设备维修论文之“三小电” 在新农村建设中的地位和作用

　　设备维修论文发表期刊推荐《机械设计与研究》创刊于1984年，本刊为双月刊，主编：邹慧君。国内统一刊号：CN31-1382/TH，国际刊号：ISSN1006-2343。《机械设计与研究》1989年起改由《机械设计与研究》杂志社出版，并增加了上海协昌有限公司为第3主办单位，主编为黄步玉教授、常务主编为邹慧君教授、编委会主任为谢绳武教授。
　　中国新农村建设是一项复杂的系统工程，不仅仅是建房子，建新村，同时要建能源电力、交通、信息等基础设施，还要关注各个方面的社会基础设施。在能源电力建设方面，依然任重道远。据统计，截止2005年底全国大约还有300万无电户（约1300万无电人口），其中150万户（约700万人口）将采用电网延伸、小水电和移民搬迁的办法解决他们的用电问题，其余150万无电户需要采用光伏和光伏/风电互补系统在2006～2015年期间解决，预计总装机容量300MW，投资大约300亿元。中国无电地区大部分拥有丰富的微水电、风能和太阳能资源。实践证明，用“三小电”（小光电、小风电、微小水电）解决农村无电人口用电在技术经济上是可行的。小型风力发电、风光互补发电技术成熟，成本低廉，适宜于内蒙古、甘肃、青海、新疆、西藏等省区及沿海岛屿的推广应用；微小水电具有良好的经济性，对解决中国南方无电山区供电问题可说是最佳手段；光伏发电系统没有机械运动部件，无需燃料、无污染、无噪音，具有很长的工作寿命，中国2/3以上的地区属太阳能资源丰富和较丰富地区，具有广阔的发展前景。

　　1“三小电”的发展现状

　　1.1发展现状

　　1.1.1小型光伏发电

　　（1）世界光伏产业发展概况

　　世界太阳能光伏发电产业快速发展，2004和2005年甚至出现了光伏产业不能满足市场需求的局面，供不应求还将因此而持续几年。以太阳电池的年生产量(MWp)为例，最近10年的平均年增长率为33%(由1994年的69.44MWp增加到2004年的1200MWp)，最近5年的年平均增长率为43％(由1999年的201.3MWp增加到2004年的1200MWp)。尽管因高纯硅材料短缺影响了太阳电池/组件的产量，但2004仍比2003年增长了61.2％（2003年为744.3MWp），2005年太阳电池/组件产量达到1817.7MWp，比2003年增长了51.5%。

　　生产规模不断扩大和自动化程度持续提高是太阳电池生产成本降低的重要方面，太阳电池单厂生产规模已经从20世纪80年代的1～5MW/年发展到90年代的5～30MW/年和本世纪的50～500MW/年。2003年世界重要厂商的成本为2～2.3美元/Wp，售价2.5～3.0美元/Wp，最近因材料紧缺有所回升。当供求关系越过平衡点后，成本会比前一个供求关系对应点更低，这也是30年来经验曲线中曾经出现过的现象。预计2030年度成本将与煤电相当。

　　（2）中国光伏产业发展概况

　　中国于1958年开始研究太阳电池，于1971年成功地首次应用于中国发射的东方红二号卫星上。于1973年开始将太阳电池用于地面。中国光伏工业在20世纪80年代前期尚处于雏形，一些半导体器件厂利用残次半导体硅片和p-n结二极管工艺制作太阳电池，年产量一直徘徊在10kW以下，价格昂贵。市场的发展很缓慢。地面太阳电池应用限于小功率电源，如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电、电围栏、黑光灯、直流日光灯等，功率一般在几瓦到几十瓦之间。

　　1981～1990(“六五”“七五”)期间，国家开始对光伏应用给以支持，在许多领域开展了示范应用，如微波中继站、部队通信系统、水闸和石油管道阴极保护系统、农村载波电话系统、小型户用系统和村庄供电系统等。

　　进入21世纪后，光伏市场发展较快。2002年国家启动了“西部省区无电乡通电计划”，通过光伏和小型风力发电解决西部七省区（西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川）700多个无电乡的用电问题，光伏用量达到15.5MWp（其中小型风力发电机240kW）。截止到2005年，底中国光伏系统累计装机已经达到70MWp。进入本世纪以后，中国太阳电池的生产进入快速发展期。保定英力率先突破原有的单晶硅和非晶硅电池生产，筹建3MWp多晶硅电池生产线；2001年无锡尚德建立10MWp太阳电池生产线获得成功，2003～2005年，在德国和欧洲市场拉动下，无锡尚德和保定英力德持续扩产，其他多家企业纷纷建立太阳电池生产线，中国太阳电池生产迅速增长。截止到2005年底，太阳电池生产能力已经达到400MW，产量达到150MW。绝大部分太阳电池组件出口欧洲。预计2006年底太阳电池生产能力超过1000MW。

　　1.1.2小型风力发电

　　中国从事小型风力发电开发、研制、生产的单位不断增加，已经达到了70家左右。中国小型风电机组目前保有量超过15万台，是世界上应用最多的国家。2005年小型风力发电机组产量、产值、利润有新的增长，200W、300W、500W和1000W机组产量逐年增加，占年总产量的80％，生产机组总容量为12020kW，总产值8472万元。小型风电主要用于解决无电农牧民、边防哨所、通讯基站等的用电问题，近几年在城镇中也在推广应用。出口外销数量增加，国际市场看好，共出口小型风力发电机组5884台，创汇282.7万美元，出口到菲律宾、波兰、韩国、日本、加拿大、英国、美国、荷兰、新西兰等24个国家和地区。

　　相关的行业及职业标准已经制定，很好的规范了行业发展。目前已经制定国家标准35个。

　　1.1.3微型水力发电

　　中国小水电资源丰富,适于农村开发，是实现中国特色农村电气化的重要途径，是社会主义新农村建设的需要。据普查资料,中国小水电资源的理论蕴藏量和待开发的资源潜力很大,在全国2300多个县中，有1104个县的小水电资源超过1万kW，全国将近半数的县可以立足于开发当地小水电资源，辅以其他能源,解决本地的初级电气化用电。

　　按照最新的微水电容量定义（500kW以下），微水电装机容量已接近800万kW，涉及到的农村用电人口达4千万人以上。这不仅拓展了微水电的发展空间和领域，也极大地提升了微水电在农村能源中的份额和地位。全国生产微小型水轮发电设备的企业约40多家，年生产能力3万台以上，其中一些企业产品质量可靠、技术性能先进，产品实现出口。

　　随着微水电容量的扩大以及投资目的和经营方式的改变，微水电用户对微水电设备的性能和质量要求有了很大提高，从单纯的追求低价格，转向追求高的性价比。为克服微水电无过载能力、供电规模小、可靠性差等缺点，对微水电多机并联、并网应用及相适应的供电模式的研究正在兴起，研制出的第二代微型水力发电机组，解决了多项第一代机组的技术缺点。中国在微水电研究与生产方面处于国际领先地位。

　　微水电投资者的主体由集体或自发自用的农户，变成了以乡村的电管员和水管员为主，微水电的投资人以卖电增收为目的，普通农民成为买电使用的消费者。同时国家的微水电扶持政策也明显加强。在与《中华人民共和国可再生能源法》有关的12个配套法规中，至少有8个法规直接关联到微水电的内容。

　　1.2市场需求

　　1.2.1解决1300万无电人口的生活用电

　　中国政府已经宣布，在未来10~15年解决所有无电居民的生活用电问题。据统计，截止到2005年底全国大约还有300万无电户（约1300万无电人口），其中150万户（约700万人口）将采用电网延伸、小水电和移民搬迁的办法解决他们的用电问题，其余150万无电户需要采用光伏和光伏/风电互补系统在2006-2015期间解决，这是一个巨大的市场。

　　1.2.2产品的更新换代带来巨大市场需求

　　随着产品研发与技术的不断改进，新的产品与设备不断涌现，同时原先的一些设备、机组已达到或超过设计寿命，需要更新换代，这是一个稳定的市场。

　　1.2.3推广应用范围扩大带来市场的扩大

　　由于油价的上涨，使得一些原先使用柴油、汽油发电机组的单位改用“三小电”。边远地区的哨所、海岛渔民、野外微波站、气象站、公路铁路无电小站等都根据所处地区条件改用小型光伏、风力或者微型水利作为供电来源。还有一些生态公园、庭院别墅将这种供电方式作为一种景观，这是一个新生的市场。

　　1.2.4电力供应紧张带动“三小电”发展

　　农村电网改造取得了巨大成就，但用电量随经济发展迅猛增长，农村缺电情况依然严重。“三小电”为解决农村用电紧张状况创造了条件，使农民生活水平的进一步提高成为可能。

　　1.2.5国家关于可再生能源的产业政策为“三小电”保驾护航

　　随着政府的倡导与宣传，清洁能源与可持续发展的理念已经深入人心，《中华人民共和国可再生能源法》的颁布实施以及国家一系列扶持可再生能源产业发展的优惠政策更是为可再生能源的发展提供了有力的保障，越来越多的企业和个人投入到这个领域中。“三小电”作为可再生能源利用的一部分必将有一个新的更大发展。

　　1.2.6国际市场

　　中国太阳电池、离网型小型风力发电机组、微小型水轮发电设备都在国际市场上占有一席之地。

　　2技术发展趋势和存在的障碍2.1小型光伏发电

　　单晶硅电池的实验室效率已经从20世纪50年代的6％提高目前的24.7％。多晶硅电池的实验室效率也达到了20.3%。薄膜电池的研究工作也获得了很大成功，非晶硅薄膜电池实验室稳定效率达到了13%、碲化镉(CdTe)实验室稳定效率达到16.4%、铜铟硒(CIS)的实验室效率达到19.5％。目前商业化晶硅电池的效率达到14％～20％(单晶硅电池16％～20％，多晶硅14％～16％)；与此同时，光伏产业技术和光伏系统集成技术与时俱进，共同促使光伏发电成本不断降低和光伏市场及产业的持续扩大。

　　中国在电池效率、专用基础材料和专用配套设备的性能及品种方面与世界先进水平存在相当差距。

　　在应用方面，光伏发电除用于独立系统用电外，在有电网地区的并网应用越来越广泛。在系统技术方面主要追求高可靠性和低成本。看一看全国可利用的屋顶面积：中国房屋总建筑面积400m3，其中城市房屋131亿m3，81.8亿m3为住宅面积，农村住宅面积大约是城镇的2倍，160亿m3；城镇住宅按照平均10层楼计算，屋顶可利用面积8亿m3，农村住宅按照平均5层楼计算，则屋顶可利用面积32亿m3，合计40亿m3。

　　表3几种典型太阳电池的实验室最好效率（％）电池种类中国世界单晶硅19.824.7多晶硅（稳定）14.519.8碲化镉（CdTe）13（三结）8（两结）硒化镉（CdSe）13.3816.4硒铟铜（CIS）21.119.2表4几种商业化电池的效率对比（％）电池种类中国世界单晶硅14－1616－20多晶硅12－1515－18－8（三结）非晶硅（稳定）5－6（两结）7（两结）3－4（单结）6（单结）碲化镉（CdTe）－8－10硒铟铜（CIS）－－10如果20％安装太阳电池就会有80GWp，约占2002年全国装机1/4；按照全年满功率发电1500小时计总年发电量约120TWh，约占全国7.3%（2002年全国总发电量1650TWh）。如果2020年全国30GWp太阳电池全部安装在城乡屋顶，则占用面积仅为城乡屋顶总面积的7.5%。除利用小光伏系统解决无电地区的用电问题外，在中国农村地区推广小并网光电系统有重要意义。中国在农村地区应用并网光伏系统还基本是空白，应进行研究示范。

　　影响小光电推广的主要障碍是成本高，没有国家政策强有力的支持很难推广。随着可再生能源法的实施，小光电在农村有广阔的应用前景。

　　2.2小型风力发电

　　小型风力发电的主要技术发展趋势是增加可靠性和稳定性。同时在应用上不只是用于离网发电，越来越多地用于并网发电。小风电发展的主要障碍：

　　●生产企业规模小，赢利困难

　　●片面追求低成本，产品性能、质量阻碍更多应用

　　●用户承受能力差

　　●市场缺乏政府足够支持

　　2.3微小型水力发电

　　微水电分为三个类型：0.1～3kW为户用型，3～30kW为村用型，30～500kW为乡用型。从整体上看，小水电的经济、社会、环境效益都不错，但设备技术水平却不高。需对旧老电站进行改造和重建，采用高质量和高自动化的设备，提高小水电的开发技术水平。小水电资源大多分布在水力资源丰富的地区，这些地区水电在电网中的比重本来就很大，造成丰水期系统电力有余，小水电只有弃水；而枯水期电网缺电，小水电也不能提供更多的电力。

　　总体而言，三小电的技术发展趋势：

　　●发展多能互补技术，提高用电的保证率。如发展风/光、光/水、风/光/水等互补系统；

　　●提高系统可靠性，提高效率，降低成本；

　　●从在无电网地区的离网应用到越来越多的并网应用；

　　●从单纯解决生活用电，到扩大系统规模，用于生产用电；

　　●不仅解决生产用电问题，还用于解决生活用能问题，如用小水电进行做饭、取暖等。

　　3发展建议

　　依据《可再生能源法》，尽快制定“实施细则”，统一规划，加强管理，考虑多种形式的补贴政策，激励“三小电”发展。健全标准化体系与质量体系，继续制定和修订相关行业标准。

　　企业要不断加强技术改进，降低成本，重视技术升级和产品创新，提高产品性能与质量，组织规模化、专业化生产，加快产业化步伐。面向农村，进一步加强技术培训和售后服务工作。进一步加强国际交流与合作，扩大国际市场占有率。继续推行示范项目的开展，加大宣传力度。具体建议如下：

　　●列入政府规划，把发展“三小电”看作建设和谐社会、建设社会主义新农村的政治任务；

　　●制订可操作的政策细则，以国家投入为主，用10～15年解决无电人口基本生活用电；

　　●加强研发支持，改进技术和产品质量；