Η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας, ως ανανεώσιμη, μη ρυπογόνος και καθαρή πηγή ενέργειας, έχει εκτιμηθεί εδώ και καιρό από τους ανθρώπους. Σήμερα, οι μεγάλοι και μεσαίου μεγέθους υδροηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούνται ευρέως και αποτελούν σχετικά ώριμες τεχνολογίες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας παγκοσμίως. Για παράδειγμα, ο υδροηλεκτρικός σταθμός Three Gorges στην Κίνα είναι ο μεγαλύτερος υδροηλεκτρικός σταθμός στον κόσμο. Ωστόσο, οι μεγάλοι και μεσαίου μεγέθους υδροηλεκτρικοί σταθμοί έχουν πολλές αρνητικές επιπτώσεις στο περιβάλλον, όπως φράγματα που εμποδίζουν την ομαλή ροή των φυσικών ποταμών, εμποδίζουν την απόρριψη ιζημάτων και αλλάζουν το οικοσυστημικό περιβάλλον. Η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών απαιτεί επίσης εκτεταμένες πλημμύρες γης, με αποτέλεσμα μεγάλο αριθμό μεταναστών.
Ως νέα πηγή ενέργειας, η μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια έχει πολύ μικρότερο αντίκτυπο στο οικολογικό περιβάλλον και, ως εκ τούτου, εκτιμάται ολοένα και περισσότερο από τους ανθρώπους. Οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί, όπως οι μεγάλοι και οι μεσαίου μεγέθους υδροηλεκτρικοί σταθμοί, είναι και οι δύο υδροηλεκτρικοί σταθμοί. Ο όρος «μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια» αναφέρεται σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς ή υδροηλεκτρικούς σταθμούς και συστήματα παραγωγής ενέργειας με πολύ μικρή εγκατεστημένη ισχύ, η οποία ποικίλλει ανάλογα με τις εθνικές συνθήκες κάθε χώρας.
Στην Κίνα, ο όρος «μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια» αναφέρεται σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς και υποστηρικτικά τοπικά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας με εγκατεστημένη ισχύ 25 MW ή λιγότερο, τα οποία χρηματοδοτούνται και λειτουργούν από τοπικούς, συλλογικούς ή μεμονωμένους φορείς. Η μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια ανήκει στην καθαρή ενέργεια χωρίς άνθρακα, η οποία δεν αντιμετωπίζει το πρόβλημα της εξάντλησης των πόρων και δεν προκαλεί ρύπανση στο περιβάλλον. Αποτελεί απαραίτητο στοιχείο της εφαρμογής της στρατηγικής βιώσιμης ανάπτυξης από την Κίνα.
Η ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια, σύμφωνα με τις τοπικές συνθήκες και ο μετασχηματισμός των υδροηλεκτρικών πόρων σε ηλεκτρική ενέργεια υψηλής ποιότητας, έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη διασφάλιση της εθνικής οικονομικής και κοινωνικής ανάπτυξης, στη βελτίωση της ποιότητας ζωής των ανθρώπων, στην επίλυση του προβλήματος της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας σε περιοχές χωρίς ηλεκτρική ενέργεια και έλλειψης ενέργειας, στην προώθηση της διακυβέρνησης των ποταμών, στην οικολογική βελτίωση, στην προστασία του περιβάλλοντος και στην τοπική κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη.
Η Κίνα διαθέτει άφθονα αποθέματα μικρών υδροηλεκτρικών πόρων, με θεωρητικό εκτιμώμενο απόθεμα 150 εκατομμυρίων kW και δυνητική εγκατεστημένη ισχύ άνω των 70.000 MW για ανάπτυξη. Είναι αναπόφευκτη η δυναμική ανάπτυξη μικρών υδροηλεκτρικών έργων για τη βελτίωση της ενεργειακής δομής στο πλαίσιο της προστασίας του περιβάλλοντος χαμηλών εκπομπών άνθρακα, της εξοικονόμησης ενέργειας και της μείωσης των εκπομπών, καθώς και της βιώσιμης ανάπτυξης. Σύμφωνα με το σχέδιο του Υπουργείου Υδάτινων Πόρων, έως το 2020, η Κίνα θα κατασκευάσει 10 μικρές υδροηλεκτρικές επαρχίες με εγκατεστημένη ισχύ άνω των 5 εκατομμυρίων kW, 100 μεγάλες μικρές υδροηλεκτρικές βάσεις με εγκατεστημένη ισχύ άνω των 200.000 kW και 300 μικρές υδροηλεκτρικές κομητείες με εγκατεστημένη ισχύ άνω των 100.000 kW. Μέχρι το 2023, όπως έχει προγραμματιστεί από το Υπουργείο Υδάτινων Πόρων, η παραγωγή μικρών υδροηλεκτρικών έργων όχι μόνο θα επιτύχει τον στόχο του 2020, αλλά θα έχει και μεγαλύτερη ανάπτυξη σε αυτή τη βάση.
Ένας υδροηλεκτρικός σταθμός παραγωγής ενέργειας είναι ένα σύστημα παραγωγής ενέργειας που μετατρέπει την ενέργεια του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια μέσω ενός υδροστροβίλου, και το σετ υδροστροβίλου είναι η βασική συσκευή για την επίτευξη μετατροπής ενέργειας σε μικρά υδροηλεκτρικά συστήματα. Η διαδικασία μετατροπής ενέργειας ενός υδροηλεκτρικού σετ γεννήτριας χωρίζεται σε δύο στάδια.
Το πρώτο στάδιο μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια του υδροστροβίλου. Η ροή του νερού έχει διαφορετική δυναμική ενέργεια σε διαφορετικά υψόμετρα και εδάφη. Όταν η ροή του νερού από υψηλότερη θέση επηρεάζει τον υδροστρόβιλο σε χαμηλότερη θέση, η δυναμική ενέργεια που παράγεται από την αλλαγή της στάθμης του νερού μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια του υδροστροβίλου.
Στο δεύτερο στάδιο, η μηχανική ενέργεια του υδροστροβίλου μετατρέπεται πρώτα σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μεταδίδεται στον ηλεκτρικό εξοπλισμό μέσω των γραμμών μεταφοράς του ηλεκτρικού δικτύου. Αφού επηρεαστεί από τη ροή του νερού, ο υδροστρόβιλος κινεί την ομοαξονικά συνδεδεμένη γεννήτρια για να περιστραφεί. Ο περιστρεφόμενος ρότορας της γεννήτριας κινεί το μαγνητικό πεδίο διέγερσης για να περιστραφεί και η περιέλιξη του στάτη της γεννήτριας κόβει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου διέγερσης για να δημιουργήσει επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη. Αφενός, εξάγει ηλεκτρική ενέργεια και αφετέρου παράγει ηλεκτρομαγνητική ροπή πέδησης στην αντίθετη κατεύθυνση περιστροφής στον ρότορα. Η ροή του νερού επηρεάζει συνεχώς τη συσκευή του υδροστροβίλου και η ροπή περιστροφής που λαμβάνεται από τον υδροστρόβιλο από τη ροή του νερού υπερνικά την ηλεκτρομαγνητική ροπή πέδησης που παράγεται στον ρότορα της γεννήτριας. Όταν τα δύο φτάσουν σε ισορροπία, η μονάδα υδροστροβίλου θα λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα για να παράγει σταθερά ηλεκτρική ενέργεια και να ολοκληρώσει τη μετατροπή ενέργειας.
Ένα υδροηλεκτρικό σετ γεννήτριας είναι μια σημαντική συσκευή μετατροπής ενέργειας που μετατρέπει τη δυναμική ενέργεια του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια. Γενικά αποτελείται από έναν υδροστρόβιλο, μια γεννήτρια, έναν ελεγκτή ταχύτητας, ένα σύστημα διέγερσης, ένα σύστημα ψύξης και έναν εξοπλισμό ελέγχου του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Μια σύντομη εισαγωγή στους τύπους και τις λειτουργίες του κύριου εξοπλισμού σε ένα τυπικό υδροηλεκτρικό σετ γεννήτριας έχει ως εξής:
1) Υδροστρόβιλος. Υπάρχουν δύο συνήθως χρησιμοποιούμενοι τύποι υδροστροβίλων: οι παλμικοί και οι αντιδραστικοί.
2) Γεννήτρια. Οι περισσότερες γεννήτριες χρησιμοποιούν ηλεκτρικά διεγερμένες σύγχρονες γεννήτριες.
3) Σύστημα διέγερσης. Λόγω του γεγονότος ότι οι γεννήτριες είναι γενικά ηλεκτρικά διεγερμένες σύγχρονες γεννήτριες, είναι απαραίτητο να ελέγχεται το σύστημα διέγερσης συνεχούς ρεύματος για να επιτευχθεί ρύθμιση τάσης, ρύθμιση ενεργού και άεργου ισχύος της ηλεκτρικής ενέργειας, προκειμένου να βελτιωθεί η ποιότητα της ηλεκτρικής ενέργειας εξόδου.
4) Συσκευή ρύθμισης και ελέγχου ταχύτητας (συμπεριλαμβανομένου του ρυθμιστή ταχύτητας και της συσκευής πίεσης λαδιού). Ο ρυθμιστής χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της ταχύτητας του υδροστροβίλου, έτσι ώστε η συχνότητα της ηλεκτρικής ενέργειας εξόδου να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις τροφοδοσίας.
5) Σύστημα ψύξης. Οι μικρές υδροηλεκτρικές γεννήτριες χρησιμοποιούν κυρίως ψύξη με αέρα, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα εξαερισμού για να βοηθήσει στην απαγωγή της θερμότητας και στην ψύξη της επιφάνειας του στάτορα, του ρότορα και του πυρήνα σιδήρου της γεννήτριας.
6) Διάταξη πέδησης. Οι υδραυλικές γεννήτριες με ονομαστική ισχύ που υπερβαίνει μια ορισμένη τιμή είναι εξοπλισμένες με διατάξεις πέδησης.
7) Εξοπλισμός ελέγχου σταθμού παραγωγής ενέργειας. Ο περισσότερος εξοπλισμός ελέγχου σταθμών παραγωγής ενέργειας υιοθετεί ψηφιακό έλεγχο μέσω υπολογιστή για την επίτευξη λειτουργιών όπως η σύνδεση στο δίκτυο, η ρύθμιση συχνότητας, η ρύθμιση τάσης, η ρύθμιση συντελεστή ισχύος, η προστασία και η επικοινωνία της παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας.
Τα μικρά υδροηλεκτρικά έργα μπορούν να χωριστούν σε τύπους εκτροπής, τύπους φράγματος και υβριδικούς τύπους με βάση τη μέθοδο του συγκεντρωμένου μανομετρικού ύψους. Οι περισσότεροι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί στην Κίνα είναι σχετικά οικονομικοί μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί τύπου εκτροπής.
Τα χαρακτηριστικά της μικρής υδροηλεκτρικής παραγωγής ενέργειας είναι η μικρή κλίμακα κατασκευής σταθμών, η απλή μηχανική, η εύκολη προμήθεια εξοπλισμού και η ουσιαστικά αυτοχρησιμοποίηση, χωρίς τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας σε μέρη μακριά από τον σταθμό. Το δίκτυο μικρής υδροηλεκτρικής ενέργειας έχει μικρή χωρητικότητα και η ικανότητα παραγωγής ενέργειας είναι επίσης μικρή. Η απόρριψη της μικρής υδροηλεκτρικής ενέργειας έχει έντονα τοπικά και μαζικά χαρακτηριστικά.
Ως καθαρή πηγή ενέργειας, η μικρή υδροηλεκτρική ενέργεια έχει συμβάλει στην κατασκευή σοσιαλιστικών νέων ενεργειακών χωριών στην Κίνα. Πιστεύουμε ότι ο συνδυασμός της μικρής υδροηλεκτρικής ενέργειας και της τεχνολογίας αποθήκευσης ενέργειας θα κάνει την ανάπτυξη της μικρής υδροηλεκτρικής ενέργειας πιο ελκυστική στο μέλλον!
Ώρα δημοσίευσης: 11 Δεκεμβρίου 2023
