杨志春 武新星 潘孟
河北省石津灌区管理局 河北石家庄 050002
摘要：随着全球能源结构的变化和环保意识的增强，新一代技术应运而生。蜂窝水力发电技术作为一种改进的发电方式，以其分布式布局、全天候、全方位、安全可靠的特点，将成为未来电力能源发展的新方向。
关键词：分布式;蜂窝式;水力发电
引言
目前，由于化石能源的过度开发和消费，导致全球能源短缺和环境污染，世界各国都在寻找一条持久的、环保的能源开放之路。中国水资源丰富，水能含量高。传统水电开发存在一次性投资大、对环境破坏大、占用优质良田、破坏水生生物生存环境、带来巨大地质灾害等缺陷。分布式水电站作为一种高效的能源综合利用系统，以小型水电站为代表的分布式水电站将得到越来越多的重视和发展。分布式水力发电技术以其独特的结构和环保性将成为未来电力能源发展的新方向。随着社会经济的发展，电能已经成为人们日常生活和工作中不可缺少的能源。目前，我国的能源主要依靠火力发电和水力发电，这两种发电方式都是由燃煤热驱动发电机旋转发电产生的，这类发电机由于需要大量的煤炭，容易造成灰霾，严重污染大气环境，而且煤炭是不可再生能源，长期燃煤发电明显不符合国家节能环保政策，不利于国家的可持续发展。为了适应国家节能环保的政策，水力发电及其发展技术受到了广泛关注。
1分布式水力发电技术———蜂窝式水力发电
1.1传统水力发电弊端
由于需要修建大坝、库区、蓄水库，从而改变了上下游水流的原始状态，同时库区的建立也改变了原有的地质环境。因此，传统的水力发电也存在以下缺点和不利影响:(1)库区及周边地区地质灾害发生的频率增加；(2)泥沙淤积，水库水位上升，影响大坝安全；(3)黄河下游土壤盐渍化加剧，水质恶化；(4)河床冲刷严重，影响下游；(5)水流静止导致血吸虫病等下游传染病发病率上升；(六)移民问题，影响水库景观、文物古迹的；(7)库区蒸发量对气候的影响；(8)水资源的再分配具有外交意义；9)战争中的袭击造成的巨大次生生态破坏；(10)拦河、淹没上游土地，改变河流天然径流，改变区域生态系统物质基础，影响生物多样性。
1.2分布式发电的优势
目前，由于一次性能源的短缺，环境压力越来越大，追求高效、低碳、清洁利用能源是发展的必然趋势。与其他常规发电形式相比，分布式发电具有以下优点:(1)分布式发电系统避免了过多的输配电成本；(2)分布式发电系统会延迟输配电网络的升级；(3)施工时间短，成本低；(4)分布式发电系统易于实现能源梯级利用；(5)良好的环境保护；(6)适用于某些特殊场合。分布式发电系统可用于在未被电网覆盖的地区(例如偏远山区)提供能源，在这些地区，大型电网难以实现，投资昂贵。
1.3(分布式)蜂窝式水力发电
分布式水力发电是一种综合利用能源的高效供电系统。在节能减排和电力市场改革的形势下，它得到了越来越多的重视和发展。分布式水力发电与大电网相结合是未来电力市场发展的主要方向。许多发达国家在发展分布式水电的过程中，采取了一系列措施，如规划指导、技术支持、优惠政策、建立并网标准等。分布式水力发电将采用蜂窝水力发电的形式。蜂窝水力发电是一种新型的水力发电技术，它可以灵活、可靠、分布式地进行组合。蜂巢式水轮发电机呈蜂窝状，故称蜂巢式水电站。每组蜂窝发生器由多个蜂窝发生器单元组成，每个蜂窝发生器单元内设有相应的水轮机叶片，均匀分布的水轮机叶片承担从流水中获取水流能量的任务。蜂窝发电机组由机座、叶轮支腿、叶轮、带棘轮的主轴、动力传动链和动力传动轴组成，叶轮通过叶轮支腿固定在蜂窝发电机组机座内，形成独立、稳定、灵活的可操作结构。为了适应不同的水域，多个蜂窝发电机组相互组合形成拦截不同水流段的蜂窝水轮发电机组。单个涡轮叶片从流经蜂巢的水流中获得旋转能量，该旋转能量经由链条叠加在驱动轴上，并最终由发电机转换成电能。水能利用率可达75-90%。
蜂窝式水力发电的优势
2.1灵活组合
可实现从“一”→“多”→“数不清”的转变，根据具体环境灵活多变。
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2.2安全可靠
传统的水电站是完全不平衡的，蜂窝水电站由于其特殊的形状可以实现应力平衡。分布式蜂窝发电系统中的各个电站相互独立，由于用户可以自我控制，不会发生大规模的停电事故，因此安全性和可靠性较高。
2.3环境适应性强
本发明可以根据进水流量和流量匹配电机，克服了传统水轮发电机组中水轮机与发电机的匹配限制，节约了电机资源，实现了同一组水轮发电机组可以驱动变功率电机，并可以根据环境流量的变化通过智能装置自动切断蜂窝水轮发电机组，无需人工干预；在同一蜂窝发电机组中设置多个发电机组，使机组容量可以与大、中、小机组组合，当流量在实时域发生较大变化时，机组可以将发电机切割成最合适的类型。从而真正实现微水微流发电，也可以实现洪水发电。
2.4结构合理
实现低成本蜂窝水电站分布式特性的关键技术是采用多台低功率发电机代替一台高功率发电机。蜂巢布置就像蜂箱一样，是由一个六角形的单间组成，单间口全部朝向一侧，背靠背对称布置的一种结构。这种结构具有优良的几何和力学性能，是所有发电机组中适应性最强、所需材料最简单、使用空间最大的一种新型结构，非常符合实际需要，是最经济的空间结构。本发明结构巧妙，充分利用了空间，大大降低了制造成本。
2.5灵活的开发方法
可实现分布式布局，可固定在两岸，可实现整个界面的水能开发；也可以固定在河岸一侧，采用悬臂、斜拉、锚固的固定方式，实现流域界面部分水能的开发；而且可以整体固定在流域水流中，特别是在海水潮流能的开发利用中。开发模式灵活多样，实现了分布式水电开发，彻底解决了传统水电开发的缺陷和局限性。
2.6可作为基本负荷连续发电
是实现internetplus智能能源的一种模式和突破，配备了一种新型的变功率盘式发电机技术，可以在几乎任何流速的水中稳定运行，完全无需人工干预。本发明不会因水流变化而改变发电负荷，能长期满足负荷曲线，实现基本负荷发电，突破了传统水力发电调峰发电瓶颈，大大提高了能源互联网系统下的运行效率，能源完全以人为本，整个过程智能化可控。它将成为能源大数据、能源云计算、能源物联网等能源信息技术的“互联网+”发展方向，高度实现清洁能源的开发利用和低碳、分布式、自主化。在能源开发、传输、改造和消费过程中逐步实现智能能源的前提和技术保障。
2.7发展空间巨大
高供电可靠性以黄河可开发水电资源为例。根据蜂窝发电机的发展方案，理论可利用容量约为20亿千瓦。由于用户之间相互独立，与大电网并行运行并自我控制，当发生故障时，分布式电站的自身特性可以保证用户的供电不受影响，避免了一些灾难性后果的发生，大大提高了供电的可靠性。
2.8生态干扰小
与传统水力发电相比，分布式水力发电不碎石、不截流，水轮机转速低，鱼群通过安全，不污染环境，不占用耕地，环境好，可综合利用。“可复制”催生了基于分布式水力发电技术的“裂变”发展——蜂窝水电站具有许多性能和独特优势，它无论任何分水岭，无论高山峡谷，只要有水流资源，都可以发展水力发电的可能性；由于其自身的结构特点，它可以标准化生产，模块化装配，在保证最低边际成本的情况下，可以实现全过程标准化，在短时间内实现复制发展，促进整个国家乃至世界，实现裂变发展。
3.蜂窝水电安装场地
只要有流动的水，无论其流量和流量如何，都可以安装不同类型的蜂窝式水轮发电机组。
结语
随着生态环境的恶化和环保意识的增强，全球能源结构将发生变化。分布式水力发电技术蜂窝水电站是一种新型发电形式，从降低运行成本、缩短工期、提高施工速度等方面来看，它是替代传统水电开发的有效途径之一，将有效解决传统水电面临的各种困难。
参考文献
[1]魏胜利，苏伟杰．分布式地下水模拟模型MODFLOW介绍与应用［J］．水利规划与设计，2011(03):30-32．
[2]敏政，王异凡，安艳涛，等．我国小水电现状及其代燃料前景［J］．水利规划与设计，2010(02):15-17．
论文作者:杨志春,武新星,潘孟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/23
标签：分布式论文; 水力发电论文; 蜂窝论文; 能源论文; 发电机论文; 机组论文; 水电站论文; 《防护工程》2018年第12期论文;