水利工程外文翻译美国小规模水电的潜在发展.docx
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水利工程外文翻译美国小规模水电的潜在发展
英文翻译
美国小规模水电的潜在发展
摘要
在早前的报告（Kosnik，2008）进行实验研究，潜在的小规模水电贡献给我们可再生能源供应，同时减少碳排放。
这是发现遍及美国成千上万的可行站点能生产大量的水力发电力量。
本文的主要目的是确定使用效益和发展这些小规模水电的地点。
仅仅因为一个站点有必要的地形特点，允许小规模水电开发，并不意味着它应该追求从成本效益的角度来看，即使这是一种可再生的能源资源对环境的影响最小。
分析发现，平均成本的发展小水电是相对较高的，还存在数以百计的站点在低端成本的规模，即现在的经济发展。
关键词：
水电可再生能源气候变化
1.简介
在过去的几十年，随着关注全球气候变化增加和批评对传统化石燃料为基础的能量供应已经长大，开发国内再生的能源供应的兴趣已经增加了。
花费数十亿美元的研究费用和许多科研时间已经度过了一切对地热采暖的分析。
然而，到目前为止还没有一种单一的技术证明了国内的能源问题，所以，所作的努力仍在继续着可再生能源领域的前沿。
在近几年，相辅相成的这些趋势：
一定数量的州通过了再生的投资标准（RPS）或立法，提出可再生能源的生产要求，分析了过去电力负荷，提高了指数。
在2003年在美国有三个州通过了RPS法案，但2008年的数量增加到34。
在2009年3月，国会再次试图进入游戏，美国制定了《清洁能源与安全》法案，它的目的是实现一个同等水平的RPS在电力供应2025年的25%。
本文重点介绍一种特殊类型的可再生能源资源、小规模水电在美国的发展。
小规模水电是有别于传统的水电站在它被定义为一代30兆瓦容量或更少。
这是很重要的，因为这样小的一代设施只有很少数的人带来的负面影响，河流的更大、更多传统的水电厂易于发生。
作为主要的批评的水电开发已经成为传统当地的影响，渔业资源和河流生态系统一种可能的选择，规模水电站双赢的局面：
没有二氧化碳的排放量和地方环境足迹是微不足道的。
在本文主要探讨了在美国规模很小水电发展可能性。
我们讨论的名单,潜在的土地发展这些地点，成本和福利的范围小水电生产暗示的。
在2004年，美国能源部（USDOE，2004年）对美国每个试验段作为一个水电开发潜力的网站进行了分析。
该数据库确定规模小水电站近50个可行地点，能提供超过10万兆瓦的电力。
这代表约10%的当前在美国电力发电量，而供应了80%的电力发电量（EIA，2009年）。
这样一种数量显然是不够美国消除化石燃料的使用，然而，它是不足以满足大部分RPS超越2020年。
西北太平洋的各个州，其中包括加利福尼亚、华盛顿、爱达荷州还有俄勒冈州：
包含大部分潜在的规模小水电，但是没有一个单一的国家，在这个国家没有能力但至少有点额外利益规模小水电开发。
此外水电不像大多数其他可再生能源在很久以前就以成熟的技术发展起来了。
那里已经存在竞争生产公司涡轮机和其他设备所开展的大多数小范围之内水能资源，并且，该设备是牢固可靠，以汽轮机寿命持久好几十年。
例如（普罗米修斯研究所，2006）作为一再发生在与硅太阳能生产所必需的原材料用来开发小规模水电站也是便利和可用的，暗示着输入价格会下降。
笨文的主要目的是为了确定成本-发展这些规模小的有效性水电的地点。
仅仅因为一个站点也有必要的地貌特征允许小规模水电发展并不意味着它从成本效益应该追求的角度看问题。
如果成本的发展原来是禁止的，这将告诉我们应当直接我们的努力在发展太阳能、风能、或一些其他的可再生能源来源来代替。
如果相反，成本原来是相对较小的，这可能意味着一个明智的政策选择，将使得齐心协力来培养这些记录小规模水电的地点。
为了确定发展这些成本的小规模水电站，关键站点的特征变量被输入到各种各样的粗略估计做出计划来实现成本。
第一个结果是小规模水电建设涉及非线性的规模效应。
我们把小模发电设备分成三种不同的水电站（P）的种类：
“小”（就是30MWZPZ1兆瓦）、“微”（就是1MW4P4100千瓦）、“微观”（就是100kWZP）。
从这件事情我们发现，虽然有个别性价比站点可供选择用于开发的每一种分类，“小”水电站比“迷你”或“微观”站的平均成本更明显有效。
从本质上说,真正的小站点，那些只能生产出足够的力量，为一个单一的家庭，或者单独的块，在现有的技术和当前的设备价格，大部份的地方离开不发达国家。
第二个结果的平均成本是培养一种“小”大约每千瓦5000美元的水电站。
这是高成本-有竞争力的化石燃料，目前的估计是，可再生能源需要更接近2000美元每千瓦。
然而，五千元每千瓦是一个平均数字，还有好几百小水电上的地点这种规模的下端，可开发为少于2000美元每千瓦。
这意味着有一些小规模水电现在的潜力，这是符合成本效益的。
作为担心气候改变的潜力，寻找增减少一些温室气体的排放，价优，快，有价值了。
从我们的分析结果也表明我们这些小范围之内水电站将变得更划算，如果美国开始通过规定二氧化碳排放量、碳排放税，或者，通过可交易排放许可制度美国提出了《2009年清洁能源和安全》的行为规定。
温室气体的减排效益通过水电可以计算出一个简单的公式，E=XY，其中E指排放没有燃烧的矿物燃料、X指平均二氧化碳排放因子、Y指热率转换因子。
假设一个价值的二氧化碳排放量每吨减少30美元，年减排效益为10兆瓦的小水电站是1,850,000美元。
事实上，小规模水力发电除了电产生的能量和碳排放降低之外还有许多好处。
小规模水电不产生任何（包括空气污染物二氧化硫、二氧化氮、臭氧、铅）：
它是一种恒定有力供应资源，它有一种在向其他提供资源保持平缓变化的能力，更多的间歇性的，一代来源，而且是一种分散的能源资源和涉及国家利益由国家的自然现状决定。
如果所有的这些附属的好处被给了每兆瓦值（如目前的研究试图做的费用），甚至更多小水电站将会增加。
总之，本研究已确定了在美国一些较小的规模：
水电站能够迅速，且成本-有效地发展。
进一步来说，它已经发现了额外的小规模水电的站：
可开发为所处的环境进化和可再生能源资源中获得的价值。
小规模水电将会解决美国的能源需求，然而，这项研究提供证据表明：
这是一种很有用的投资组合的一部分能量的解决方案，能同时满足减少能源需求和气候变化。
更重要的是,这些技术和输入材料的开发这些小型水力发电-电力站点是随手可得的。
从事建立它们应该立刻开始（需监管方面的批准），在短期内呼吁减少碳的排放。
此篇文章其余的结构如下：
第2部分描述小规模水电生产机制，第3部分详细说明数据在分析中使用，第4部分提供了一个成本算法利用的三种不同的解释，第5部分报告实证结果，第6部分总结，并得出结论。
2.小规模水电机制
小水电的设施产生的动力由经过涡轮的水的动能提供。
大多数小规模水电设施是“径流式”，其意思是河的自然流动，一个死的水库是没有创造以产生动力。
没有一个永久的大坝阻止河流流量，也不是一个大水库洪水耕地、破坏河流温度和成分的水平，许多河流的影响所带来的负面避免了传统的水电站发电与小规模的设备。
上面图1说明了一个典型的规模水电设施。
通过系统电力生产水、以及产生的能量与水的垂直下落高度和流量是成正比的。
电力生产的一般公式
其中P是指机械产生的动力，a是指效率、密度和重力等参数H是指垂直下落高度，Q是指流量。
从入口处水流开始通过系统。
入口是很重要的，因为它作为变化水流河道的过渡点，控制水的交换是为了产生系统所需要的能量。
入口也是排污栏的一般配备，所以不管是水电设施，以及因为河水本身是一个重要清洗功能。
通过坝的水流摄入量，河坝是一个低导流结构，沿着河床建立，目的是把部分河道水流变成一个输送系统。
坝的设计是非常灵活；一个坝可以构建成垂直、棱角或侧到河边的（ESHA，2004年）。
它可以固定、移动、或甚至是一个充气结构（这是特别好，为低处站点）。
关键在于，一点点的努力，河坝可以用于减少当地河流的影响，同时为了产生水力发电也成功地将其一部分河口断流。
从入口进来的水流的输送到配电所是靠管道或者水阀来完成的。
水渠可长可短（长度当然影响成本），它们可以埋在地下（特别是在寒冷的天气里）而且它们有不同的材料和尺寸。
它们也存在一定程度的灵活性，可以管理，以最大限度地提高电力生产和最大限度地减少成本和环境的影响。
配电所是活动的地方，它是在配电所中转动轴的流水，由此推进电动机发电。
然后所生产的电指向一个电线路输送到用户。
水力发电涡轮是使流动的流水变成电，其产生是生产目标和成本最小化的努力。
选择汽轮机时应该考虑许多参数，但迄今为止最主要的是顶端。
从公式里看出。
在较高处需要的水量少产生相同的动力。
这就意味着设备生产一个给定的多的能量在高处和低处相比费用低。
高站点几乎总是符合成本效益,因此，低地点经常是没有意义的。
在我们对成本分析的前提下，这个精确的高度原来是最重要的因素之一。
最后，当水通过配电所后，又通过尾水渠回到那条河里。
尾水渠是一种简单返回河流的主干道，它可长可短，宽或深，从简单的疏浚通道或作为发展起来的混凝土隧道。
给出了许多不同的组成部分，使小规模的水力发电设施都聚在一起，这取决于多种参数，计算投入研究开发任何特定的地点是很困难的。
有一个传统的至理名言说，只有25%的建设成本的任何规模小水电部位，可估计的基础上通用的时尚产业聚集与多达75%的费用是依赖于具体地点当地的参数（MNRC，2004年，戴维斯，2003）。
这就是为什么平均成本规模小水电发展的信息是不真实的必然有利于想出合理准确的成本估计宽范围的特定规模小水电网站。
需要更详细的编程技术利用特制的，当地的参数。
3.数据
也许最重要的特性参数发展成本估算的任何特定地点，是P、H、和Q或估计潜在的可用功，高度和流量。
在2004年，美国能源部（DOE）创造了一个数据集在美国这一信息组成的每一种可能的水电站开发的站点（USDOE，2004年）。
所涉及的数据集超过50万观察结果和包括常规（如下大型）水电网站以及小规模水电站。
它还包括一些站点已经被发展出来和目前还没有被开发，由于联邦禁区（如国家公园、纪念碑和野生动物区）或其他（如国家以合法认可或地区森林保护区）。
所以，一个广阔的水电资源的数据集。
为了鉴定出只有小规模水设施可行性的发展，2006年（USDOE2006年），美国能源部削减了2004年初始数据集。
可行性取决于三个因素:
站点的可及性、传输和负荷接近，与土地利用的敏感问题。
站点的可及性的定义是指在一英里路内存在的站点内。
传输和负荷接近的定义是指在一英里内存在的站点的一部分电力基础设施（电厂、电线，或是变电站），或者在人口密集地区的合理距离，和土地利用敏感性的意思，首先，联邦政府排斥和环境敏感地区被从数据集淘汰了。
这也意味着只有径流式站点被考虑了，考虑到现实压力水管的长度，并且最大值的50%或更少河流的本身可以被看作是一种用于发电的目的。
所有这些标准导致了削减下来的数据接近于发展的宗旨。
环境敏感到地方的影响，和发电潜力的保守性。
美国能源部也将扩展2006年信息数据集包含额外的特定参数例如每个地点压力水管的长度，到站点最近的变电站，到站点最近的人口中心或者更多。
随着识别州县的信息，每个观测也被列出，随后我们经常进一步扩展数据库，在美国国家航空和宇宙航行局表面气象学的基本知识基础上添加气候和天气等参数。
表1基本数据统计
最后综合数据集包含了超过12万5千观察值（大约有三万的潜在产生的）和国家每个地区隐藏的规模小的、可行的、对环境友好的潜力的水电发展。
这个数据集是我们对成本以下分析的效果。
摘要统计量提供在表1中。
4.成本估算
今天在美国只有7%的总电力生产的推导来自水电。
这可能就是水电接受几乎可以忽略的部分当前研究费用的原因之一。
这是不幸的，因为这意味着美国能源部尽管认识到需要生产成本预测工具为他们的水能资源的数据集，到目前为止还没有能力去做（USDOE，2006）。
有许多其他国家，然而，在这些地方水电构成了一个更大的电力生产。
这些国家通常通过政府拨款去发展小水电成本项目或指导方针，为了估计小水电发展潜力的站点在美国上市我们已经适应了。
表2国际总结结果（每千瓦）
第一个成本计划利用，国际市场（国际扶持）来自加拿大的自然资源部门。
剩余收入具有评估多种可再生能源项目的能力，包括太阳能、风能、地热、水电。
我们输入数据集中每个观测值的参数，其包括：
潜在的力、高度、流量、站点一些严寒的天数、涡轮的类型、道路建设长度、输电线路的长度、网络连接类型和电压。
也有一些参数我们估计忽高忽低，例如地形的困难以及站点大坝的石头（是或不是）。
从这些项目本身的资料中确定诸如水轮机转轮直径、压力损失和水力效率损失。
最终,我们报道出最后的施工成本估算。
第二个成本计划利用来自水资源和挪威能源董事会。
自1980年以来，他们已经研制出，并定期更新为小水电的结构方案成本估算手册。
他们也写过微观的宏，它是利用上述的成本和工程曲线，其目的就是生成施工费用去估计小规模水电的方案。
我们利用这个宏去推导出我们第二套成本估算，它是以我们之前输入的许多相同的参数为基础的。
为了达到稳定性和比较性的目的，我们通过插值的方法为我们数据集中第三种方法确定的观察值去估计建设的成本。
2004年在英格兰，通过一个联合体的私人和公共基金支持的机构，创造出一本手册说明在英国东南部小水电的潜力（培根和戴维森，2004年）。
本手册包含有一定数量的图形表示工程与成本的关系。
2008年在苏格兰产生了一种相似的报告，也以图形表征工程和成本之间的关系。
最后，在20世纪70年代美国陆军工程兵团产生了技术手册关于小水电的发展。
我们收集所有的这些报告，并利用它们插入在我们的观测数据集成本估算方程，并给出了我们之前提到的数据集中的观测值。
我们的总成本（y）是一个建设成本（c），估算成本（h）、送变电设备的费用（a）及输电线路的费用（t）的复合函数。
表3
公式中
X是高度，z是力，p是压力水管长度，b是电压，m是输电线路的长度
这些结果也在下面讨论。
5.结果
国际扶持计划最早发展于1996年，在2004年添加了小水电成本模型，在成本计算方程利用本是基于超过二十年的（一般专有）数据的实证分析了以前收集来的大小水电设施。
在高处的潜在的小水电数据集的结果产生了。
这可能在很大程度上归因于国际扶持部门估计两个独特的因素：
该计划包括“可行性研究”成本，而不只是直接成本工程施工费用，该项目被设计去估算“生命周期”成本取代了简单的初始结构成本。
如果可行性研究估计取得结果，项目的成本将会平均下降约3-4%。
如果最初的施工成本孤立，而没有生命周期成本，就很难确定更多的估测，但是可以确定最后的数量更少了。
因为这些原因，国际扶持的项目的估测构成我们的上界。
表4挪威宏观总结结果（每千瓦）
图表4给出了小、迷你型、微小的三类工程的的成本估算信息。
在极端的情况下，最便宜的小水电站在每千瓦638美元的情况下构建，而最昂贵的小水电站在高达每千瓦6103161美元的情况下构建。
更感兴趣的是中央的不同类别的水电工程,在这里我们可以看到经济性的小水电的发展。
“微观”项目花费极少，有一半以上的项目花费将近每千瓦5000美元去构建。
“迷你”项目上做得更好,每千瓦11500美元左右去发展,但它是显示了最大的潜力一半的项目的成本低于5000美元每千瓦的发展的小项目。
这仍是和许多植物化石燃料为基础建设成本有很大关系的，甚至和一些再生能源有关联，但是有一个故障的数据（表3）关于美国各地的越多数以百计的站点说明，打破2,000美元千瓦成本效益上的障碍。
当我们看看来自挪威宏观的结果时，数目提高了。
挪威宏（NM），首次出现是在1980年和每隔五年进行更新，满足统一小规模水电项目中经济评价的要求。
它被广泛使用并不是作为国际扶持——到目前为止报道在100多个国家超过4万用户，但是在欧洲、拉丁美洲、非洲、东南亚等世界各地它已经被应用到项目中去。
它也是基于从过去众多的小规模水电站点构建实证数据汇总（专有）。
结果给予我们小水电站潜在的数据集出来的理由，因此它们构成我们的下界。
表4给出统计了三种分类电力工程总结，并同时整体数量低于国际扶持部门的结果，趋势都是一样的。
“小”水电是成本更低，平均而言，比任何“迷你”或“微观”水电站，现在在“小”范畴似乎有许多地点具有价格竞争力。
表5显示了小规模水电分解的状态结果。
插值程序结果,并不是单独报道，虽然可从作者，倾向于RI和NM的估计产生出来，但是平均更接近最低NM的估计。
这些结果证实了上述相同的趋势已相关，但与此同时低估了的事实：
我们的数字仅仅是估计，特别是关于任何一个特定的地点，可能含有某种程度的错误。
图表5
所有的成本核算对于列于表1基本程序参数相似度都是敏感的。
到目前为止，高度和流量对总成本估计是最具影响力的参数，而最近的路，管道长度，最近的电力线，最近的变电站，最近的设备，最近的铁路，最近的人群和站点寒冷天气的天数对现场都是由影响的。
基础参数和总成本的一般关系的图形都显示在图2
总之我们从这次研究中得到的两个结论是：
小规模水电是受非线性的规模经济，而平均成本的发展规模小水电出现偏高，在今天的市场仍有许多小规模水电站点经济性发展。
图表6和图表7显示特定的性价比站点辨认出国家NM和RI程序。
2000美元每千瓦被选择作为保守的成本效益的极限。
可以看出，从这些数据表有数百名地点可得到的，在国家的大多数州，在那里性价比高,环保,碳零排放生产水电可被开发。
图表6
图表7
6.结论
本文分析了在美国当前小规模水电，因为它们施工（虽不是生命周期）符合成本效益。
两个主要结论：
（1）在当前技术下，小规模水电是受非线性的经济规模因此微小（迷你或微观）水电项目可能依然不发达，
（2）而小规模水电的平均工程造价相对来说比较高，现在仍存在数以百计的站点（产生13000MW以上的电力）在低端成本上经济性建设。
此外,在将来许多站点将变的成本效益很高,当辅助好水电（如缺乏碳和其他的空气排放，白天的可靠性,无进口燃料需求）中获得的市场价值。
上述两种结果取决于全球气候变化速度的估算。
全球变暖速度的争议仍在继续，因此全球变暖的时机为解决这一问题可采取行动（斯特恩,2009年,2007年；劳德豪斯）。
确定到底有多快,我们应该追求一个全球性的减少已经超出了本文的范围温室气体的排放,但是，如果我们冒着风险去判断气候变化的速度，决定立刻采取行动对减少有害二氧化碳排放量是有必要的，然后发展我们潜在小规模水电可以节约时间。
如果需要一个更直接的解决气候变化危机方案，增加国家小规模水电的容量，（而不是在等待和支出稀有资源来取代长远的技术）这种方法可行。
环保站点已经被发现，开发这些站点的技术、材料和公司都已经存在，并且尽量把它们放在地点就可以开始了。
如果政策决定去开发文中认同的环保、性价比高的小规模水电，一些建议在实践之前提出来。
首先是为小规模水电设备的许可程序合理化共同努力。
目前,允许为小规模的水电项目是一场悲剧（Kosnik,2010a,inpress；Parisietal.,2006；Heller,1998）,在调整过程中反复涉及到一些联邦和州的监理机构和当地的标准。
这一支离破碎的结果，昂贵的，并且及其有害，低效耗时的监督管理程序这种官僚主义的硬化结果的一部分的许可证程序模仿为小规模的水电大尺度上水电。
这种官僚式的硬化症是小水电模仿大水电许可程序的一种结果。
这两者是受不同地方影响的完全不同的野兽，不同的环境效果，不同的利益相关者。
小规模水电需要脱离大水电目前的监管耦合，并且有自己的许可规划。
该调节过程简化将在很大程度上提高小规模水电的发展。
第二，在私人部门的一面，小规模水电将受益于更大的标准化的部分。
这个又因小规模水电，正在成为一个大型电站技术导数方法的延期，今天的大多数公司建设规模小水电的地点，好像他们是大型水电站点，要求对高效水平有独立的注意力，公司研制得到了为小规模的水电开发的一套简化、规范、目录的部分。
这是否必须发生第一次为了推动需求日益增长的需求，或为小规模的水电开发将随后导致的标准化零件是一个开放的问题,但不管怎样,流线的施工经验也会帮助鼓励我国的小规模水电的潜力发展。
总之，当我们继续在努力减少全球变暖,，为了多样化途径接近这个困难和紧迫的问题，它仍是值得去探索我们所有的可用选项。
（Barrett，2009；Tonnetal.，2009）。
是技术成熟发展，和可以非常迅速实现，允许我们解决气候变化问题。
本文提供了在前进的潜在小水电评估一个区域来减少气候变化的重要信息，并不是总是受到关注，因为一种偏见的体会到均衡所有水电发展与生态有害的大型水电开发。
在美国小水电将永远不会有一个完整答案关于碳零排放能源生产，但事实上它可以成为一个有用的答案的一部分。
致谢
感谢来自KeithTaylor，ToveKlovning，SelDibooglu，DougHall，NasserArshadi，的慷慨洞察力和援助和来自斯特林大学，斯特拉斯克莱德大学，密苏里大学的研究组的三名匿名评论者，以及路易西方经济协会的会议，南方的经济协会的会议，从史密斯理查森基础和密苏里州立大学的研究会。
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