Гидроэнергетика, как возобновляемый, экологически чистый и безопасный источник энергии, давно ценится людьми. Сегодня крупные и средние гидроэлектростанции широко используются и представляют собой относительно зрелые технологии возобновляемой энергетики во всем мире. Например, гидроэлектростанция «Три ущелья» в Китае является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире. Однако крупные и средние гидроэлектростанции оказывают множество негативных воздействий на окружающую среду, таких как перекрытие плотинами естественного течения рек, блокирование сброса наносов и изменение экосистемы; строительство гидроэлектростанций также требует масштабного затопления земель, что приводит к большому количеству переселенцев.
Как новый источник энергии, малая гидроэнергетика оказывает гораздо меньшее воздействие на экологическую среду и поэтому все больше ценится людьми. Малые гидроэлектростанции, как и крупные и средние, являются гидроэлектростанциями. Под «малой гидроэнергетикой» обычно подразумевают гидроэлектростанции или гидроэлектростанции и энергетические системы с очень малой установленной мощностью, которая варьируется в зависимости от национальных условий каждой страны.
В Китае под «малой гидроэнергетикой» подразумеваются гидроэлектростанции и поддерживающие их местные электросети с установленной мощностью 25 МВт или менее, которые финансируются и эксплуатируются местными, коллективными или индивидуальными организациями. Малая гидроэнергетика относится к безуглеродной чистой энергетике, которая не имеет проблемы истощения ресурсов и не загрязняет окружающую среду. Она является неотъемлемой частью реализации стратегии устойчивого развития Китая.
Развитие возобновляемых источников энергии, таких как малая гидроэнергетика, с учетом местных условий и преобразование гидроэнергетических ресурсов в высококачественную электроэнергию сыграло важную роль в обеспечении национального экономического и социального развития, повышении качества жизни населения, решении проблемы потребления электроэнергии в районах без электричества и дефицита электроэнергии, содействии управлению водными ресурсами рек, улучшению экологической обстановки, охране окружающей среды и местному социально-экономическому развитию.
Китай обладает богатыми запасами ресурсов малой гидроэнергетики, теоретический запас которых оценивается в 150 миллионов кВт, а потенциальная установленная мощность для развития превышает 70 000 МВт. Активное развитие малой гидроэнергетики является неизбежным выбором для улучшения энергетической структуры в контексте низкоуглеродной защиты окружающей среды, энергосбережения и сокращения выбросов, а также устойчивого развития. Согласно плану Министерства водных ресурсов, к 2020 году в Китае будет построено 10 провинций с малой гидроэнергетикой и установленной мощностью более 5 миллионов кВт, 100 крупных баз малой гидроэнергетики с установленной мощностью более 200 000 кВт и 300 уездов с малой гидроэнергетикой и установленной мощностью более 100 000 кВт. К 2023 году, как и планировалось Министерством водных ресурсов, развитие малой гидроэнергетики не только достигнет цели 2020 года, но и получит дальнейшее развитие на этой основе.
Гидроэлектростанция — это система выработки электроэнергии, которая преобразует энергию воды в электричество с помощью водяной турбины, а генераторная установка с водяной турбиной является основным устройством для осуществления преобразования энергии в малых гидроэнергетических системах. Процесс преобразования энергии в генераторной установке с гидротурбиной делится на два этапа.
На первом этапе потенциальная энергия воды преобразуется в механическую энергию водяной турбины. Поток воды обладает различной потенциальной энергией на разных высотах и при разных типах рельефа. Когда поток воды с более высокой точки воздействует на турбину, расположенную ниже, потенциальная энергия, генерируемая изменением уровня воды, преобразуется в механическую энергию турбины.
На втором этапе механическая энергия водяной турбины сначала преобразуется в электрическую энергию, которая затем передается на электрооборудование по линиям электропередачи энергосети. Под воздействием потока воды водяная турбина приводит во вращение соосно соединенный генератор. Вращающийся ротор генератора создает вращающееся магнитное поле возбуждения, а обмотка статора генератора пересекает линии магнитного поля возбуждения, генерируя индуцированную электродвижущую силу. С одной стороны, это приводит к выработке электрической энергии, а с другой — к созданию электромагнитного тормозящего момента в направлении, противоположном вращению ротора. Поток воды непрерывно воздействует на устройство водяной турбины, и вращающий момент, создаваемый водяной турбиной от потока воды, преодолевает электромагнитный тормозящий момент, создаваемый в роторе генератора. Когда достигается равновесие, установка водяной турбины работает с постоянной скоростью, стабильно вырабатывая электроэнергию и завершая преобразование энергии.
Гидроэлектрогенераторная установка — это важное устройство преобразования энергии, которое преобразует потенциальную энергию воды в электрическую. Как правило, она состоит из водяной турбины, генератора, регулятора скорости, системы возбуждения, системы охлаждения и оборудования управления электростанцией. Ниже приводится краткое описание типов и функций основного оборудования типичной гидроэлектрогенераторной установки:
1) Водяная турбина. Существует два распространенных типа водяных турбин: импульсные и реактивные.
2) Генератор. В большинстве генераторов используются синхронные генераторы с электрическим возбуждением.
3) Система возбуждения. Поскольку генераторы, как правило, представляют собой синхронные генераторы с электрическим возбуждением, необходимо управлять системой возбуждения постоянного тока для обеспечения регулирования напряжения, активной и реактивной мощности электроэнергии с целью повышения качества выходной электроэнергии.
4) Устройство регулирования и контроля скорости (включая регулятор скорости и устройство измерения давления масла). Регулятор используется для регулирования скорости водяной турбины, чтобы частота вырабатываемой электроэнергии соответствовала требованиям электроснабжения.
5) Система охлаждения. В малых гидрогенераторах в основном используется воздушное охлаждение с помощью системы вентиляции, которая помогает рассеивать тепло и охлаждать поверхность статора, ротора и чугунного сердечника генератора.
6) Тормозное устройство. Гидравлические генераторы с номинальной мощностью, превышающей определенное значение, оснащаются тормозными устройствами.
7) Оборудование управления электростанциями. Большинство устройств управления электростанциями используют цифровое компьютерное управление для выполнения таких функций, как подключение к сети, регулирование частоты, регулирование напряжения, регулирование коэффициента мощности, защита и связь гидроэлектростанций.
В зависимости от метода сосредоточенного напора малые гидроэлектростанции можно разделить на водоотводные, плотинные и гибридные. Большинство малых гидроэлектростанций в Китае представляют собой относительно экономичные водоотводные станции.
Характеристики малых гидроэлектростанций включают в себя малый масштаб строительства, простоту проектирования, легкость приобретения оборудования и, по сути, собственное потребление, без необходимости передачи электроэнергии в отдаленные от станции места; малая гидроэнергетическая сеть имеет небольшую мощность, и мощность выработки электроэнергии также невелика. Отказ от использования малых гидроэлектростанций имеет ярко выраженный локальный и массовый характер.
Как экологически чистый источник энергии, малая гидроэнергетика внесла свой вклад в строительство социалистических деревень, использующих новые источники энергии, в Китае. Мы считаем, что сочетание малой гидроэнергетики и технологий хранения энергии сделает развитие малой гидроэнергетики еще более привлекательным в будущем!
Дата публикации: 11 декабря 2023 г.
