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、古くから人々に高く評価されてきました。現在では、大規模および中規模の水力発電所が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、中国の三峡ダムは世界最大の水力発電所です。しかし、大規模および中規模の水力発電所は、ダムが自然河川の円滑な流れを阻害したり、土砂の排出を妨げたり、生態系環境を変化させたりするなど、環境に多くの悪影響を及ぼします。また、水力発電所の建設には広大な土地の浸水が必要となり、多くの移住者を生み出します。
新たなエネルギー源として、小水力発電は生態系への影響がはるかに小さいため、人々からますます高く評価されています。小水力発電所は、大・中規模水力発電所と同様に、いずれも水力発電所です。一般的に「小水力発電」と呼ばれるものは、設備容量が非常に小さい水力発電所や水力発電システムを指し、その設備容量は各国の状況によって異なります。
中国における「小水力発電」とは、設備容量25MW以下の水力発電所およびそれを支える地域電力網を指し、地方自治体、団体、または個人によって資金提供および運営されている。小水力発電は非炭素型のクリーンエネルギーであり、資源枯渇の問題がなく、環境汚染も引き起こさない。中国の持続可能な開発戦略の実施において不可欠な要素である。
地域の実情に合わせ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を確保し、人々の生活の質を向上させ、電力のない地域や電力不足地域の電力消費問題を解決し、河川管理、生態系の改善、環境保護、そして地域の社会経済発展を促進する上で重要な役割を果たしてきた。
中国は小水力発電資源を豊富に有しており、理論上の推定埋蔵量は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、省エネルギー・排出削減、持続可能な開発という観点から、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必然的な選択です。水資源部の計画によると、2020年までに、中国は設備容量500万kWを超える小水力発電省を10ヶ所、設備容量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。水資源部の計画によれば、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、この基盤の上にさらに大きな発展を遂げるでしょう。
水力発電所は、水力タービン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、水力タービン発電機セットは、小規模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心装置である。水力発電機セットのエネルギー変換プロセスは、2つの段階に分けられる。
第一段階では、水の持つ位置エネルギーを水力タービンの機械エネルギーに変換します。水の流れは、高度や地形によって異なる位置エネルギーを持ちます。高い位置から流れてきた水が低い位置にあるタービンに衝突すると、水位の変化によって生じた位置エネルギーがタービンの機械エネルギーに変換されます。
第2段階では、まず水力タービンの機械エネルギーが電気エネルギーに変換され、それが電力網の送電線を通して電気機器に送られます。水流の衝撃を受けた水力タービンは、同軸に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回転させ、発電機の固定子巻線が励磁磁界線を切断して誘導起電力を発生させます。これにより、一方では電気エネルギーが出力され、他方では回転方向とは逆の電磁制動トルクがローターに発生します。水流は水力タービン装置に継続的に衝撃を与え、水流から水力タービンが得る回転トルクが発電機ローターで発生する電磁制動トルクを上回ります。両者が平衡状態に達すると、水力タービン装置は一定速度で運転され、安定的に発電してエネルギー変換を完了します。
水力発電機セットは、水の持つ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、水力タービン、発電機、速度制御装置、励磁システム、冷却システム、発電所制御装置などで構成されています。典型的な水力発電機セットの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。一般的に使用されている水力タービンには、衝動型と反動型の2種類があります。
2) 発電機。ほとんどの発電機は、電気的に励磁される同期発電機を使用しています。
3) 励磁システム。発電機は一般的に電気励磁同期発電機であるため、出力電力の品質を向上させるために、直流励磁システムを制御し、電圧調整、有効電力および無効電力の調整を行う必要があります。
4) 速度調整および制御装置（速度調整器および油圧装置を含む）。ガバナーは、水力タービンの速度を調整し、出力電力の周波数が電力供給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、換気システムを用いて熱を放散させ、発電機の固定子、回転子、鉄心の表面を冷却します。
6) 制動装置。定格容量が一定値を超える油圧発電機には制動装置が装備されている。
7) 発電所制御機器。ほとんどの発電所制御機器は、コンピュータによるデジタル制御を採用し、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。
小水力発電所は、集水頭方式に基づいて、分水型、ダム型、およびハイブリッド型に分類できる。中国の小水力発電所のほとんどは、比較的経済的な分水型発電所である。
小水力発電の特徴は、発電所の建設規模が小さく、工法が簡素で、設備調達が容易であり、基本的に自家消費用で、発電所から遠く離れた場所へ送電しないことである。小水力発電の送電網は容量が小さく、発電容量も小さい。小水力発電は、地域性と大衆性に強い特性を持っている。
クリーンエネルギー源として、小水力発電は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の組み合わせは、今後、小水力発電の発展をさらに目覚ましいものにすると確信しています。
投稿日時：2023年12月11日
