运用微型小水电设施实现能源回收

[英国] J.加拉赫



运用微型小水电设施实现能源回收

[英国] J.加拉赫

一项最新研究成果显示，在水资源行业内利用微型水电设施能够实现能源回收。该研究成果是一项由欧洲地区发展基金(ERDF)支持的爱尔兰-威尔士双边合作项目(INTERREG 4A)成果。在整个水资源基础设施网络(供水及污水处理网络)中借助稳健的商业管理架构，采用生态设计的方法，利用水轮机等水电技术实现回收液体余压能，可节省水电成本并减少碳排放。基于该研究成果，可应对未来水务供需方面的变化，实现可持续水安全和能源安全。

小水电；卫星水电设施；基础设施；水资源；网络处理；欧洲

英国威尔士班戈大学和爱尔兰都柏林圣三一学院的最新研究发现，水资源行业可以利用微型小水电设施实现能源回收。

在全球范围内，为了给用户供水，水资源行业消耗的能源巨大。英国每天要通过复杂的地下管网处理输送数十亿升水，水务因此成为其第四大能源密集型行业。

对能源的依赖性成为推动水资源行业可持续发展的焦点，原因如下：

(1) 能源费用占比很大；

(2) 水务行业已作出温室气体减排的承诺，采用可再生能源技术有助于提升企业自给自足和碳减排的能力，这已经在行业内得到证实。

1 供水管网水压调节池

该项目是2007～2013年爱尔兰-威尔士双边合作项目(INTERREG IVA)的一部分，于2011年6月启动，旨在探索通过采用可再生能源技术提高效能后水务行业如何能得到更加可持续的发展，项目的研究重点是在供水管网水压调节池(BPTs)内运用微型小水电设施实现回收液体余压能的可能性。

该项目由爱尔兰都柏林圣三一学院工程和管理专家以及英国威尔士班戈大学环境和地理学者联合研究。

随着项目的推进，研究人员发现，从净水厂的进出口到配水管网的减压阀，这种可能性存在于整个水务基础设施网络中。虽然现场流量情况各有不同，大小各异，但都有采用水电技术实现能量回收的可能。

2 能量回收的可能性

项目的首要目标是和水资源服务提供商合作，制备一份爱尔兰和威尔士地区现有现场能量回收的投资组合计划。在这两个地区，项目组找到230多处水压高于要求值的站点。如果成功回收这些液体余压能，不但可以为水务行业节省能源开支，同时也可以减少供水成本并实现温室气体减排。

这些站点在水流条件、水压力以及可到达性等方面差异较大，而且，基于目前的技术成本以及较低的项目补贴，通过经济可行性评估分析得出，若在每个站点都安装微型水轮机，成本会很高。

3 技术解决方案

人们正在探索不同的工程设计方案，目前，市场上已有一些水轮机上市，但是对于大多数小型液体余压能回收点来说，单位成本依旧昂贵。

项目组研究出两种不同的水轮机，一种是低水头的重力涡旋式水轮机，尤其适用于污水处理厂的出口处，另一种是可取代减压阀的水轮泵(PAT)。目前研究小组已完成这些系统在试验室环境下的研发工作，下一步将对原型系统进行完善使之更加符合市场需求。

研究小组从商业的角度对供水商的管理架构也进行了研究，考察了其组织架构以及企业探索这些能源回收技术的创新性。

项目研究指出了一些有利于技术应用实现的管理架构。但是，水务机构包括公共机构、私营机构和公益性机构，其组织架构各有不同，因此，要将能源回收议程整合到其商业计划中，必须设计好稳健的商业模式。

4 一种生态设计方法

对小水电设施的生态环境影响的研究发现， 水资源行业内实施微型小水电装置技术具有低碳性。 通常， 这些水电项目的低碳回报低于6个月， 而经济回报则需要3～8 a。 在某种程度上， 这是因为管网基础设施建设在微型水电项目中占很大一部分。

为此，班戈大学的研究小组在技术评估中采用了一种“更为绿色”的方法。受威尔士地区国民信托机构的水电项目的启发，项目小组开发出一种低碳且低能耗的设计。

基于这种生态设计方法，微型小水电项目建设过程中应减少用材或使用替代材料，或者在设计过程中使用模块化或预制组件以减少建设时间。以现有的微型小水电站为例进行的研究发现，使用不同的原材料和生产方式可减少项目碳排放10%以上，同时节省约2.5%的资源。

5 目前挑战

如今，水安全对供水和水处理提出了更高的要求。同时人口增长对用水需求的影响以及气候变化对供水的影响尚不得而知。然而，研究小组正在能源回收领域对这些挑战进行探索，以确保技术适应未来供需方面的变化。对影响将来管网水流的因素以及过往10～20 a的历史情况均要加以考虑。

水和能源安全总是相互联系的，因此，通过能量回收来提高水务部门的效率有助于未来可持续供水安全。

6 补贴税费

下一代微型小水电系统的新水轮机和模块正在研究设计中，这是一项低成本且低碳的能源回收技术。这一点非常重要，因为没有这一技术，某些水务基础设施站点就无法获得财政补贴(FIT)支持。

对于水务公司可以获得补贴的站点，其小水电设施甚至所有可再生能源技术的使用都已大大减少。因此，目前水务公司已经发现这些站点不太具有经济回报性。

7 展 望

在过去的5 a，项目研究小组的研究成果获得了人们的称赞，同时该小组正与企业经营者携手共同探索水电在水务领域能源回收方面的新机遇。

该研究小组由爱尔兰都柏林圣三一学院领导，旨在促进水务企业在供水及污水处理基础设施网络方面能源的回收，同时也寻求灌溉管网和大型工业园区供水中的能源回收潜能。这代表了整个欧洲或者说是全球关于可持续水务的共同愿望。能源回收将有助于提升供水管网的效率，同时为依赖电力的行业提供了能源保障。

目前该研究小组也正在对能源效率的其他领域开展研究，未来将有望与行业伙伴开展合作。

徐瑞华 孙 言 译

(编辑：唐湘茜)

2016-07-13

1006-0081(2016)10-0004-02

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