Die Wasserkraftnutzung als erneuerbare, schadstofffreie und saubere Energiequelle wird seit Langem geschätzt. Heutzutage sind große und mittelgroße Wasserkraftwerke weltweit weit verbreitet und gelten als relativ ausgereifte Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien. Beispielsweise ist das Drei-Schluchten-Kraftwerk in China das größte Wasserkraftwerk der Welt. Allerdings haben große und mittelgroße Wasserkraftwerke viele negative Auswirkungen auf die Umwelt. So blockieren Staudämme den natürlichen Fluss von Flüssen, behindern den Abtransport von Sedimenten und verändern das Ökosystem. Der Bau von Wasserkraftwerken erfordert zudem großflächige Landüberflutungen, was zu zahlreichen Umsiedlungen führt.
Als neue Energiequelle hat Kleinwasserkraft deutlich geringere Auswirkungen auf die Umwelt und gewinnt daher zunehmend an Bedeutung. Kleinwasserkraftwerke zählen, wie große und mittelgroße Wasserkraftwerke, zu den Wasserkraftanlagen. Der Begriff „Kleinwasserkraft“ bezeichnet im allgemeinen Sprachgebrauch Wasserkraftwerke und -systeme mit sehr geringer installierter Leistung, deren Größe je nach den nationalen Gegebenheiten variiert.
In China bezeichnet „Kleinwasserkraft“ Wasserkraftwerke und die dazugehörigen lokalen Stromnetze mit einer installierten Leistung von maximal 25 MW, die von lokalen, kollektiven oder individuellen Trägern finanziert und betrieben werden. Kleinwasserkraft zählt zu den CO₂-freien, sauberen Energiequellen, die weder Ressourcenknappheit unterliegen noch die Umwelt belasten. Sie ist ein unverzichtbarer Bestandteil der chinesischen Strategie für nachhaltige Entwicklung.
Die Entwicklung erneuerbarer Energien wie Kleinwasserkraft entsprechend den örtlichen Gegebenheiten und die Umwandlung von Wasserkraftressourcen in qualitativ hochwertigen Strom haben eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der nationalen wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung, der Verbesserung der Lebensqualität der Bevölkerung, der Lösung des Problems des Stromverbrauchs in Gebieten ohne Stromversorgung und der Stromknappheit, der Förderung der Flussbewirtschaftung, der ökologischen Verbesserung, des Umweltschutzes und der lokalen sozioökonomischen Entwicklung gespielt.
China verfügt über reichhaltige Reserven an Kleinwasserkraft mit einem theoretischen Potenzial von 150 Millionen kW und einer potenziellen installierten Leistung von über 70.000 MW. Angesichts der Ziele für eine kohlenstoffarme Umwelt, Energieeinsparung, Emissionsreduzierung und nachhaltige Entwicklung ist der Ausbau der Kleinwasserkraft unerlässlich, um die Energiestruktur zu verbessern. Laut Plan des Ministeriums für Wasserressourcen sollen bis 2020 zehn Provinzen mit Kleinwasserkraft und einer installierten Leistung von über 5 Millionen kW, 100 große Kleinwasserkraftanlagen mit einer installierten Leistung von über 200.000 kW und 300 Landkreise mit Kleinwasserkraft und einer installierten Leistung von über 100.000 kW entstehen. Bis 2023 soll die Kleinwasserkraftnutzung, wie vom Ministerium für Wasserressourcen geplant, nicht nur das Ziel für 2020 erreichen, sondern darauf aufbauend auch deutlich zunehmen.
Ein Wasserkraftwerk ist eine Anlage zur Stromerzeugung, die Wasserenergie mithilfe einer Wasserturbine in Elektrizität umwandelt. Die Wasserturbine ist das Kernstück der Energieumwandlung in kleinen Wasserkraftwerken. Der Energieumwandlungsprozess einer Wasserturbine lässt sich in zwei Phasen unterteilen.
Die erste Stufe wandelt die potenzielle Energie des Wassers in die mechanische Energie der Wasserturbine um. Wasser besitzt je nach Höhe und Gelände unterschiedliche potenzielle Energie. Trifft das Wasser aus einer höheren Position auf die tiefer liegende Turbine, wird die durch den Wasserstandsunterschied erzeugte potenzielle Energie in die mechanische Energie der Turbine umgewandelt.
In der zweiten Stufe wird die mechanische Energie der Wasserturbine zunächst in elektrische Energie umgewandelt und anschließend über die Übertragungsleitungen des Stromnetzes an die elektrischen Geräte übertragen. Die Wasserturbine treibt durch den Wasserstrom den koaxial angeschlossenen Generator an. Der rotierende Generatorrotor versetzt das Erregermagnetfeld in Rotation, und die Statorwicklung des Generators schneidet die Erregermagnetfeldlinien, wodurch eine induzierte elektromotorische Kraft entsteht. Diese erzeugt einerseits elektrische Energie und andererseits ein elektromagnetisches Bremsmoment, das der Drehrichtung des Rotors entgegenwirkt. Der Wasserstrom wirkt kontinuierlich auf die Wasserturbine ein, und das von ihr erzeugte Drehmoment überwindet das im Generatorrotor entstehende Bremsmoment. Sobald sich beide Kräfte im Gleichgewicht befinden, arbeitet die Wasserturbine mit konstanter Drehzahl, erzeugt stabil Strom und schließt die Energieumwandlung ab.
Ein Wasserkraftgenerator ist ein wichtiges Energieumwandlungsgerät, das die potenzielle Energie des Wassers in elektrische Energie umwandelt. Er besteht im Allgemeinen aus einer Wasserturbine, einem Generator, einem Drehzahlregler, einem Erregersystem, einem Kühlsystem und der Steuerungstechnik des Kraftwerks. Im Folgenden werden die Typen und Funktionen der Hauptkomponenten eines typischen Wasserkraftgenerators kurz vorgestellt:
1) Wasserturbine. Es gibt zwei gebräuchliche Arten von Wasserturbinen: Impulsturbinen und Reaktionsturbinen.
2) Generator. Die meisten Generatoren verwenden elektrisch erregte Synchrongeneratoren.
3) Erregersystem. Da es sich bei Generatoren im Allgemeinen um elektrisch erregte Synchrongeneratoren handelt, ist es notwendig, das Gleichstrom-Erregersystem zu steuern, um eine Spannungsregelung sowie eine Wirk- und Blindleistungsregelung der elektrischen Energie zu erreichen und somit die Qualität der abgegebenen elektrischen Energie zu verbessern.
4) Drehzahlregelungs- und Steuerungseinrichtung (einschließlich Drehzahlregler und Öldruckeinrichtung). Der Regler dient dazu, die Drehzahl der Wasserturbine so zu steuern, dass die Frequenz der erzeugten elektrischen Energie den Anforderungen der Stromversorgung entspricht.
5) Kühlsystem. Kleine Wasserkraftgeneratoren nutzen hauptsächlich Luftkühlung. Ein Belüftungssystem hilft dabei, die Wärme abzuleiten und die Oberfläche des Stators, des Rotors und des Eisenkerns des Generators zu kühlen.
6) Bremsvorrichtung. Hydraulische Generatoren mit einer Nennleistung über einem bestimmten Wert sind mit Bremsvorrichtungen ausgestattet.
7) Kraftwerkssteuerungsanlagen. Die meisten Kraftwerkssteuerungsanlagen nutzen computergestützte digitale Steuerung, um Funktionen wie Netzanschluss, Frequenzregelung, Spannungsregelung, Leistungsfaktorkorrektur, Schutz und Kommunikation der Wasserkrafterzeugung zu realisieren.
Kleinwasserkraftwerke lassen sich anhand der Fallhöhenkonzentration in Umleitungs-, Staudamm- und Hybridkraftwerke unterteilen. Die meisten Kleinwasserkraftwerke in China sind vergleichsweise wirtschaftliche Umleitungskraftwerke.
Die Merkmale kleiner Wasserkraftwerke sind der geringe Umfang der Anlagen, die einfache Konstruktion, die unkomplizierte Beschaffung der Ausrüstung und die im Wesentlichen auf den Eigenverbrauch ausgelegte Nutzung, ohne den Strom über weite Strecken transportieren zu müssen. Das Stromnetz kleiner Wasserkraftwerke hat eine geringe Kapazität, und auch die erzeugte Leistung ist gering. Die Nutzung kleiner Wasserkraftwerke ist stark lokal und regional begrenzt.
Als saubere Energiequelle hat die Kleinwasserkraft zum Aufbau sozialistischer Energiedörfer in China beigetragen. Wir sind überzeugt, dass die Kombination von Kleinwasserkraft und Energiespeichertechnologie die Entwicklung der Kleinwasserkraft in Zukunft noch attraktiver machen wird!
Veröffentlichungsdatum: 11. Dezember 2023
