（一）小型风力发电机的工作条件

　　1.小型风力发电机可以安全工作的风速

　　小型风力发电机启动风速一般在3～4米/秒之间，国产小型风力发电机的额定风速通常在8～10米/秒之间；小型风力发电机的最大工作风速（或切出风速）为25米/秒左右。小型风力发电机可以安全工作的风速范围是3～9级风，即风速在3～25米/秒之间都可以安全工作。

　　2.小型风力发电机适合应用地区

　　凡是风力资源较好(年平均风速大于4米/秒，没有台风灾害)，电网不能到达或供电不足的牧区、农区、湖区、滩涂、边远哨所和公路道班都适合开展小型风力发电机的推广应用。

　　（二）小型风力发电机的结构

　　小型风力发电机一般由风轮、发电机、塔架、尾翼、控制器、逆变器、蓄电池组、电缆、调速系统和混凝土地基组成。

　　小型风力发电机能提供220伏交流电或24、36、48伏直流电。能够解决直流或交流照明问题:给灯泡、节能灯供电；可以为家用电器（如电视机、DVD、收音机、电风扇、洗衣机、小型电冰箱）提供电力；也可以为通讯装置提供电源；可以驱动小型电动工具（分别见表4-1、图4-1）。

　　（三）小型风光互补系统

　　小型风光互补供电系统是由小型风力发电机组、太阳能光伏电池组、蓄电池、控制—逆变器等组成（见图4-2）。根据不同地区的风能、太阳能资源及不同的用电需求，用户可配置不同的供电模式。小型风光互补供电系统的控制—逆变器上设置了风力机和太阳能光电板两个输入接口，风力发电机和太阳能光伏电池发出的电，通过充电控制器向蓄电池组充电，然后将从蓄电池出来的直流电通过逆变器转换为适合通用电器的220伏、50赫兹交流电。小型风光互补供电系统的优点是可以同时利用当地的风力资源和太阳能资源，起到多能互补的作用。

　　目前，小型风光互补供电系统中，风电与光电的匹配比例一般为3∶1左右。例如：300瓦的风力发电机可以配用100瓦的光电板；500瓦的风力发电机可以配用150～200瓦的光电板；1千瓦的风力发电机可配用300～350瓦的光电板。

　　二.微水能综合利用

　　微水能综合利用技术是指利用微型水利资源的动能作功的技术，包括微型水力发电（简称微水电）、水轮泵、水碾、水磨等多种以水流为动力的工作技术。由于有了水电之后，其他各种水力机械都可以用电动机械代替，并且更加方便，所以其他水力机械的应用逐步减少。因此，现在的微水能利用一般只讨论微型水力发电技术的利用。

　　(一)微水电的定义

　　微型水力发电简称微水电，是指将小溪、小河水（即微水能资源）的位能转换成符合民用电要求的电能设施和设备组成的系统。其工作原理和小水电基本相同，但装机容量较小。

　　（二）技术要点

　　1.单户型微水电机组

　　单户型微水电设备的功率小，一般都是整装机组。单户型微水电只供单家独户的用户使用，所需要的投入资金、工程量等也很小，可以由农户自投、自建、自管、自用。单户型微水电站建设包括土建、设备安装和电力输送等内容。单户型微水电配置的发电机一般为永磁发电机，它具有结构简单、运行可靠、效率高、少维护或免维护、使用方便等优点。单户型微水电站需要配备自动稳压和稳频的电子调控器，供电距离不应超过1千米。

　　单户型机组的发电量分为：100、200、300、500、800瓦，1、2、5千瓦等。

　　单户型水电站所需要的水流量为40～140立方米/时，落差为2～40米。一般在小溪小河上选择自然形成的较高落差进行建造。

　　（1）技术路线（工艺流程）  见图4-3。

　　（2）主要技术环节及要点

　　其核心部分是由水轮机、发电机、控制器、假负载组装在一起的微型水力发电机组。

　　主要性能参数如下：

　　发电机相数  单相；

　　励磁方式  永磁、三次谐波；

　　发电机同步转速  1500转/分；

　　整机效率  35%～50%；

　　额定输出电压  230伏；

　　额定频率  50赫兹。

　　（3）推广该项技术需要注意的事项

　　单户型微水电机组由用户自行建设安装，需要对用户进行简单而有效的培训，尤其注重安全用电的教育。设备使用说明书要通俗、详细、实用。要有公益性的技术服务机构和修理网点。

　　(4)主要产品研发和应用情况

　　单户型微水电机组是成套性整装机组，我国目前性能较好的单户型微水电机组主要有以下机型。

　　① 轴流式微水电成套整装机组

　　水轮机比转速较高，适用水头较低、流量大的水力资源，能够自动稳压稳频，安装简单，维护方便。

　　② 冲击式微水电成套整装机组

　　水轮机比转速较低，适用水头较高、流量较小的水力资源，能够自动稳压稳频，安装简单，维护方便。

　　③ 双击式微水电成套整装机组

　　水轮机比转速较低，适用6～12米水头、流量较小的水力资源，能够自动稳压稳频，安装简单，维护方便。

　　2.村级联网型微水电机组

　　村级联网型微水电其设备以整装机组为主，发电可以供一个自然村（10～100户）使用，建设安装应在专业技术人员的指导下进行。机组配有自动稳压和稳频的电子调控器或调速器，可多台机组联网供电，操作使用方便。供电范围原则上应在2千米之内，最多不应超过5千米。

　　村级联网型微水电设备发电量为5～30千瓦。电站需要的水资源流量为100～500立方米/时，落差5～60米。需要建造或借用水工建筑才能满足其水资源要求。

　　（1）技术路线（工艺流程）  见图4-4

　　（2）主要技术环节及要点

　　微型水力发电机组为整装机组，即水轮机、发电机是组装在一起的，安装机组比较方便。

　　技术的主要性能参数如下：

　　发电机相数  单相、三相；

　　励磁方式  永磁、三次谐波；

　　发电机同步转速  1500转/分；

　　整机效率  40%～60%；

　　额定输出电压  230伏/400伏；

　　额定频率  50赫兹。

　　（3）推广该项技术需要注意的事项

　　控制系统较为复杂，控制调整需要专业人员到场。输电线路的架设也需要持证电工上岗。

　　（4）主要产品研发和应用情况

　　① 轴伸贯流式微水电机组

　　该设备效率高，适用水头范围广。

　　② 斜击式微水电整装机组

　　该设备适用于水头较高、流量较小的水力资源。配用永磁发电机，故障少，使用寿命长。

　　③ 轴流式微水电机组

　　该机组理论效率高，适用15～30米水头、流量大的微水力资源。

　　3.乡级并网型微水电机组

　　乡级并网型微水电的装机容量为30～100千瓦，采用并网供电，可以对处于电网末端山乡电网进行电力就近补充。发电设备以整装机组为主，需要安装并网变电设备。电站建设应进行正规勘测和设计，工程要在专业技术人员的管理指导下进行。

　　并网型微水电站向电网卖电，再由电网向用户供电，克服了微水电独立供电枯水期无电可供，发出的电无法全部利用，发电户自己收费的高人力成本及无法避免纠纷等离网运行三大固有障碍，可以逐步成为山区农民致富的低风险投资项目之一。

　　乡级并网型微水电站需要的水资源流量为100～10000立方米/时，落差5～120米。往往需要借用小一或小二型水库或较大的灌溉水渠蓄调水量，才能保证年发电时间，取得较好的经济效益。

　　（1）技术路线（工艺流程）  见图4-5

　　（2）主要技术环节及要点

　　微型水力发电机组以整装机组为主，即水轮机、发电机是组装在一起的，配有调速装置。

　　技术的主要性能参数如下：

　　发电机相数  三相；

　　励磁方式  谐波励磁、励磁发电机；

　　发电机同步转速  1500、1000转/分；

　　整机效率  60%～75%；

　　发电机输出电压  400伏；

　　上网电压  10千瓦；

　　额定频率  50赫兹。

　　（3）推广该项技术需要注意的事项

　　电站建设需要正规设计，专业技术人员管理施工。建设和并网需要向有关部门办理相关手续。

　　（4）主要产品研发和应用情况

　　① 轴伸贯流式微水电机组

　　由于其水平安装，非常适用于对现有水库进行以电养灌改造。

　　② 斜击式微水电整装机组

　　该设备适用于水头较高、流量较小的水力资源。配用水电专用发电机，故障少，使用寿命长。

　　③ 轴流式微水电机组

　　机组理论效率高，适用2～15米水头、流量大的微水力资源。

　　（三）投入和产出效益分析

　　1.各技术模式的投入概算

　　微水电的建设投资因自然条件不同而差异较大。在一般情况下，独立运行的微水电供电系统每千瓦的建设投资在1万元左右，其经费使用分配比例关系是：设备（包括机组和金属构件）占30%，水工建筑占40%，电线架设占30%。如果是一些要求较高的示范工程，全部由正规的工程技术队伍施工，再加上技术专家的工作费、用户内线安装工料费等，其费用就会达到每千瓦2万元左右。并网运行的微水电站，省去了输电线路的架设，每千瓦的建设投资为7000元左右。如果是“以电养灌”工程，水工建筑大部分由农田水利建设承担，微水电站的建设投入可降至每千瓦4000元左右。

　　2.各技术模式的效益分析

　　（1）独立运行供电的微水电

　　独立运行微水电的年发电时间按9个月计算应为6570小时，即每千瓦装机容量的年发电能力为6570千瓦时，有效用电率40%，以每千瓦时0.5元计算，则年发电收入应为1314元。在不计算管理和维修经费的情况下，投资回收年限为7.6年。在一般情况下投资回收年限都要超过10年。装机每千瓦可解决4户（12～15人）的生活用电问题，但每年有两三个月的时间枯水期，需要其他电源补充。

　　（2）“以电养灌”并网运行微水电

　　以安徽省六安市金寨县油店乡小二型水库为例作一个简单的说明。当地发电户争取到了每千瓦时0.34元的上网卖电价格。这0.34元中，按照国家小水电税收政策上缴6%的税收，每千瓦时应为0.02元；交水利局水资源使用费每千瓦时0.01元；政府有关部门收取管理费每千瓦时0.03元；电力公司以需要还建电网贷款为由每千瓦时收取建电网还贷费0.03元；发电户的实际收益为每千瓦时0.25元。

　　该水库灌溉水田33公顷，建有100千瓦微水电站1座。微水电站的建设费用（按现行价格）估计为40万元。据发电户反映，该微水电站年发电时间，折算成满负荷发电时间有4000小时。该项水库每年的卖电收益为13.6万元，其中：发电户收益10万元；国家获得税收8000元；电力公司获得建网还贷费1.2万元，此外当地供电电价为0.56元/千瓦时，供电公司还有0.22元/千瓦时，即8.8万元的买卖差价；水利局收水资源使用费4000元；政府相关部门收取管理费1.2万元。

　　上例中，发电户充当了农田水利的养护主体，承担了水库水渠的日常管理与养护工作。由于33公顷水田的灌溉收费如果按每年每公顷收费225元计算，也只有7500元左右，只占13.6万元发电收益的零头，因此对农民的灌溉收费就全免了。

　　3.适宜推广情况分析

　　从微水电设备生产企业近几年销售产品的流向分析，微水电存在三类用户群体：

　　第一类是山区的无电户，用微水电解决自家的生活用电问题。随着我国农村电网改造的大力推进，该类用户呈逐年下降的趋势。

　　第二类是以增加收入为目的的微水电发电户。这类人多数是农村的电管员或水管员，有一定的专业知识基础和管理经验，但缺少资金。只能依靠当地的水利设施或旧站改造，搞投资不大的微型水力发电，其装机容量在5～500千瓦之间。卖电收入每年在几千元到几十万元不等。这是一个非常需要政策扶持和技术引导的群体，代表了当今中国微水电的发展方向和希望。对中国山区农村的经济发展，清洁能源的开发利用，农田水利设施的养护都有积极的作用。

　　第三类是长期连续向外排水的企业，进行水力回收发电。如污水处理厂、地势居高的自来水厂等。通过自发自用每年可以节省几十万元的电费支出。这类用户虽然较少，但由于其经济承受能力比农民强，需要的都是高端设备，对行业的技术发展有相当大的推动作用。