Малая гидроэлектростанция — это развитие гидроэлектроэнергии в масштабах, подходящих для местного сообщества и промышленности, или для внесения вклада в распределенную генерацию в региональной электросети. [1] Точные определения различаются, но проект «малой гидроэлектростанции» имеет мощность менее 50 мегаватт (МВт) и может быть далее подразделен по масштабу на «мини» (<1 МВт), « микро » (<100 кВт), « пико » (<10 кВт). Напротив, многие гидроэлектростанции имеют огромные размеры, такие как генерирующая установка на плотине Три ущелья мощностью 22 500 мегаватт или огромные множественные проекты Управления долины Теннесси .
Малые гидроэлектростанции могут быть построены в изолированных районах, которые было бы неэкономично обслуживать от национальной электросети, или в районах, где национальной сети не существует. Не требуя больших плотин или больших возможностей хранения воды, малые гидроэлектростанции относительно безвредны для окружающей среды. [2] Это делает малые гидроэлектростанции привлекательным компромиссом для активистов возобновляемой энергетики, экологов и инвесторов.
Использование термина «малая гидроэлектростанция» значительно различается по всему миру, максимальный предел обычно составляет от 10 до 30 МВт. Хотя минимальный предел обычно не устанавливается, Национальная ассоциация гидроэнергетики США определяет минимальный предел в 5 МВт. [3] В Калифорнии гидроэлектростанции с максимальной мощностью менее 30 МВт классифицируются как малые и имеют право на включение в стандарт возобновляемого портфеля штата , в то время как гидроэлектростанции с более высокой мощностью классифицируются как большие и не считаются возобновляемыми. [4] Описание «малой гидроэлектростанции» может быть расширено до 50 МВт в Соединенных Штатах, Канаде и Китае. [5] В Индии гидропроекты мощностью до 25 МВт были отнесены к категории проектов малых гидроэлектростанций (МГЭС). [6]
Малые ГЭС можно далее подразделить на мини-ГЭС, обычно определяемые как от 100 до 1000 киловатт (кВт), и микро-ГЭС , которые от 5 до 100 кВт. Микро-ГЭС обычно представляют собой применение гидроэлектроэнергии, рассчитанной на небольшие общины, отдельные семьи или небольшие предприятия. Самые маленькие установки — пико-ГЭС , менее 5 кВт.
Поскольку проекты малых гидроэлектростанций обычно предполагают небольшой объем строительных работ и небольшое или отсутствующее водохранилище, считается, что они оказывают относительно небольшое воздействие на окружающую среду по сравнению с крупными гидроэлектростанциями. [7]
Дополнительная определяющая черта малых гидроэлектростанций известна как «русло реки» , или то, что физическое воздействие проекта относительно незначительно по сравнению с крупными плотинами гидроэлектростанций, которым требуется водохранилище. За проектом хранится мало воды, если вообще хранится, и река обычно может продолжать течь. [8]
Согласно отчету REN21, в 2008 году количество малых гидроэлектростанций выросло на 28% по сравнению с 2005 годом, увеличив общую мировую мощность малых гидроэлектростанций до 85 гигаватт (ГВт). Более 70% из них пришлось на Китай (65 ГВт), за которым следуют Япония (3,5 ГВт), США (3 ГВт) и Индия (2 ГВт). [9] Ожидается, что глобальный рост составит 2,8% в год до середины 2020-х годов, когда мощность составит около 150 гигаватт. [ требуется цитата ]
Китай планировал электрифицировать еще 10 000 деревень в период с 2005 по 2010 год в рамках своей Программы электрификации деревень Китая , включая дальнейшие инвестиции в малые гидроэлектростанции и фотоэлектрические установки . [9] К 2010 году в Китае было 45 000 малых гидроэлектростанций, особенно в сельской местности, ежегодно производящих 160 ТВт-ч. [10] Более 50% мирового потенциала малых гидроэлектростанций было обнаружено в Азии; однако в отчете отмечалось: «Возможно, в будущем потенциал малых гидроэлектростанций может быть обнаружен как на африканском, так и на американском континентах». [11] [12] [13]
В горах и дождевых лесах Британской Колумбии , Канада, есть много мест, подходящих для развития гидроэнергетики. Однако экологические проблемы в отношении крупных водохранилищ после 1980-х годов остановили строительство новых плотин. Решением для решения проблемы возросшего спроса стало предложение контрактов независимым производителям электроэнергии , которые построили 100 проектов на реке мощностью менее 50 МВт. Производство электроэнергии без водохранилищ сильно различается, но старые обычные плотины удерживают или сбрасывают воду, чтобы усреднить производство в течение года. В 2014 году эти независимые производители выработали 18 000 ГВт-ч из 4500 МВт мощности. [14]
Деревянные водяные колеса вдоль берегов рек можно считать первыми примерами «малых гидроэлектростанций». [15] До 17 века эффективность водяных колес приближалась к 70%. Однако, по мере увеличения потребности в выработке электроэнергии, малые гидроэлектростанции были постепенно свернуты в пользу крупномасштабных плотин, использующих новые турбины. [16]
После 20-го века экологическая доктрина отходит от крупномасштабного строительства гидроэлектростанций из-за возросшего осознания экологических проблем, связанных с плотинами. Например, большие искусственные озера часто затапливают места обитания и сообщества и нарушают виды, зависящие от постоянного речного потока. [16] Примерами предыдущих проектов, направленных на удаление плотин, являются Восстановление реки Элва и движение Un-Dam the Klamath river.
С 1960-х годов количество новых проектов малых гидроэлектростанций сократилось, несмотря на то, что их мощность значительно превышает текущее использование. Несмотря на эту тенденцию, некоторые страны, включая Китай, Индию и Бразилию, значительно расширяют свои мощности малых гидроэлектростанций в 21 веке. [16]
Гидроэлектроэнергия — это выработка электроэнергии за счет движения воды. Гидроэлектростанция требует надежного потока воды и разумной высоты падения воды, называемой напором . В типичной установке вода подается из резервуара по трубе в турбину . Вода, протекающая через турбину, заставляет электрический генератор вращаться, преобразуя движение в электрическую энергию.
Малые гидроэлектростанции могут быть разработаны путем строительства новых объектов или путем реконструкции существующих плотин, чьей основной целью является борьба с наводнениями или орошение. Старые гидроэлектростанции могут быть разработаны повторно, иногда спасая значительные инвестиции в установку, такие как напорный трубопровод и турбины, или просто повторно используя права на воду, связанные с заброшенным участком. Любое из этих преимуществ экономии затрат может сделать возврат инвестиций в небольшой гидроэлектростанцию вполне оправданным использованием существующих участков.
Бразилия — еще одна страна, которая вкладывает значительные средства в малые гидроэлектростанции. Бразилия сама по себе является лидером в производстве гидроэлектроэнергии, занимая третье место в мире по установленной мощности гидроэлектростанций — 79 ГВт, уступая США — 100 ГВт, а Китай занимает первое место — 171 ГВт. [17] По состоянию на 2024 год в Бразилии строится 51 новый проект малых гидроэлектростанций.
Многие компании предлагают стандартизированные пакеты турбогенераторов в приблизительном диапазоне размеров от 200 кВт до 10 МВт. Эти пакеты «от воды до проводов» упрощают планирование и разработку площадки, поскольку один поставщик отвечает за большую часть поставок оборудования. Поскольку единовременные инженерные расходы сведены к минимуму, а стоимость разработки распределена по нескольким блокам, стоимость таких пакетных систем снижается. Хотя часто используются синхронные генераторы, способные работать изолированно, малые гидроэлектростанции, подключенные к системе электросети, могут использовать экономичные индукционные генераторы для дальнейшего снижения стоимости установки и упрощения управления и эксплуатации.
Небольшие проекты "русла реки" не имеют обычной плотины с водохранилищем, только плотина для формирования напорного пруда для отвода входящей воды в турбину. Неиспользованная вода просто перетекает через плотину, а напорный пруд может быть способен хранить только один день, недостаточно для сухого лета или замерзшей зимы, когда генерация может остановиться. Предпочтительным сценарием является наличие напорного пруда в существующем озере.
Для оросительных каналов были разработаны модульные «микрогидрокинетические» системы . [18] « Ирригационные округа по всей территории США установили электростанции в точках отвода и сбросах внутри каналов, которые традиционно используются для измерения расхода, для стабилизации напора вверх по течению и для рассеивания энергии там, где есть значительные перепады высот по всей системе каналов». [19]
В таких странах, как Индия и Китай, политика благоприятствует развитию малой гидроэнергетики, а нормативный процесс позволяет строить плотины и водохранилища. В Северной Америке и Европе нормативный процесс слишком долгий и дорогой, чтобы рассматривать возможность строительства плотины и водохранилища для небольшого проекта.
Малые гидроэлектростанции обычно имеют более быстрые экологические и лицензионные процедуры, и поскольку оборудование обычно находится в серийном производстве, стандартизировано и упрощено, а также сокращены строительные работы, проекты могут разрабатываться очень быстро. Физически меньший размер оборудования облегчает транспортировку в отдаленные районы без хорошего автомобильного или железнодорожного доступа.
Одна из мер снижения воздействия на окружающую среду с помощью озер и водохранилищ зависит от баланса между потоком реки и выработкой электроэнергии. Сокращение водозаборов помогает экосистеме реки, но снижает окупаемость инвестиций (ROI) гидросистемы. Проект гидросистемы должен обеспечивать баланс, чтобы поддерживать как здоровье потока, так и экономику.
Часть баланса между окупаемостью инвестиций в проект малой гидроэлектростанции и заботой об окружающей среде заключается в близости проекта к национальной энергосистеме. Чем более изолирован проект малой гидроэлектростанции, тем более экономически эффективным будет его строительство. [20]
Основными преимуществами развития малых ГЭС являются низкая стоимость строительства, экологическая справедливость и возможность оставаться отключенными от централизованных электросетей.
Сельские или изолированные районы, подключение к национальным электросетям которых обходится дорого, являются местами, где осуществляется большинство проектов строительства малых гидроэлектростанций. Например, сельские районы Индии или других стран с проточным режимом водоснабжения используют малые гидроэлектростанции для обеспечения возобновляемого источника энергии без подключения к национальной электросети. [21] Кроме того, в сообществах, географически изолированных от национальных электросетей, проекты строительства малых гидроэлектростанций обеспечивают наибольшее сокращение выбросов парниковых газов. [22]
Для инвесторов, экологов и политиков малые гидроэнергетические проекты считаются наиболее жизнеспособными, когда они оказывают незначительное воздействие на окружающую среду и прогнозируют прибыль после строительства. [23] Показано, что заинтересованным сторонам относительно легко дать зеленый свет развитию малых гидроэнергетических проектов, если эти условия выполняются, даже в незначительной степени. [23]
Последнее отмеченное преимущество малых ГЭС перед более крупными гидроэнергетическими разработками или заводами на ископаемом топливе — это элемент экологической справедливости. В ряде сообществ, в которых отсутствует доступ к необходимому электричеству, малые ГЭС предлагают надежный и чистый источник электроэнергии. [24] Малые гидропроекты обычно не требуют значительной государственной помощи. Пробелы в управлении позволяют строить малые гидропроекты, которые обеспечивают местные сообщества электроэнергией. [24]
Недостатки малых ГЭС заключаются прежде всего в изменении среды обитания и потенциальном увеличении затрат.
Некоторые из недостатков малых гидроэлектростанций заключаются в том, как нарушается текущая система водоснабжения. В проектах проектирования русловых рек наибольший вред для водных систем наносят изменение режима течения, потеря связности и связности реки, а также деградация среды обитания, что в первую очередь влияет на рыбу и макробеспозвоночных. [25]
Хотя стоимость малых гидроэнергетических проектов, как правило, намного ниже, чем стоимость крупных гидроэнергетических систем, строительство имеет свои затраты. Учитывая это, если малый гидроэнергетический проект окажется неэкономичным, он будет иметь завышенные бюджетные расходы по сравнению с крупными проектами, которые выходят за рамки бюджета. [26]
Африка
Азия
Европа
Северная Америка
{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )