A geração de energia hidrelétrica, como fonte de energia renovável, limpa e livre de poluição, é valorizada há muito tempo. Atualmente, usinas hidrelétricas de grande e médio porte são amplamente utilizadas e representam tecnologias de energia renovável relativamente maduras em todo o mundo. Por exemplo, a usina hidrelétrica das Três Gargantas, na China, é a maior usina hidrelétrica do mundo. No entanto, usinas hidrelétricas de grande e médio porte têm muitos impactos negativos no meio ambiente, como barragens que bloqueiam o fluxo natural de rios, retêm sedimentos e alteram o ecossistema; a construção de usinas hidrelétricas também exige extensas inundações de terras, resultando em um grande número de desabrigados.
Como uma nova fonte de energia, a pequena hidrelétrica tem um impacto muito menor no meio ambiente e, portanto, vem sendo cada vez mais valorizada. As pequenas centrais hidrelétricas, assim como as de grande e médio porte, são usinas hidrelétricas. O termo "pequena hidrelétrica" geralmente se refere a usinas ou sistemas de geração de energia hidrelétrica com capacidade instalada muito pequena, que varia de acordo com as condições nacionais de cada país.
Na China, a “pequena hidrelétrica” refere-se a usinas hidrelétricas e redes elétricas locais de apoio com capacidade instalada de 25 MW ou menos, financiadas e operadas por entidades locais, coletivas ou individuais. A pequena hidrelétrica pertence à categoria de energia limpa e não poluente, que não apresenta o problema do esgotamento de recursos e não causa poluição ambiental. É um componente indispensável para a implementação da estratégia de desenvolvimento sustentável da China.
O desenvolvimento de energias renováveis, como pequenas centrais hidroelétricas, adaptando-as às condições locais, e a transformação dos recursos hídricos em eletricidade de alta qualidade têm desempenhado um papel importante na garantia do desenvolvimento econômico e social nacional, na melhoria da qualidade de vida da população, na resolução do problema do consumo de eletricidade em áreas sem fornecimento e com escassez de energia, na promoção da gestão de rios, na melhoria ecológica, na proteção ambiental e no desenvolvimento socioeconômico local.
A China possui abundantes reservas de recursos de pequenas centrais hidrelétricas, com uma reserva teórica estimada em 150 milhões de kW e uma capacidade instalada potencial de mais de 70.000 MW para desenvolvimento. O desenvolvimento vigoroso de pequenas centrais hidrelétricas é uma escolha inevitável para melhorar a matriz energética, no contexto da proteção ambiental de baixo carbono, da conservação de energia e da redução de emissões, bem como do desenvolvimento sustentável. De acordo com o plano do Ministério de Recursos Hídricos, até 2020, a China construirá 10 províncias de pequenas centrais hidrelétricas com uma capacidade instalada superior a 5 milhões de kW, 100 grandes bases de pequenas centrais hidrelétricas com uma capacidade instalada superior a 200.000 kW e 300 municípios de pequenas centrais hidrelétricas com uma capacidade instalada superior a 100.000 kW. Até 2023, conforme planejado pelo Ministério de Recursos Hídricos, a geração de energia a partir de pequenas centrais hidrelétricas não só atingirá a meta de 2020, como também terá um desenvolvimento ainda maior com base nessa meta.
Uma central hidroelétrica é um sistema de geração de energia que converte a energia da água em eletricidade por meio de uma turbina hidráulica, sendo o conjunto gerador da turbina hidráulica o dispositivo principal para a conversão de energia em pequenos sistemas hidroelétricos. O processo de conversão de energia de um conjunto gerador hidroelétrico é dividido em duas etapas.
O primeiro estágio converte a energia potencial da água em energia mecânica para a turbina hidráulica. O fluxo de água possui energia potencial diferente em diferentes altitudes e terrenos. Quando o fluxo de água de uma posição mais alta incide sobre a turbina em uma posição mais baixa, a energia potencial gerada pela variação do nível da água é convertida em energia mecânica para a turbina.
Na segunda etapa, a energia mecânica da turbina hidráulica é convertida em energia elétrica, que é então transmitida aos equipamentos elétricos através das linhas de transmissão da rede elétrica. Após ser impactada pelo fluxo de água, a turbina hidráulica aciona o gerador conectado coaxialmente, fazendo-o girar. O rotor do gerador, em rotação, induz a rotação do campo magnético, e o enrolamento do estator do gerador corta as linhas do campo magnético, gerando uma força eletromotriz induzida. Essa força, por um lado, produz energia elétrica e, por outro, gera um torque de frenagem eletromagnético no sentido oposto ao da rotação do rotor. O fluxo de água impacta continuamente a turbina hidráulica, e o torque de rotação obtido pela turbina a partir do fluxo de água supera o torque de frenagem eletromagnético gerado no rotor do gerador. Quando os dois atingem o equilíbrio, a turbina hidráulica opera em velocidade constante, gerando eletricidade de forma estável e completando a conversão de energia.
Um grupo gerador hidrelétrico é um importante dispositivo de conversão de energia que transforma a energia potencial da água em energia elétrica. Geralmente, consiste em uma turbina hidráulica, um gerador, um controlador de velocidade, um sistema de excitação, um sistema de refrigeração e equipamentos de controle da usina. Uma breve introdução aos tipos e funções dos principais equipamentos em um grupo gerador hidrelétrico típico é apresentada a seguir:
1) Turbina hidráulica. Existem dois tipos de turbinas hidráulicas comumente usados: de impulso e reativas.
2) Gerador. A maioria dos geradores utiliza geradores síncronos de excitação elétrica.
3) Sistema de excitação. Devido ao fato de os geradores serem geralmente geradores síncronos com excitação elétrica, é necessário controlar o sistema de excitação CC para obter a regulação de tensão, bem como a regulação de potência ativa e reativa da energia elétrica, a fim de melhorar a qualidade da energia elétrica de saída.
4) Dispositivo de regulação e controle de velocidade (incluindo regulador de velocidade e dispositivo de pressão de óleo). O regulador é utilizado para controlar a velocidade da turbina hidráulica, de modo que a frequência da energia elétrica gerada atenda aos requisitos da fonte de alimentação.
5) Sistema de refrigeração. Os pequenos geradores hidrelétricos utilizam principalmente refrigeração a ar, com um sistema de ventilação que ajuda a dissipar o calor e a resfriar a superfície do estator, do rotor e do núcleo de ferro do gerador.
6) Dispositivo de frenagem. Os geradores hidráulicos com capacidade nominal superior a um determinado valor são equipados com dispositivos de frenagem.
7) Equipamentos de controle de usinas hidrelétricas. A maioria dos equipamentos de controle de usinas hidrelétricas adota controle digital computadorizado para realizar funções como conexão à rede, regulação de frequência, regulação de tensão, regulação do fator de potência, proteção e comunicação da geração de energia hidrelétrica.
As pequenas centrais hidroelétricas podem ser divididas em tipo de derivação, tipo de barragem e tipo híbrido, com base no método de concentração da queda d'água. A maioria das pequenas centrais hidroelétricas na China são do tipo de derivação, relativamente econômicas.
As características da geração de energia hidrelétrica de pequeno porte incluem a pequena escala de construção das usinas, a engenharia simples, a facilidade de aquisição de equipamentos e o uso basicamente próprio, sem transmissão de eletricidade para locais distantes da usina; a rede elétrica de pequeno porte possui baixa capacidade, e a capacidade de geração de energia também é pequena. A rejeição da energia hidrelétrica de pequeno porte apresenta forte caráter local e de massa.
Como fonte de energia limpa, a pequena hidrelétrica tem contribuído para a construção de vilas energéticas socialistas na China. Acreditamos que a combinação da pequena hidrelétrica com a tecnologia de armazenamento de energia tornará o desenvolvimento da pequena hidrelétrica ainda mais promissor no futuro!
Data da publicação: 11/12/2023
