关于新立轴风小水电能源发展的大优势及巨大效益

贾庆昌 贾宏杰 田悦 毛凯

【摘 要】在本刊总第154期我们发表了：转变水平轴风电发展方式，使我国成为“新立轴风小水电”发展强国的文章，并申报了有关专利，并给我们党的有关领导去信汇报，特别在2013年11月11日给党中央习主席写了求发展的快递信，也未得到支持发展。而习主席提出的‘中国梦与一系列报告和全国两会的召开给了我们很大的力量和鼓舞。使我又学习研究总结发现了‘新立轴风小水电的4点发展优势和5点巨大效益和它的发展符合我国能源可持续发展战略新途径的条件，符合党的历史使命和人民的最大利益。而它的发展是来自电力的发展条件和我国电力能源发展历史的选择。

【关键词】新立轴风小水电 能源可持续发展 战略的新途径

1新立轴风小水电能源大发展的大优势，是来自电力能源能大发展的条件和来自我国电力能源大发展的历史选择

电力能源大发展的条件是：成本价低、资源储量丰富、人能安全控制使用。如煤电的成本价低，煤炭的储量丰富，煤电又易安全控制使用，故煤电得了大发展。但煤的燃烧要排放有害的和有温室效应的气体。煤电的长期大发展，排放了大量的温室和有害气体。造成了今天的极端气候灾害，并使大气浑浊污染，多雾霾，少蓝天白云，影响人们健康，并使农田旱涝不均多灾害，影响农田增收。我国为治理这些危害，大力发展了水平轴大风电，至2012年我国大风电装机容量居全球第一。而我国专家认定：我国只是风电大国，还不是风电强国。这因大风电的电力不稳多变，不能直接使用，它并网有破坏作用，只有限量并网混合才能使用。又因大风电场址受风力区所限，这使我国大风电场址多在西北边远区，而我国的大电网又多在东南区，必建远距电网通道才能使用大风电。即使我国成为大风电强国，但还不是电力强国，这因大风电不易存储，不能安全灵活配合用电高峰。如丹麦国家，已是大风电强国，遇到用电高峰期，还需高价买别国的电力。而大风电人们却不能安全廉价操纵使用，这又是大弊病。而大风电的成本价已高于了煤电。在我国建远距输送电网，成本价更高，它的大发展更不能与煤电的大发展相竞争。

我国在新能源的发展中，只有小水电的成本价比煤电成本价低，它发的电力又稳定，人们又易安全控制使用，如它的电力能就近使用，多余的电力易并网，它并网不但无破坏作用，而且是大电网廉价有益的补充，它不但不排放、无污染，而且无移民、淹没的麻烦，而且规模小、工期短、见效快，故它不但优于了煤电、大水电、大风电等，它能大发展。据有关资料[1]，至2003年，全国已建成小水电站4.8万余座，年发电量1100亿度，占全国水电总发电量的40%左右，它是我国新长态电力发展快的佼佼者。但它发电的可再生水源多在大电网覆盖不到的山区，分布不均储量有限。据有关资料报道，它的好站址目前已经开发用完，今后已不能再大发展了。

而我国的‘小水电和‘大风电不能大发展之后，我们深入研究，实验了‘新立轴风小水电，却发现它能够大发展，因它是小水电和大风电的新发展、新选择，它不但具有小水电的一切优点和大风电的环保性，而且它又克服了小水电和大风电不能大发展的一切弊病，它不但大大优于了小水电、大风电，能够大发展，而且它的发展优势和巨大效益符合我国能源可持续发展战略新途径的条件，下面就进一步说明此问题。

2 新立轴风小水电能源的大发展和巨大效益，为什么符合我国能源可持续发展战略新途径的条件

据我国张超编著的<<水电能资源开发利用>>一书第10章，我国水电能源可持续发展战略研究及展望，第10章、3、4节2050年我国水电发展的预测，对于2050年我国能源需求预测，有关单位做过多次，主要成果有三。

（1）原能源部：“中国能源战略研究2000-2050”，1996.11。

（2）中国工程院能源项目组：“中国可持续发展能源战略研究总报告”，1997.5。

（3）国家计委能源研究所：“中国中长期能源战略研究”，1998年。

他们预测研究的结果提出的战略思考与建议，在本书222页最下面写道：“在2050年我国水能、核能开发达到极限后，煤炭将成为最主要的能源。应当从现在起就积极研究，保护并高效利用我国宝贵的煤炭资源，探求实现我国能源可持续发展战略的途径。”

而煤炭资源不能再生，它有枯竭期，又有污染，它不符合我国能源可持续发展战略新途径的条件。而我们研究成功的“新立轴风小水电”，它能成本价低廉，它的资源风力、空气压力及可再生水源储量极丰富，无枯竭期，它的电力人们又易控制操纵使用，它又干净、不排放、不污染，它具备了电能大发展的一切条件，它并完全能于煤电相竞争发展，它完全优于了煤电，它并有巨大效益。故它符合我国能源可持续发展战略途径的条件。下面我们再具体说明它的大发展优势和巨大效益。

3新立轴风小水电能源大发展的4大优势

（1）风力提水的发展优势：因风小水电首先要用风力提蓄水，而风力提水比风力发电技术设备简单、价廉，很容易实现，故日本的有关专家学者在著作中预言：“风能用于提水，不但会长期持续下去，而且有可能出现超过用于风力发电的状况”[2]。但目前风力提水只用了风力，因没用大气压力的配合，这使风力提水不能高扬程大流量，这限制了它的发展，这使我国的风力提水也只能在沿海发展。再如过去我国农村的链条水车和链条泵提水，因只用了水面上的大气压力，它的标准值是76厘米汞柱高，折水柱高为10.33米高的压力，它传递作用在链条提水盘的下面的水面上，距被提水面越近，其压力值越大，而它提水超过10.33米高就没有了大气的压力作用，提水盘下面就要出现真空，严重影响提水扬程。随着农村提水扬程的加大，这使我国过去的链条水车和链条泵提水遭到了淘汰。而我们今天的“新立轴风小水电”风力提水，我们研究成功了用“上空气压增提水扬程器”它间距5米的压力就能大于标准气压的平均值。我们并申报了专利，在此专利中，都有具体的说明。它解决了风力提水不能高扬程大流量的问题，它能满足小水电最大落差的提水需求，它使“新立轴风小水电”提水有了大发展的优势。

（2）新立轴风力机的发展优势：本风小水电风力提蓄水要用的新立轴风力机，它由三种立轴直翼活翅型与申报的三个专利组成。第一种是基本型，名称是：立轴升力直翼活翅风力机，它的专利号：02284215.2，已被国家评为重点专利和一等奖，并被收录入《中国当代发明家大辞典》第二卷。为满足风小水电风力提水的要求，在此基础上我们又研究设计成功了“立轴升力直翼活翅尾”风力机，它的专利号：201220403902和“立轴升力直翼内外活翅风力机”，它的专利号：201320015070.5。它们的共同特点是易制、价廉、效高。这因它们都是升力直翼叶片，比水平轴升力叶片根大、梢小，有扭曲要易制易取材，如我本人已用upvc水管材，加热软化内模具成形法，制成了对称翼NACA.0015翼型的样机。因它是用双横臂连接立轴与叶片，它双支点受力，比水平轴叶片单支点受力要弯矩小，耐使用。它直翼叶片中部设活翅，只要有2级微风树叶动，人脸有感觉的风力，就能打开活翅使风轮转动，使提水机械提出水来。6级以上的大风，活翅尾的离心力配重，产生的离心力能使活翅尾自动张开，减速，可利用大风力提水。在低速风力下，顺风向转动活翅张开，能扩大迎风面积10倍左右，扩大风功率推动风轮转动。大风又能减速减小风功率，它提高了利用风力的效率。立轴风轮转动的轴线稳定性，又有利于塔架的耐用和抗强风。立轴风轮是中转速，它转动的高速性系数稳定，这利于风力提水，特别它的叶片易制，此特点可使它用适当大的叶片和大机型向全国85%的风能密度不同地区，廉价普及风力和大气压力提蓄水。这使新立轴风力机提水具备了很大的发展优势。

（3）新立轴风小水电的可再生水源的发展优势：在今天新常态的电力发展中，小水电是快速发展的佼佼者，但因它利用的可再生水源的局限性大，使它今后不能再快速发展了。而新立轴风小水电利用的可再生水源却打破了小水电利用可再生水源的局限性，并大大优于了小水电的可再生水源，却能够大发展。如它利用的第一种可再生水源是农田的深机井，它可用 电力、风力双配套，电力是在抗旱时机动使用，一般深机井每年抗旱只用3-4个月，它每年均有8-9个月的时间无用，而风力它可常年使用，循坏用水，节水搞新立轴风小水电或风微小水电，它分布均匀、面广，数量无限。而当前的农田深机井，开口井壁直径为60 cm，它可容砼井筒直径40-35 cm，其直径40 cm的，风电双配套可装链条提水筒直径为10-12cm，若砼井筒口径小于40 cm的，就不能用此提水筒的直径了，就会影响提水效率。故建议今后的深机井，砼井筒径制成40 cm的为好。它并能保证使用安全、并能保证风力提水和发电放水互不影响，并能同时进行。

它利用的第二种可再生水源是：江、河两岸与大湖泊沿岸的连通水井，它的提蓄水落差在30米内的都可用。它用人工或机械都易开挖，只要井底适当低于水面，就能用有特殊构造的水管连通就能保持井内有足够用的水，它可专用风力常年专搞“新立轴风小水电”，因它能使蓄水循环，节水搞风小水电，它可适当的增多，它又能适当的扩大井筒，，它可装适当大的新立轴提水机型，它又可提升蓄水位高度，和降低发电位置，提高发电水落差和效率，它又能规模适中，广泛投资，工期短，见效快，发展快，它发的电力能就近廉价使用，又能并网，它并网又是大电网有益的廉价补充。以上两种的可再生水源井，它不但比小水电的可再生 水源分布广，储量丰富，而且它不易受到雨雪冰冻和暴雨干旱的干扰影响发电。故它大大优于了小水电的可再生水源，它的优势能保新立轴风小水电的大发展。

（4）它成本价廉的发展优势：成本价廉是电力大发展的主要条件，它也是新立轴风小水电能大发展的主要优势。如它提蓄水的动力用的是风力和大气的压力，它不用钱买就可得到。且储量丰富用之不尽。它利用风力的机械是新立轴风力机，它不但比水平轴易制、价廉、效高、耐用，而且能在我国85%左右的地区风力提水使用，它打破了水平轴风电场址只能在我国1%的地区兴建的局限。它提水用的配套机械是新型链条水车或链条泵，过去它提水不能用上空大气压力，不能高扬程大流量，它遭到了淘汰，被看成了落后过时的提水工具。今天用它提水，它能利用风力和上空大气压力，它能高扬程大流量的廉价风力提水，又能很好的转化风力的不稳定性提水，它风力提水优于了电动泵、离心泵，它今天是风力提水的先进机械和佼佼者。我国又有传统的制造技术和基础，它能具备提水成本廉价的优势。再者是它提蓄水的蓄水池，它建造技术和用料都简单，但它却能把不稳多变不易控制的风能转化为可控制又稳定的水的势能。它因能使池水循环利用，故它不用很大的容量，就能廉价蓄水利用。

再者是它发电的小屋，小屋很易建，而发小水电的设备，我国都能制造，品种基本齐全，并已达到世界先进水平和商品化，它能价格合理，能保风小水电成本的廉价性。它发电是由蓄水池放水管道，进入小屋水轮机发电组，再经水轮机的尾水管，放回井水中，再由新立轴风力机和提水机械，将井水用风力和空气压力提入蓄水池中，形成人可控制的循环用水，节水发小水电的过程。而蓄水池又能澄清水源，便于有尾水管的水轮机使用[3]。这保证了它成本廉价的发展优势。以上四点发展优势足能保证风小水电的大发展。

4新立轴风小水电能源大发展（5）点巨大效益，其重要的是第（5）点

（1）它的大发展能优化我国电力能源结构：因煤电能源具备大发展的条件，至今还没有电力能源能和它相竞争大发展，这使煤电在今天电力结构中仍占着重要的发展位置，这使我国今天的大气污染极端气候危害和能源的可持续发展战略，形势仍然严峻，而我们研究成功的“新立轴风小水电”却具有大发展的优势，却能与煤电相竞争发展，却能改变以上严峻的形势，却能首先优化我国的电力能源结构。

（2）它的大发展能使我国电力能源向符合可持续发展战略条件和廉价方向发展。这是因为“新立轴风小水电”所用的能源风力和空气压力以及所用的可再生水源、农田深机井及江、河、湖泊沿岸的连通水井的水源，不但可再生，而且储量丰富，用之不尽。能保证风小水电向符合可持续发展战略方向发展。它风小水电发出的电力具有小水电的优越性，它不但人易控制使用，而且能就近廉价用电，它又能并网而且是大电网的有益和廉价的补充，故它的大发展可保我国电力向廉价方向发展。

（3）它的大发展能提高我国用电水平和人均年用电量，能促进我国经济环保双发展。据我国《水电能资源开发利用》220页介绍：我国用电水平还很低，人均年用电量仅相当于世界平均水平的?，而风小水电能大发展、快发展，只要党和国家重视、支持，研究实现此问题，我国用电水平定会改变。电力能源又是经济发展的动力和条件。风小水电的快发展、大发展，它的廉价性必带来经济的大发展，它又有环保性，故能使我国经济、环保双发展。

（4）它的大发展能改变气候变暖和极端气候危害，并具有世界意义。当前气候变暖的主因是煤电大发展和煤炭石油燃烧向空中排放了大量的污染和温室气体并造成了极端气候的危害。而今天若能风小水电大发展，它不但干净和不排放温室气体，而且它又能与煤电相竞争发展，并能优于煤电的发展，减少煤电的发展。这就大大减少了大气中的温室气体，也减少了极端气候的危害。而当今极端气候是世界性问题，故它具有世界意义。

（5）它的大发展能促进“风调雨顺”和中国梦的发展。本新立轴风小水电，因本风力机能大范围利用风力，它和蓄水池又能转化风力的不稳和多变性，人们又能主动控制蓄水循环，节水发电，它的电力又能配合用电高峰，故这是人们主动对风力的进一步大利用。而它利用的可再生水源又都是雨水源的转化，故它的大发展是人们主动大用风力调动了地上的雨水源，顺着人的需要发展，即实现了“风调地上雨顺”。而它大发展能大减排，能缓解气候变暖。据近10年有关记载：气候变暖使我国北方干旱灾害增加，又使南方降雨量增加[4]。这也证明它的大发展能缓解气候变暖，也能调天上的雨量，这能调天上和地上的雨顺，即它的大发展能促进“风调雨顺”。而“风调雨顺”带来的财富无限又价廉，它不但能使农业全面大丰收，而且能使天蓝地绿生态环保美好发展，它不但能使中华民族振兴，而且能永续健康的生存发展。

大用风力调雨顺保丰收，是新力轴风小水电能源独特的效益，这是当前我国其他能源不能及的。而风调雨顺是中华民族特别是农民世世代代长久期盼和梦想，它是中国梦的重要部分；而今天习主席提出了中华民族伟大复兴的中国梦。它已到了落实实现的时刻，它的实现不但符合中国梦，而且也符合人类利用能源的新未来。也更符合党的历史使命和人民的最大利益。故他应大发展快实现。

参考文献：

[1]张超 编著.《水电能资源开发利用》.化学工业出版社，183页.

[2]（日）牛山泉，三野正洋 合著.《小型风力机的设计与制作》.中国风能研究中心出版

，134一135页.

[3]（日）小水力利用推进协会编.《小水力发电技术》.科学出版社出版，118页.

[4]张超 编著.《水电能资源开发利用》.化学工业出版社，219页.

作者简介：贾庆昌：（1938—），男，大专学历，中级建筑工程师职称，原单位：河南裕华建设安装工程有限公司，研究方向： 新立轴风小水电，邮箱：xibei1995@126.com；贾宏杰：（1964—），男，大专学历，会计师职称，单位：河南省禹州市褚河镇元东村村委会，研究方向： 风小水电；田悦：（1987—）， 男，大学本科学历，硕士职称，单位：河南裕华建筑安装工程有限公司，研究方向：风小水电；毛凯：（1982—），男，研究生学历，经济师职称，单位：河南裕华建筑安装工程有限公司，研究方向：风力发电。