La produzione di energia idroelettrica, in quanto fonte di energia rinnovabile, non inquinante e pulita, è da tempo apprezzata. Oggi, le centrali idroelettriche di grandi e medie dimensioni sono ampiamente utilizzate e rappresentano tecnologie per le energie rinnovabili relativamente mature a livello globale. Ad esempio, la centrale idroelettrica delle Tre Gole in Cina è la più grande al mondo. Tuttavia, le centrali idroelettriche di grandi e medie dimensioni hanno numerosi impatti negativi sull'ambiente, come le dighe che bloccano il flusso naturale dei fiumi, impediscono il trasporto dei sedimenti e alterano l'ecosistema; la costruzione di centrali idroelettriche richiede inoltre l'estesi allagamento di terreni, con conseguente elevato numero di migrazioni.
Come nuova fonte di energia, l'energia idroelettrica di piccola taglia ha un impatto ambientale molto minore e, pertanto, è sempre più apprezzata. Le centrali idroelettriche di piccola taglia, così come quelle di grandi e medie dimensioni, sono entrambe impianti idroelettrici. Con il termine "piccola energia idroelettrica" ci si riferisce comunemente a centrali o impianti idroelettrici e sistemi energetici con una capacità installata molto ridotta, la cui entità varia a seconda delle condizioni nazionali di ciascun paese.
In Cina, per "piccola energia idroelettrica" si intendono le centrali idroelettriche e le relative reti elettriche locali con una capacità installata pari o inferiore a 25 MW, finanziate e gestite da enti locali, collettivi o individuali. La piccola energia idroelettrica rientra tra le energie pulite a zero emissioni di carbonio, non soggette al problema dell'esaurimento delle risorse e non inquinanti per l'ambiente. Rappresenta una componente indispensabile per l'attuazione della strategia di sviluppo sostenibile della Cina.
Lo sviluppo di energie rinnovabili come l'energia idroelettrica su piccola scala, adattandola alle condizioni locali, e la trasformazione delle risorse idroelettriche in elettricità di alta qualità hanno svolto un ruolo importante nel garantire lo sviluppo economico e sociale nazionale, nel migliorare la qualità della vita delle persone, nel risolvere il problema del consumo di elettricità nelle aree prive di rete elettrica e della carenza di energia, nel promuovere la gestione dei fiumi, il miglioramento ecologico, la tutela dell'ambiente e lo sviluppo socio-economico locale.
La Cina possiede abbondanti riserve di risorse idroelettriche di piccola taglia, con una riserva teorica stimata di 150 milioni di kW e una potenziale capacità installata di oltre 70.000 MW da sviluppare. Sviluppare con vigore l'energia idroelettrica di piccola taglia è una scelta imprescindibile per migliorare la struttura energetica nel contesto della tutela ambientale a basse emissioni di carbonio, del risparmio energetico, della riduzione delle emissioni e dello sviluppo sostenibile. Secondo il piano del Ministero delle Risorse Idriche, entro il 2020 la Cina costruirà 10 province idroelettriche di piccola taglia con una capacità installata di oltre 5 milioni di kW, 100 grandi basi idroelettriche di piccola taglia con una capacità installata di oltre 200.000 kW e 300 contee idroelettriche di piccola taglia con una capacità installata di oltre 100.000 kW. Entro il 2023, come previsto dal Ministero delle Risorse Idriche, la produzione di energia idroelettrica di piccola taglia non solo raggiungerà l'obiettivo del 2020, ma registrerà anche un ulteriore sviluppo su queste basi.
Una centrale idroelettrica è un sistema di generazione di energia che converte l'energia dell'acqua in elettricità tramite una turbina idraulica, e il gruppo turbina-generatore è il dispositivo centrale per realizzare la conversione di energia nei piccoli sistemi idroelettrici. Il processo di conversione di energia di un gruppo elettrogeno idroelettrico è suddiviso in due fasi.
La prima fase converte l'energia potenziale dell'acqua in energia meccanica della turbina idraulica. Il flusso d'acqua ha un'energia potenziale diversa a seconda dell'altitudine e del terreno. Quando il flusso d'acqua proveniente da una posizione più elevata impatta sulla turbina situata a un livello inferiore, l'energia potenziale generata dalla variazione del livello dell'acqua viene convertita in energia meccanica della turbina.
Nella seconda fase, l'energia meccanica della turbina idraulica viene prima convertita in energia elettrica, che viene poi trasmessa alle apparecchiature elettriche attraverso le linee di trasmissione della rete elettrica. Dopo essere stata investita dal flusso d'acqua, la turbina idraulica aziona il generatore collegato coassialmente, che inizia a ruotare. Il rotore rotante del generatore fa ruotare il campo magnetico di eccitazione e l'avvolgimento dello statore del generatore taglia le linee del campo magnetico di eccitazione, generando una forza elettromotrice indotta. Da un lato, viene prodotta energia elettrica e dall'altro viene generata una coppia frenante elettromagnetica in direzione opposta alla rotazione del rotore. Il flusso d'acqua impatta continuamente sul dispositivo della turbina idraulica e la coppia di rotazione ottenuta dalla turbina grazie al flusso d'acqua vince la coppia frenante elettromagnetica generata nel rotore del generatore. Quando le due forze raggiungono l'equilibrio, l'unità della turbina idraulica funziona a velocità costante per generare elettricità in modo stabile e completare la conversione energetica.
Un gruppo elettrogeno idroelettrico è un importante dispositivo di conversione energetica che trasforma l'energia potenziale dell'acqua in energia elettrica. Generalmente è costituito da una turbina idraulica, un generatore, un regolatore di velocità, un sistema di eccitazione, un sistema di raffreddamento e apparecchiature di controllo della centrale. Di seguito una breve introduzione alle tipologie e alle funzioni delle principali apparecchiature presenti in un tipico gruppo elettrogeno idroelettrico:
1) Turbina idraulica. Esistono due tipi di turbine idrauliche comunemente utilizzate: a impulso e reattive.
2) Generatore. La maggior parte dei generatori utilizza generatori sincroni ad eccitazione elettrica.
3) Sistema di eccitazione. Dato che i generatori sono generalmente generatori sincroni ad eccitazione elettrica, è necessario controllare il sistema di eccitazione in corrente continua per ottenere la regolazione della tensione e della potenza attiva e reattiva dell'energia elettrica, al fine di migliorare la qualità dell'energia elettrica in uscita.
4) Dispositivo di regolazione e controllo della velocità (inclusi regolatore di velocità e dispositivo di pressione dell'olio). Il regolatore viene utilizzato per regolare la velocità della turbina idraulica, in modo che la frequenza dell'energia elettrica in uscita soddisfi i requisiti di alimentazione.
5) Sistema di raffreddamento. I piccoli generatori idroelettrici utilizzano principalmente il raffreddamento ad aria, impiegando un sistema di ventilazione per dissipare il calore e raffreddare la superficie dello statore, del rotore e del nucleo di ferro del generatore.
6) Dispositivo frenante. I generatori idraulici con potenza nominale superiore a un certo valore sono dotati di dispositivi frenanti.
7) Apparecchiature di controllo della centrale elettrica. La maggior parte delle apparecchiature di controllo delle centrali elettriche adotta il controllo digitale computerizzato per svolgere funzioni quali la connessione alla rete, la regolazione della frequenza, la regolazione della tensione, la regolazione del fattore di potenza, la protezione e la comunicazione della produzione di energia idroelettrica.
Le piccole centrali idroelettriche possono essere suddivise in base al metodo di concentrazione del salto idraulico in centrali a derivazione, centrali a diga e centrali ibride. La maggior parte delle piccole centrali idroelettriche in Cina sono centrali a derivazione, relativamente economiche.
Le caratteristiche della produzione di energia idroelettrica su piccola scala sono la ridotta dimensione delle centrali, la semplicità ingegneristica, la facilità di reperimento delle attrezzature e, in sostanza, l'autoconsumo, senza necessità di trasmettere l'elettricità a luoghi distanti dalla centrale. La rete idroelettrica su piccola scala ha una capacità limitata e anche la capacità di generazione di energia è ridotta. Il rifiuto dell'energia idroelettrica su piccola scala presenta forti caratteristiche locali e di massa.
In quanto fonte di energia pulita, l'energia idroelettrica di piccola taglia ha contribuito alla costruzione dei nuovi villaggi energetici socialisti in Cina. Crediamo che la combinazione dell'energia idroelettrica di piccola taglia con le tecnologie di accumulo energetico renderà lo sviluppo dell'energia idroelettrica di piccola taglia ancora più interessante in futuro!
Data di pubblicazione: 11 dicembre 2023
