Energia wodna, jako odnawialne, wolne od zanieczyszczeń i czyste źródło energii, od dawna cieszy się uznaniem ludzi. Obecnie duże i średnie elektrownie wodne są szeroko stosowane i stanowią stosunkowo dojrzałe technologie energii odnawialnej na całym świecie. Na przykład elektrownia wodna Trzech Przełomów w Chinach jest największą elektrownią wodną na świecie. Jednak duże i średnie elektrownie wodne mają wiele negatywnych skutków dla środowiska, takich jak tamy blokujące swobodny przepływ naturalnych rzek, blokujące odprowadzanie osadów i zmieniające ekosystemy. Budowa elektrowni wodnych wymaga również rozległego zalania terenu, co skutkuje dużą liczbą imigrantów.
Jako nowe źródło energii, mała energetyka wodna ma znacznie mniejszy wpływ na środowisko naturalne, dlatego cieszy się coraz większym uznaniem. Małe elektrownie wodne, podobnie jak duże i średnie elektrownie wodne, są elektrowniami wodnymi. Powszechnie określane mianem „małej energetyki wodnej” odnoszą się do elektrowni wodnych lub systemów energetycznych o bardzo małej mocy zainstalowanej, a ich moc zainstalowana różni się w zależności od uwarunkowań danego kraju.
W Chinach termin „mała energetyka wodna” odnosi się do elektrowni wodnych i wspierających lokalne sieci energetyczne o mocy zainstalowanej 25 MW lub mniejszej, finansowanych i obsługiwanych przez podmioty lokalne, zbiorowe lub indywidualne. Mała energetyka wodna należy do bezemisyjnych, czystych źródeł energii, które nie wiążą się z problemem wyczerpywania się zasobów i nie powodują zanieczyszczenia środowiska. Jest ona niezbędnym elementem wdrażania chińskiej strategii zrównoważonego rozwoju.
Rozwój odnawialnych źródeł energii, takich jak małe elektrownie wodne, zgodnie z lokalnymi warunkami i przetwarzanie zasobów hydroenergetycznych na wysokiej jakości energię elektryczną odegrały ważną rolę w zapewnieniu krajowego rozwoju gospodarczego i społecznego, poprawie jakości życia ludzi, rozwiązaniu problemu zużycia energii elektrycznej na obszarach bez prądu i niedoborów energii, promowaniu zarządzania rzekami, poprawie ekologii, ochronie środowiska i lokalnym rozwoju społeczno-gospodarczym.
Chiny dysponują dużymi rezerwami zasobów małej energetyki wodnej, teoretycznie szacowanymi na 150 milionów kW i potencjalną mocą zainstalowaną ponad 70 000 MW do zagospodarowania. Nieuniknionym wyborem jest energiczny rozwój małej energetyki wodnej w celu poprawy struktury energetycznej w kontekście niskoemisyjnej ochrony środowiska, oszczędzania energii i redukcji emisji oraz zrównoważonego rozwoju. Zgodnie z planem Ministerstwa Zasobów Wodnych, do 2020 roku Chiny zbudują 10 prowincji małej energetyki wodnej o mocy zainstalowanej ponad 5 milionów kW, 100 dużych baz małej energetyki wodnej o mocy zainstalowanej ponad 200 000 kW oraz 300 powiatów małej energetyki wodnej o mocy zainstalowanej ponad 100 000 kW. Do 2023 roku, zgodnie z planem Ministerstwa Zasobów Wodnych, mała energetyka wodna nie tylko osiągnie cel na 2020 rok, ale także na tej podstawie będzie się rozwijać.
Elektrownia wodna to system wytwarzania energii, który przetwarza energię wody na energię elektryczną za pomocą turbiny wodnej, a zespół turbiny wodnej jest głównym urządzeniem do konwersji energii w małych elektrowniach wodnych. Proces konwersji energii w zespole generatora hydroelektrycznego składa się z dwóch etapów.
Pierwszy etap przekształca energię potencjalną wody w energię mechaniczną turbiny wodnej. Przepływ wody ma różną energię potencjalną na różnych wysokościach i w różnych warunkach terenowych. Gdy przepływ wody z wyższego punktu uderza w turbinę znajdującą się niżej, energia potencjalna generowana przez zmianę poziomu wody jest przekształcana w energię mechaniczną turbiny.
W drugim etapie energia mechaniczna turbiny wodnej jest najpierw przekształcana w energię elektryczną, która następnie jest przesyłana do urządzeń elektrycznych liniami przesyłowymi sieci energetycznej. Po uderzeniu w przepływ wody, turbina wodna wprawia w ruch obrotowy połączony współosiowo generator. Obracający się wirnik generatora wprawia w ruch pole magnetyczne wzbudzenia, a uzwojenie stojana generatora przecina linie pola magnetycznego wzbudzenia, generując indukowaną siłę elektromotoryczną. Z jednej strony wytwarza energię elektryczną, a z drugiej generuje na wirniku moment hamowania elektromagnetycznego w kierunku przeciwnym do obrotu. Przepływ wody stale oddziałuje na turbinę wodną, a moment obrotowy uzyskiwany przez turbinę wodną z przepływu wody przewyższa moment hamowania elektromagnetycznego generowany w wirniku generatora. Gdy oba układy osiągną stan równowagi, turbina wodna będzie pracować ze stałą prędkością, stabilnie wytwarzając energię elektryczną i dokonując całkowitej konwersji energii.
Agregat prądotwórczy hydroelektryczny to ważne urządzenie do przetwarzania energii, które przekształca energię potencjalną wody w energię elektryczną. Zazwyczaj składa się z turbiny wodnej, generatora, regulatora prędkości obrotowej, układu wzbudzenia, układu chłodzenia oraz urządzeń sterujących elektrownią. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do typów i funkcji głównych urządzeń w typowym agregacie prądotwórczym hydroelektrycznym:
1) Turbina wodna. Istnieją dwa powszechnie stosowane typy turbin wodnych: aktywne i bierne.
2) Generator. Większość generatorów wykorzystuje synchroniczne generatory wzbudzane elektrycznie.
3) Układ wzbudzenia. Ze względu na fakt, że generatory są zazwyczaj generatorami synchronicznymi wzbudzanymi elektrycznie, konieczne jest sterowanie układem wzbudzenia prądu stałego w celu regulacji napięcia oraz mocy czynnej i biernej energii elektrycznej, aby poprawić jakość wytwarzanej energii elektrycznej.
4) Urządzenie do regulacji i sterowania prędkością (w tym regulator prędkości i regulator ciśnienia oleju). Regulator służy do regulacji prędkości obrotowej turbiny wodnej, tak aby częstotliwość wyjściowej energii elektrycznej odpowiadała wymaganiom zasilania.
5) Układ chłodzenia. Małe generatory wodne wykorzystują głównie chłodzenie powietrzne, wykorzystując system wentylacji, który pomaga rozproszyć ciepło i schłodzić powierzchnię stojana, wirnika i rdzenia żelaznego generatora.
6) Urządzenie hamulcowe. Generatory hydrauliczne o mocy znamionowej przekraczającej określoną wartość są wyposażone w urządzenia hamulcowe.
7) Urządzenia sterujące elektrownią. Większość urządzeń sterujących elektrownią wykorzystuje sterowanie cyfrowe za pomocą komputera, aby realizować funkcje takie jak podłączenie do sieci, regulacja częstotliwości, regulacja napięcia, regulacja współczynnika mocy, zabezpieczenia i komunikacja w elektrowniach wodnych.
Małe elektrownie wodne można podzielić na elektrownie typu przekierowującego, zaporowego i hybrydowego, w zależności od metody koncentracji spadu. Większość małych elektrowni wodnych w Chinach to stosunkowo ekonomiczne elektrownie typu przekierowującego.
Cechami charakterystycznymi małej energetyki wodnej są: skala budowy elektrowni, prostota inżynieryjna, łatwość zakupu sprzętu i zasadniczo samowystarczalność, bez konieczności przesyłu energii elektrycznej do miejsc oddalonych od elektrowni. Sieć małej energetyki wodnej ma niewielką przepustowość, a co za tym idzie, również niewielką moc wytwórczą. Odrzucenie małej energetyki wodnej ma silne cechy lokalne i masowe.
Jako czyste źródło energii, mała energetyka wodna przyczyniła się do budowy socjalistycznych, nowych wiosek energetycznych w Chinach. Wierzymy, że połączenie małej energetyki wodnej i technologii magazynowania energii sprawi, że rozwój małej energetyki wodnej stanie się w przyszłości bardziej atrakcyjny!
Czas publikacji: 11 grudnia 2023 r.
