Vesivoiman tuotanto uusiutuvana, saasteettomana ja puhtaana energialähteenä on pitkään ollut ihmisten arvostama. Nykyään suuret ja keskisuuret vesivoimalaitokset ovat laajalti käytössä ja suhteellisen kypsiä uusiutuvan energian teknologioita maailmanlaajuisesti. Esimerkiksi Kolmen rotkon vesivoimalaitos Kiinassa on maailman suurin vesivoimalaitos. Suurilla ja keskisuurilla vesivoimalaitoksilla on kuitenkin monia kielteisiä vaikutuksia ympäristöön, kuten padot, jotka estävät luonnon jokien virtauksen, estävät sedimentin purkautumisen ja muuttavat ekosysteemiympäristöä. Vesivoimalaitosten rakentaminen vaatii myös laajamittaista maan tulvimista, mikä johtaa suureen määrään maahanmuuttajia.
Uutena energialähteenä pienvesivoimalla on paljon pienempi vaikutus ekologiseen ympäristöön, ja siksi ihmiset arvostavat sitä yhä enemmän. Pienet vesivoimalaitokset, kuten suuret ja keskisuuret vesivoimalaitokset, ovat molemmat vesivoimalaitoksia. Yleisesti "pienvesivoimalla" tarkoitetaan vesivoimalaitoksia tai vesivoimalaitoksia ja sähköjärjestelmiä, joiden asennettu kapasiteetti on hyvin pieni, ja niiden asennettu kapasiteetti vaihtelee kunkin maan kansallisten olosuhteiden mukaan.
Kiinassa "pienvesivoimalla" tarkoitetaan vesivoimalaitoksia ja niitä tukevia paikallisia sähköverkkoja, joiden asennettu kapasiteetti on enintään 25 MW ja joita rahoittavat ja käyttävät paikalliset, kollektiiviset tai yksittäiset tahot. Pienvesivoima kuuluu hiilineutraaliin ja puhtaaseen energiaan, jolla ei ole resurssien ehtymisen ongelmaa eikä joka aiheuta ympäristön saastumista. Se on välttämätön osa Kiinan kestävän kehityksen strategian toteuttamista.
Uusiutuvan energian, kuten pienvesivoiman, kehittäminen paikallisten olosuhteiden mukaisesti ja vesivoimavarojen muuntaminen korkealaatuiseksi sähköksi on ollut tärkeässä roolissa kansallisen taloudellisen ja sosiaalisen kehityksen varmistamisessa, ihmisten elämänlaadun parantamisessa, sähkönkulutusongelmien ratkaisemisessa alueilla, joilla ei ole sähköä ja sähköpulaa, jokien hallinnon edistämisessä, ekologisen tilan parantamisessa, ympäristönsuojelussa ja paikallisessa sosioekonomisessa kehityksessä.
Kiinalla on runsaat pienvesivoimavarannot, joiden teoreettinen arvio on 150 miljoonaa kW ja potentiaalinen asennettu kapasiteetti yli 70 000 MW kehitettävää. Pienvesivoiman voimakas kehittäminen on väistämätön valinta energiarakenteen parantamiseksi vähähiilisen ympäristönsuojelun, energiansäästön ja päästöjen vähentämisen sekä kestävän kehityksen yhteydessä. Vesivaraministeriön suunnitelman mukaan Kiina rakentaa vuoteen 2020 mennessä 10 pienvesivoimalaitosaluetta, joiden asennettu kapasiteetti on yli 5 miljoonaa kW, 100 suurta pienvesivoimalaitosta, joiden asennettu kapasiteetti on yli 200 000 kW, ja 300 pienvesivoimalaitospiirikuntaa, joiden asennettu kapasiteetti on yli 100 000 kW. Vesivaraministeriön suunnitelmien mukaisesti vuoteen 2023 mennessä pienvesivoiman tuotanto ei ainoastaan saavuta vuoden 2020 tavoitetta, vaan myös kehittää sitä tältä pohjalta.
Vesivoimalaitos on sähköntuotantojärjestelmä, joka muuntaa vesienergiaa sähköksi vesiturbiinin avulla, ja vesiturbiinigeneraattori on keskeinen laite energian muuntamisessa pienissä vesivoimalaitoksissa. Vesivoimalaitoksen energianmuunnosprosessi on jaettu kahteen vaiheeseen.
Ensimmäinen vaihe muuntaa veden potentiaalienergian vesiturbiinin mekaaniseksi energiaksi. Veden virtauksella on erilainen potentiaalienergia eri korkeuksilla ja maastoissa. Kun korkeammalta tuleva veden virtaus osuu alempana olevaan turbiiniin, vedenpinnan muutoksen synnyttämä potentiaalienergia muuttuu turbiinin mekaaniseksi energiaksi.
Toisessa vaiheessa vesiturbiinin mekaaninen energia muunnetaan ensin sähköenergiaksi, joka sitten siirretään sähkölaitteisiin sähköverkon siirtojohtojen kautta. Vesivirtauksen vaikutuksen jälkeen vesiturbiini pyörittää koaksiaalisesti kytkettyä generaattoria. Pyörivä generaattorin roottori pyörittää herätemagneettikenttää, ja generaattorin staattorikäämi katkaisee herätemagneettikenttäviivat, jolloin syntyy indusoitu sähkömotorinen voima. Se tuottaa sähköenergiaa ja tuottaa roottoriin sähkömagneettisen jarrutusmomentin vastakkaiseen suuntaan kuin pyörii. Vesivirta vaikuttaa jatkuvasti vesiturbiinilaitteeseen, ja vesiturbiinin vesivirtauksesta saama pyörimismomentti voittaa generaattorin roottorin synnyttämän sähkömagneettisen jarrutusmomentin. Kun tasapaino saavutetaan, vesiturbiiniyksikkö toimii vakionopeudella tuottaen vakaasti sähköä ja täydentäen energianmuunnoksen.
Vesivoimageneraattori on tärkeä energianmuunnoslaite, joka muuntaa veden potentiaalienergian sähköenergiaksi. Se koostuu yleensä vesiturbiinista, generaattorista, nopeudensäätimestä, magnetointijärjestelmästä, jäähdytysjärjestelmästä ja voimalaitoksen ohjauslaitteista. Lyhyt johdanto tyypillisen vesivoimageneraattorin päälaitteiden tyyppeihin ja toimintoihin on seuraava:
1) Vesiturbiini. Vesiturbiineja on kahta yleisesti käytettyä tyyppiä: impulssiturbiini ja reaktiiviturbiini.
2) Generaattori. Useimmat generaattorit käyttävät sähköisesti herätettyjä tahtigeneraattoreita.
3) Herätejärjestelmä. Koska generaattorit ovat yleensä sähköisesti herätettyjä tahtigeneraattoreita, on tarpeen ohjata tasavirtaherätejärjestelmää sähköenergian jännitteen, pätötehon ja loistehon säätämiseksi ja siten parantaa tuotetun sähköenergian laatua.
4) Nopeuden säätö- ja ohjauslaite (mukaan lukien nopeuden säädin ja öljynpaineen säädin). Säädintä käytetään vesiturbiinin nopeuden säätämiseen siten, että lähtöenergian taajuus vastaa virransyötön vaatimuksia.
5) Jäähdytysjärjestelmä. Pienet vesivoimageneraattorit käyttävät pääasiassa ilmajäähdytystä, jossa käytetään ilmanvaihtojärjestelmää lämmön haihduttamiseen ja generaattorin staattorin, roottorin ja rautasydämen pinnan jäähdyttämiseen.
6) Jarrutuslaite. Hydrauligeneraattorit, joiden nimelliskapasiteetti ylittää tietyn arvon, on varustettu jarrutuslaitteilla.
7) Voimalaitoksen ohjauslaitteet. Useimmat voimalaitosten ohjauslaitteet käyttävät tietokonepohjaista digitaalista ohjausta vesivoimantuotannon toimintojen, kuten verkkoon kytkemisen, taajuuden säädön, jännitteen säädön, tehokertoimen säädön, suojauksen ja tiedonsiirron, toteuttamiseen.
Pienvesivoima voidaan jakaa keskitetyn paineen menetelmän perusteella diversiotyyppisiin, patotyyppisiin ja hybridityyppisiin vesivoimaloihin. Useimmat Kiinan pienvesivoimalaitokset ovat suhteellisen taloudellisia diversiotyyppisiä pienvesivoimalaitoksia.
Pienvesivoiman tuotannon ominaispiirteitä ovat pieni voimalaitoksen rakentamismittakaava, yksinkertainen suunnittelu, laitteiden helppo hankinta ja pohjimmiltaan oma käyttö ilman sähkön siirtämistä kauas voimalaitoksesta; Pienvesivoimaverkolla on pieni kapasiteetti, ja myös sähköntuotantokapasiteetti on pieni. Pienvesivoiman hylkäämisellä on vahvat paikalliset ja massaominaisuudet.
Puhtaana energialähteenä pienvesivoima on edistänyt sosialististen uusien energiakylien rakentamista Kiinassa. Uskomme, että pienvesivoiman ja energian varastointiteknologian yhdistelmä tekee pienvesivoiman kehittämisestä tulevaisuudessa entistäkin huomiota herättävämmän!
Julkaisun aika: 11.12.2023
