huán)境以及水體生物的確會帶來一些不良影響，甚至還涉及到部分區(qū)域的自然保護區(qū)的開發(fā)問題。這些都對我國的水能資源的開發(fā)利用帶來了一定的限制。

4.2 水能資源開發(fā)利用過程中的體制建設(shè)方面的問題

目前在我國，水能資源開發(fā)利用的建設(shè)體制方面建設(shè)尚未完善，尤其是在水力發(fā)電建設(shè)方面，存在著多種開發(fā)利用模式。比如一條河流基本由一家投資主體開發(fā)，或者一條河流的不同梯級發(fā)電站由不同投資者開發(fā)的模式。這兩種開發(fā)模式都在一定程度上存在著缺陷，尤其是第二種開發(fā)模式。在同一條河流的水能資源利用過程中，如果上中游段因為灌溉以及工業(yè)供水等方面耗掉大量的水能資源，這樣到河流下游段，水力發(fā)電甚至農(nóng)田灌溉的水能資源就會可能出現(xiàn)短缺不夠用的問題。這些問題都會限制我國水能資源開發(fā)利用的綜合發(fā)展。

5 展望

水能資源是清潔資源，可再生資源，且能循環(huán)利用，對人類生活和經(jīng)濟發(fā)展具有很高的經(jīng)濟價值。隨著現(xiàn)代化進程的逐步推進，人類對能源的需求量也逐步增加，相對于其他礦物能源，水能資源具有清潔無污染、可再生、能循環(huán)利用、運營成本低等優(yōu)點。因此，我們要加快水能資源的開發(fā)，逐步改善能源利用狀況，加大水能利用比重，營造一個清潔、可循環(huán)的能源利用環(huán)境。