松华坝水源保护区新能源结构研究

李丽珍

(昆明市环境科学研究院，云南昆明650032)

松华坝水源保护区新能源结构研究

李丽珍

(昆明市环境科学研究院，云南昆明650032)

分析了松华坝水源保护区新能源利用现状及存在的问题，在此基础上，对保护区新能源结构进行了规划，并进行了经济技术分析。

新能源;结构;现状;规划;水源保护区;松华坝

1 松华坝水源保护区新能源利用现状及存在问题

1.1 松华坝水源保护区农村概况

1.1.1 水源保护区概况

松华坝水源区是昆明市市级自然保护区，保护区面积629.8km2，主体为松华坝水库。松华坝水库位于昆明市北郊，黑龙潭东北面，西邻上坝村。距昆明14km，海拔1937m。元代依松华山谷筑坝而得名。1958年在元代松华坝旧址新建大坝。径流面积约600km2。最高水位海拔1941m。库容2.19亿m3。水源区河流属长江水系、金沙江流域，主要入库河流有牧羊河和甸尾河。牧羊河全长50km，控制径流面积373km2;甸尾河全长20km，控制径流面积149 km2。两河在境内寺山和狮子山之间汇合后流入松华坝水库。水源区内年产水量约1.99亿m3，日供水45.7万m3。其保护范围行政区划涉及盘龙区的双龙乡及松华乡、滇源镇及阿子营乡。

1.1.2 能源利用情况

目前松华坝水源保护区广大农村仍以柴薪能源为主，其次包括煤、液化石油气、电、太阳能、风能、沼气。查阅云南省数字乡村网(www.ynszxc.gov.cn)，通过咨询各乡镇政府，并结合现场公众参与调查结果，得出水源保护区现有能源利用情况为:72.8%的住户烧柴，56.4%的住户使用液化气，93.6%的住户用电，15.1%的住户使用太阳能，10.2%的住户使用沼气，详见表1。

表1 松华坝水源保护区现有能源利用情况(户)

据调查，水源保护区虽已实施禁煤，但居民家庭燃用蜂窝煤仍较为普遍，尤其是冬春季节。

1.2 现有能源结构存在问题

1.2.1 环境污染及生态破坏

空气污染。薪柴、煤、液化石油气等传统能源燃烧过程中，产生烟尘、SO2、CO2等气体，污染环境空气。

水污染。以上能源燃烧不直接造成水污染，而是通过间接的途径影响水环境质量。例如使用薪柴造成大量森林资源破坏，会加剧水土流失，破坏森林的水源涵养能力，从而影响水资源及水环境质量。燃煤产生的煤渣存放不当，其淋溶水进入地表水体，也将对地表水体造成影响。农村大量牲畜粪便、农业垃圾得不到利用，随意丢弃，极易污染水环境。

固体废物污染。使用薪柴、燃煤产生的灰渣造成固体废物污染;农村大量牲畜粪便、农业垃圾对环境产生污染。

生态环境破坏。查《昆明植被》，松华坝水源保护区的植被类型包括常绿阔叶林、硬叶常绿阔叶林、落叶阔叶林、暖性针叶林。使用薪柴、燃煤产生的灰渣占用土地;使用薪柴造成大量森林生态资源破坏。松华坝水源保护区面积629.8km2，森林覆盖率63%，即森林面积约为396.77km2。根据公众参与及各乡镇政府提供的统计资料分析，松华坝水源保护区户均薪柴用量1442kg/(户·a)，水源保护区使用薪柴户数为16770户，则薪柴用量约为2.42×104t/a(干木材)。水源保护区林木蓄积量以300m3/hm2计，则总的林木蓄积量约为1.19×107m3，约合7.14×106t干木材。即水源保护区森林砍伐量占总蓄积量的3.4‰，因燃烧薪柴被砍伐的森林面积每年约为1.35km2。

1.2.2 资源浪费

传统能源中，煤、液化石油气等均属于不可再生能源，水源保护区现有能源中，除电力资源外，其他资源均可采用新能源或电进行替代，减少约30230t标准煤的薪柴及煤用量。

1.2.3 经济性差

据调查统计，水源保护区每个家庭平均每月所用燃料费(包括煤、液化气、电、薪柴等)约为126元。根据经济效益分析结论，使用新能源后，可节省开支约77元/月。

2 新能源结构规划

2.1 几种能源对比

2.1.1 太阳能

太阳能不会对环境造成任何污染，所以被称为绿色清洁能源。人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。

(1)优点

普遍:太阳光普照大地，无论陆地或海洋，无论高山或岛屿，处处皆有，可直接开发和利用，且勿须开采和运输。

无害:开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁的能源之一，在环境污染越来越严重的今天，这一点是极其宝贵的。

巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t标煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源。

长久:根据目前太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿a，而地球的寿命也约为几十亿a，从这个意义上讲，太阳的能量用之不竭。

(2)缺点

分散性:到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在垂直于太阳光方向1m2面积上接收到的太阳能平均有1000W左右;若按全年日夜平均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

不稳定性:由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，到达某一地面的太阳辐照度是间断又极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源，就必须很好地解决蓄能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来，以供夜间或阴雨天使用，但目前蓄能也是太阳能利用中较为薄弱的环节之一。

效率低和成本高:目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低、成本较高，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

2.1.2 风能

风能是一种干净的可再生能源。

优点:蕴量巨大、分布广泛、可以再生、无污染。对于风力发电而言，大型系统的优点是系统供电可靠性高，运行维护成本低;小型系统的优点是系统发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低。

缺点:密度低、不稳定、地区差异大、风能的广域分散性、随机性和能量的低密度性。大型风力发电系统的缺点是系统造价高;小型风力发电系统的缺点是发电机可靠性低。

2.1.3 沼气

在广大农村，秸杆、粪便产生量大，可进行沼气的综合利用。沼气属于清洁能源，开展农村沼气建设，将人畜粪便通过厌氧发酵产生沼气，用于炊事、照明和动力燃料，既可解决农村地区的能源短缺问题，也可以满足广大农民对使用优质、清洁能源的需求。

优点:为可再生能源，可实现废弃物综合利用;原料成本低，能源供给相对稳定(冬季需适度加热);技术较为成熟;安装成本低。

缺点:占地面积较大，需要有稳定的原材料供给;非正常运行时会产生异味。

2.1.4 光伏发电

光伏发电的基本原理是“光伏效应”，即利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。该技术在工业企业生产、通讯、航标、阴级保护、科研工作、城乡居民生活等方面均有较好的应用前景。也属于太阳能综合利用技术。

优点:应用范围十分广泛，为可再生能源，无枯竭危险;清洁、无污染外排;无需消耗燃料或架设输电线路就可就地发电供电，即使在复杂地形地区也可采用;能源利用率高，建设周期短。

缺点:受气象条件制约，运行条件受四季、昼夜、阴晴条件影响较大;投资相对较大，财政补贴压力较大，若产生的电力需接入电网则要增加相应设备及投资;该能源储备相对较为困难;设备升级较为困难。

2.1.5 各种新能源利用方式对比(表2)

表2 松华坝水源区新能源利用方式对比

2.2 水源区总体能源结构研究

总体能源结构研究结果为:太阳能利用率82%，沼气13%，风能6%，电100%，液化气66%，煤2%，柴0.4%，光伏发电0.1%，详见表3。

表3 松华坝水源保护区总体能源构成比研究结果

2.3 典型家庭能源结构研究(表4)

表4 折合成标煤后典型家庭能源用量

3 经济技术分析

3.1 社会效益简析

3.1.1 为昆明城市优质水源提供保障

松华坝水库承担着昆明城市约50%的供水量，与上百万居民的直接生存条件密切相关。使用新能源，一方面增加森林覆盖率，涵养水源，保护水质;另一方面，通过提高水源区居民生活质量，也将间接提高居民的环保意识，更好地保护饮用水源。

3.1.2 提高水源保护区群众生活质量及环保意识

松华坝水源保护区面积629.8km2，保护区内现有居民23022户，85934人。为保护水源，保护区人民近年来作出了很多牺牲:水源区无法发展第二、第三产业，为了保护水源，减少面源污染，农民赖以生存的土地也将改为林地，禁养畜禽。水源区农民的收入无法保障，农民生活质量得不到较大提高，政府相关补偿机制尚未健全。在此情况下，引导水源保护区群众使用新能源，采用政府投资与村民自筹一部分资金相结合的方式，将提高水源保护区群众的生活质量。另据公众参与调查的结果，村民对使用新能源均较为欢迎。并且通过该方式，居民的环保意识也将进一步得到提高，乱堆垃圾、乱排粪(污)水等现象也可减轻。

3.1.3 可再生能源得到充分利用

太阳能是重要的可再生能源。在昆明地区，太阳能资源较为丰富，年日照时数约为2481.2h，日照率达57%，太阳能年辐射总量为5182.88兆J/m2·a。

另外，云南多数山区风能分布广泛，在冬春季风能极具开发价值，山区若再考虑海拔高度的影响，则风速随高度增高而加大，不仅是中型风力机的可开发地区，且在某些特殊位置亦是大型风力机的可开发地区。

太阳能和风能是一种取之不尽、用之不竭、无污染的可再生能源，这样得天独厚的风能、太阳能资源，如果不充分利用，将白白浪费。

3.2 环境效益简析

减少森林砍伐面积1.35km2，对于保护森林生态资源，提高水源涵养率具有重要意义。根据环境影响预测结果，新能源使用后，将减少废气、废水排放量，减少固体废物堆放量，获得良好的环境效益。如果再结合水源保护区水污染防治工程、垃圾处置工程实施，将取到更好的效果。

3.3 经济效益分析

3.3.1 投资估算

一次性投资包括太阳能设备、风力发电机、沼气池、光伏发电设备等，其中太阳能设备一次性投资约为2500元，风力发电设备一次性投资约为1500元，沼气池一次性投资约为1500元，光伏发电投资按1000元;参照公众参与调查结果，太阳能设备投资按政府投入2000元，居民自行投入500元;风力设备、光伏发电设备作为试点，均由政府投资;沼气池的建设考虑由政府投资;日常维护费用由居民自行担负。另外，日常电费由政府及居民各承担一部分;液化气使用费由政府补助。政府投入部分可考虑从受益人(即用水者)交纳的水费中开支。

居民投入。居民家庭一次性投资约500元，日常使用费约197元/a，具体如表5所示。

政府投入。政府补助太阳能、风力发电设备、光伏发电设备、沼气池一次性投资费用以及补助电费、液化气使用费，以投资期限为15a计，总计需投入36912.8万元。具体投资估算见表6。

表5 居民家庭投资估算表

表6 政府投资估算表

3.3.2 经济评价

居民投入部分。通过进行经济损益分析，从单个家庭的投入情况来看，年均可为每个家庭节省约919元的能源使用费。具体如表7所示。

表7 居民家庭经济损益分析表

政府投入部分。政府投入新能源设备一次性投入及电费、液化气使用费日常贴补等，年投入约2460万元。

采用影子工程法，影子工程法又叫替代工程法，采用森林的水资源涵养能力进行替代。

这一理论数学模型为:

式中:V—替代工程价值，万元;n取1;

GX1—水资源涵养费，万元

式中:Q—森林的降水贮存量，t;

J1—有林地降水量，t;

J—林区总降水量，t;年降水量取994mm;林区总面积按629.8km2;

R—森林降水贮存量(即森林涵养水源量)占有林地降水量的百分比，取30%;

R1—森林覆盖率，63%;林地面积396.8km2。

P—单位蓄水费用，3.2元/m3。

本项目V=37864万元/a。

由此可见，本项目的经济效益显著。

［1］张坚，马兰.松花坝饮用水源地调研报告［Z］.昆明市环境科学研究院，2004.

［2］胡名操.环境保护实用数据手册［M］.北京:机械工业出版社，1990:69，77.

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［10］赵智.对云南发展风力发电的思考［J］.地方视角，2004，(7):40－41.

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