การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก – ทำให้พลังงานสะอาดเป็นประโยชน์ต่อผู้คนมากขึ้น

การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่ปราศจากมลพิษและสะอาด ซึ่งได้รับการยกย่องจากผู้คนมาอย่างยาวนาน ปัจจุบัน สถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่และขนาดกลางถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนที่ค่อนข้างสมบูรณ์ทั่วโลก ตัวอย่างเช่น สถานีไฟฟ้าพลังน้ำสามหุบเขาในประเทศจีนเป็นสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่ใหญ่ที่สุดในโลก อย่างไรก็ตาม สถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่และขนาดกลางมีผลกระทบเชิงลบต่อสิ่งแวดล้อมหลายประการ เช่น เขื่อนที่ขวางกั้นการไหลของแม่น้ำตามธรรมชาติ การปิดกั้นการระบายตะกอน และการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมของระบบนิเวศ การก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำยังต้องใช้พื้นที่น้ำท่วมเป็นบริเวณกว้าง ส่งผลให้มีผู้อพยพจำนวนมาก
ในฐานะแหล่งพลังงานใหม่ พลังงานน้ำขนาดเล็กมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยกว่ามาก และด้วยเหตุนี้จึงได้รับความนิยมจากผู้คนมากขึ้นเรื่อยๆ โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก เช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่และขนาดกลาง ล้วนเป็นโรงไฟฟ้าพลังน้ำทั้งสิ้น คำว่า "พลังงานน้ำขนาดเล็ก" ที่กล่าวถึงกันโดยทั่วไป หมายถึงโรงไฟฟ้าพลังน้ำหรือระบบผลิตไฟฟ้าพลังน้ำที่มีกำลังการผลิตติดตั้งน้อยมาก และกำลังการผลิตติดตั้งจะแตกต่างกันไปตามสภาพของแต่ละประเทศ
ในประเทศจีน “พลังงานน้ำขนาดเล็ก” หมายถึงโรงไฟฟ้าพลังน้ำและระบบส่งไฟฟ้าในท้องถิ่นที่รองรับการทำงาน โดยมีกำลังการผลิตติดตั้งไม่เกิน 25 เมกะวัตต์ ซึ่งได้รับเงินทุนและดำเนินการโดยหน่วยงานท้องถิ่น กลุ่ม หรือบุคคล พลังงานน้ำขนาดเล็กจัดเป็นพลังงานสะอาดที่ไม่ปล่อยคาร์บอน ซึ่งไม่มีปัญหาเรื่องการ枯枯ของทรัพยากรและไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม นับเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในการดำเนินยุทธศาสตร์การพัฒนาอย่างยั่งยืนของจีน

การพัฒนาพลังงานหมุนเวียน เช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กให้เหมาะสมกับสภาพท้องถิ่น และการเปลี่ยนทรัพยากรพลังน้ำให้เป็นไฟฟ้าคุณภาพสูง มีบทบาทสำคัญในการส่งเสริมการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ ปรับปรุงคุณภาพชีวิตของประชาชน แก้ปัญหาการใช้ไฟฟ้าในพื้นที่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้และปัญหาไฟฟ้าขาดแคลน ส่งเสริมการบริหารจัดการแม่น้ำ การปรับปรุงระบบนิเวศ การปกป้องสิ่งแวดล้อม และการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมในท้องถิ่น
ประเทศจีนมีทรัพยากรพลังงานน้ำขนาดเล็กที่อุดมสมบูรณ์ โดยมีปริมาณสำรองตามทฤษฎีที่ประเมินไว้ถึง 150 ล้านกิโลวัตต์ และศักยภาพในการติดตั้งเพื่อการพัฒนามากกว่า 70,000 เมกะวัตต์ การพัฒนาพลังงานน้ำขนาดเล็กอย่างจริงจังจึงเป็นทางเลือกที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อปรับปรุงโครงสร้างพลังงานในบริบทของการรักษาสิ่งแวดล้อมแบบคาร์บอนต่ำ การอนุรักษ์พลังงาน การลดการปล่อยมลพิษ และการพัฒนาอย่างยั่งยืน ตามแผนของกระทรวงทรัพยากรน้ำ ภายในปี 2020 จีนจะสร้างจังหวัดพลังงานน้ำขนาดเล็ก 10 แห่ง ที่มีกำลังการผลิตติดตั้งมากกว่า 5 ล้านกิโลวัตต์ ฐานพลังงานน้ำขนาดเล็กขนาดใหญ่ 100 แห่ง ที่มีกำลังการผลิตติดตั้งมากกว่า 200,000 กิโลวัตต์ และอำเภอพลังงานน้ำขนาดเล็ก 300 แห่ง ที่มีกำลังการผลิตติดตั้งมากกว่า 100,000 กิโลวัตต์ และภายในปี 2023 ตามแผนของกระทรวงทรัพยากรน้ำ การผลิตพลังงานน้ำขนาดเล็กจะไม่เพียงบรรลุเป้าหมายของปี 2020 เท่านั้น แต่ยังจะมีการพัฒนาที่มากขึ้นบนพื้นฐานนี้ด้วย
โรงไฟฟ้าพลังน้ำเป็นระบบผลิตไฟฟ้าที่แปลงพลังงานน้ำเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านกังหันน้ำ และชุดกังหันน้ำเป็นอุปกรณ์หลักในการแปลงพลังงานในระบบพลังน้ำขนาดเล็ก กระบวนการแปลงพลังงานของชุดกังหันน้ำแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน
ขั้นตอนแรกจะแปลงพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานกลของกังหันน้ำ การไหลของน้ำมีพลังงานศักยภาพที่แตกต่างกันไปตามระดับความสูงและภูมิประเทศ เมื่อน้ำที่ไหลมาจากที่สูงกว่ากระทบกับกังหันที่อยู่ต่ำกว่า พลังงานศักยภาพที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลของกังหัน
ในขั้นตอนที่สอง พลังงานกลของกังหันน้ำจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าก่อน จากนั้นจึงส่งไปยังอุปกรณ์ไฟฟ้าผ่านสายส่งของโครงข่ายไฟฟ้า หลังจากได้รับผลกระทบจากกระแสน้ำ กังหันน้ำจะขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบแกนร่วมให้หมุน การหมุนของโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะขับเคลื่อนสนามแม่เหล็กกระตุ้นให้หมุน และขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะตัดกับเส้นสนามแม่เหล็กกระตุ้น ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำขึ้น ในด้านหนึ่ง มันจะผลิตพลังงานไฟฟ้า และในอีกด้านหนึ่ง มันจะสร้างแรงบิดเบรกแม่เหล็กไฟฟ้าในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของโรเตอร์ กระแสน้ำจะกระทบกับอุปกรณ์กังหันน้ำอย่างต่อเนื่อง และแรงบิดการหมุนที่ได้จากกังหันน้ำจากกระแสน้ำจะเอาชนะแรงบิดเบรกแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เมื่อทั้งสองถึงจุดสมดุล หน่วยกังหันน้ำจะทำงานด้วยความเร็วคงที่เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าอย่างเสถียรและทำการแปลงพลังงานให้เสร็จสมบูรณ์

ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำเป็นอุปกรณ์แปลงพลังงานที่สำคัญซึ่งแปลงพลังงานศักยภาพของน้ำให้เป็นพลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไปประกอบด้วยกังหันน้ำ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตัวควบคุมความเร็ว ระบบกระตุ้น ระบบระบายความร้อน และอุปกรณ์ควบคุมโรงไฟฟ้า ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำโดยสังเขปเกี่ยวกับประเภทและหน้าที่ของอุปกรณ์หลักในชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำทั่วไป:
1) กังหันน้ำ กังหันน้ำที่ใช้กันทั่วไปมีสองประเภท ได้แก่ แบบแรงกระตุ้นและแบบปฏิกิริยา
2) เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้า
3) ระบบกระตุ้นไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยทั่วไปเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ใช้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องควบคุมระบบกระตุ้นไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อให้ได้การควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมกำลังไฟฟ้าจริงและกำลังไฟฟ้าเสมือนของพลังงานไฟฟ้า เพื่อปรับปรุงคุณภาพของพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้
4) อุปกรณ์ควบคุมและปรับความเร็ว (รวมถึงตัวควบคุมความเร็วและอุปกรณ์ปรับแรงดันน้ำมัน) ตัวควบคุมความเร็วใช้สำหรับปรับความเร็วของกังหันน้ำ เพื่อให้ความถี่ของพลังงานไฟฟ้าที่ส่งออกมาตรงตามข้อกำหนดของแหล่งจ่ายไฟ
5) ระบบระบายความร้อน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ โดยใช้ระบบระบายอากาศเพื่อช่วยระบายความร้อนและทำให้พื้นผิวของสเตเตอร์ โรเตอร์ และแกนเหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเย็นลง
6) อุปกรณ์เบรก เครื่องกำเนิดไฟฟ้าไฮดรอลิกที่มีกำลังการผลิตเกินกว่าค่าที่กำหนด จะต้องติดตั้งอุปกรณ์เบรก
7) อุปกรณ์ควบคุมโรงไฟฟ้าพลังน้ำ อุปกรณ์ควบคุมโรงไฟฟ้าพลังน้ำส่วนใหญ่ใช้ระบบควบคุมดิจิทัลด้วยคอมพิวเตอร์ เพื่อให้สามารถทำหน้าที่ต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า การควบคุมความถี่ การควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมตัวประกอบกำลัง การป้องกัน และการสื่อสารของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กสามารถแบ่งออกเป็นแบบผันน้ำ แบบเขื่อน และแบบผสมผสาน โดยพิจารณาจากวิธีการรวมน้ำ โรงไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กส่วนใหญ่ในประเทศจีนเป็นแบบผันน้ำซึ่งค่อนข้างประหยัดต้นทุน
ลักษณะเด่นของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กคือ ขนาดสถานีก่อสร้างเล็ก วิศวกรรมไม่ซับซ้อน จัดหาอุปกรณ์ได้ง่าย และโดยพื้นฐานแล้วสามารถใช้งานได้เองโดยไม่ต้องส่งไฟฟ้าไปยังสถานที่ห่างไกลจากสถานี ระบบส่งไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กมีกำลังการผลิตน้อย และข้อเสียของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กคือมีลักษณะเฉพาะของการใช้งานในพื้นที่และในวงกว้าง
ในฐานะแหล่งพลังงานสะอาด พลังน้ำขนาดเล็กได้มีส่วนช่วยในการสร้างหมู่บ้านพลังงานใหม่แบบสังคมนิยมในประเทศจีน เราเชื่อว่าการผสมผสานระหว่างพลังน้ำขนาดเล็กและเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานจะทำให้การพัฒนาพลังน้ำขนาดเล็กมีความโดดเด่นมากยิ่งขึ้นในอนาคต!