水力発電は、再生可能で汚染のないクリーンなエネルギー源として、古くから人々に重宝されてきました。現在、大規模・中規模水力発電所は世界中で広く利用されており、比較的成熟した再生可能エネルギー技術となっています。例えば、中国の三峡水力発電所は世界最大の水力発電所です。しかし、大規模・中規模水力発電所は、ダムが自然河川の円滑な流れを阻害し、堆積物の排出を阻害し、生態系環境を変化させるなど、環境に多くの悪影響を及ぼしています。また、水力発電所の建設には広大な土地の浸水が必要であり、その結果、多くの移住者が発生します。
小水力発電は、新たなエネルギー源として、生態系への影響がはるかに少ないため、人々からますます重視されています。小水力発電所は、大・中規模水力発電所と同様に、水力発電所です。一般的に「小水力発電」と呼ばれるのは、設備容量が非常に小さい水力発電所、または水力発電所や電力系統を指し、その設備容量は各国の国情によって異なります。
中国において「小水力発電」とは、設備容量が25MW以下の水力発電所および地域電力網を支えるものを指し、地方、集団、または個人が資金提供し、運営しています。小水力発電は非炭素クリーンエネルギーに属し、資源枯渇の問題がなく、環境汚染も引き起こしません。中国の持続可能な開発戦略の実施に不可欠な要素です。
地域の状況に応じて小水力発電などの再生可能エネルギーを開発し、水力資源を高品質の電力に変換することは、国家の経済社会発展の保証、人々の生活の質の向上、電力不足地域や電力のない地域の電力消費問題の解決、河川管理、生態の改善、環境保護、地域の社会経済発展の促進に重要な役割を果たしてきました。
中国は小水力発電資源の埋蔵量が豊富で、理論推定埋蔵量は1億5000万kW、開発可能な設備容量は7万MWを超えています。低炭素環境保護、省エネ・排出削減、持続可能な開発の観点から、エネルギー構造を改善するために小水力発電を積極的に開発することは避けられない選択です。水資源部の計画によると、2020年までに、中国は設備容量が500万kWを超える小水力発電省を10省、設備容量が20万kWを超える大規模小水力発電基地を100ヶ所、設備容量が10万kWを超える小水力発電県を300ヶ所建設する予定です。水資源部の計画通り、2023年までに小水力発電は2020年の目標を達成するだけでなく、これを基盤としてさらに発展していくでしょう。
水力発電所は、水車を通して水のエネルギーを電気に変換する発電システムであり、水車発電機は小水力発電システムにおけるエネルギー変換を実現するための中核装置です。水力発電機のエネルギー変換プロセスは2段階に分かれています。
第一段階では、水の位置エネルギーを水車の機械エネルギーに変換します。水流は、高度や地形によって位置エネルギーが異なります。高い位置から流れてきた水が、低い位置にある水車に衝突すると、水位の変化によって生じた位置エネルギーが水車の機械エネルギーに変換されます。
第二段階では、まず水車の機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、電力網の送電線を通じて電気設備に送られます。水車は水流の影響を受け、同軸接続された発電機を回転させます。回転する発電機ローターは励磁磁界を駆動して回転させ、発電機の固定子巻線は励磁磁界線を切断して誘導起電力を発生させます。一方では電気エネルギーを出力する一方で、ローターには回転と反対方向の電磁ブレーキトルクを発生させます。水流は水車装置に継続的に衝突し、水車が水流から得た回転トルクは、発電機ローターに発生した電磁ブレーキトルクを克服します。両者が平衡に達すると、水車ユニットは一定速度で運転し、安定して発電し、エネルギー変換を完了します。
水力発電装置は、水の位置エネルギーを電気エネルギーに変換する重要なエネルギー変換装置です。一般的には、水車、発電機、調速機、励磁システム、冷却システム、および発電所制御装置で構成されています。一般的な水力発電装置を構成する主要機器の種類と機能について、以下に簡単に説明します。
1) 水力タービン。一般的に使用される水力タービンには、インパルス型とリアクティブ型の2種類があります。
2) 発電機。ほとんどの発電機は電気的に励起される同期発電機を使用します。
3) 励磁システム。発電機は一般的に電気的に励磁される同期発電機であるため、出力電気エネルギーの品質を向上させるために、電圧調整、有効電力および無効電力調整を実現する直流励磁システムを制御する必要があります。
4）速度調整制御装置（速度調整器および油圧装置を含む）。調速機は水車の速度を調整し、出力電気エネルギーの周波数が電源要件を満たすようにするために使用されます。
5) 冷却システム。小型水力発電機は主に空冷方式を採用しており、換気システムによって熱を放散させ、発電機の固定子、回転子、鉄心の表面を冷却します。
6) ブレーキ装置 定格容量が一定値を超える水力発電機にはブレーキ装置が装備されています。
7) 発電所制御装置。ほとんどの発電所制御装置は、コンピュータデジタル制御を採用しており、水力発電の系統連系、周波数調整、電圧調整、力率調整、保護、通信などの機能を実現しています。
小水力発電は、集水方式の違いにより、分水式、ダム式、ハイブリッド式に分類されます。中国の小水力発電所の多くは、比較的経済的な分水式小水力発電所です。
小水力発電の特徴は、発電所の建設規模が小さく、工事が簡単で、設備の調達が容易で、基本的に自家消費が可能で、発電所から遠く離れた場所に送電する必要がないことです。小水力発電網の容量が小さく、発電量も小さいため、小水力発電の拒絶反応は強い局所性と大衆性を持っています。
小水力発電はクリーンなエネルギー源として、中国における社会主義新エネルギー村の建設に貢献してきました。小水力発電とエネルギー貯蔵技術を組み合わせることで、小水力発電の将来的な発展はさらに注目を集めるものになると確信しています。
投稿日時: 2023年12月11日
