stringtranslate.com

Малая гидроэлектростанция

Малая электростанция Лик-Атери (Пиренеи-Атлантические, Франция).
Гидроэлектростанция 1895 года недалеко от Теллурида, штат Колорадо .

Малая гидроэлектростанция – это развитие гидроэнергетики в масштабе, подходящем для местного сообщества и промышленности, или для содействия распределенной генерации в региональной электросети. [1] Точные определения различаются, но проект «малой гидроэлектростанции» имеет мощность менее 50 мегаватт (МВт), и по масштабу его можно подразделить на «мини» (<1 МВт), « микро » (<100 кВт), « пико» . (<10 кВт). Напротив, многие гидроэнергетические проекты имеют огромные размеры, такие как электростанция на плотине «Три ущелья» мощностью 22 500 мегаватт или многочисленные многочисленные проекты Управления долины Теннесси .

Малые гидроэлектростанции могут быть построены в изолированных районах, обслуживание которых от национальной электросети было бы нерентабельно, или в районах, где национальная сеть не существует. Не требуя больших плотин или больших водохранилищ, малые гидроэлектростанции относительно безвредны для окружающей среды. [2] Это делает проекты малых гидроэлектростанций привлекательным компромиссом для активистов возобновляемой энергетики, защитников окружающей среды и инвесторов.

Описание

Использование термина «малая гидроэлектростанция» значительно различается в разных странах мира, максимальный предел обычно составляет от 10 до 30 МВт. Хотя минимальный предел обычно не устанавливается, Национальная ассоциация гидроэнергетики США устанавливает 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 штата по возобновляемым источникам энергии , в то время как гидроэлектростанции с более высокой мощностью классифицируются как крупные и не являются считается возобновляемым. [4] В США, Канаде и Китае определение «малых гидроэлектростанций» может быть расширено до 50 МВт . [5] В Индии гидропроекты мощностью станций до 25 МВт отнесены к категории проектов малой гидроэнергетики (МГЭ). [6]

Малые ГЭС можно подразделить на мини-ГЭС, мощность которых обычно определяется от 100 до 1000 киловатт (кВт), и микро-ГЭС , мощность которых составляет от 5 до 100 кВт. Микро-ГЭС обычно представляет собой применение гидроэлектроэнергии, предназначенное для небольших населенных пунктов, отдельных семей или малых предприятий. Самыми маленькими установками являются пико-гидро , мощностью менее 5 кВт.

Поскольку проекты малых гидроэлектростанций обычно предусматривают небольшие строительные работы и небольшое количество водохранилищ или вообще их отсутствие, считается, что они оказывают относительно низкое воздействие на окружающую среду по сравнению с крупными гидроэлектростанциями. [7]

Дополнительной определяющей особенностью малых ГЭС является русло реки , то есть физическое воздействие проекта относительно незначительно по сравнению с плотинами крупных гидроэлектростанций, для которых требуется водохранилище. За проектом хранится мало воды, если она вообще есть, и река обычно может продолжать течь. [8]

Рост

Согласно отчету REN21, в 2008 году количество малых гидроэлектростанций выросло на 28% по сравнению с 2005 годом, в результате чего общая мировая мощность малых гидроэлектростанций выросла до 85 гигаватт (ГВт). Более 70% из них приходится на Китай (65 ГВт), за ним 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. [ нужна цитата ]

Китай планировал электрифицировать еще 10 000 деревень в период с 2005 по 2010 год в рамках своей программы электрификации деревень в Китае , включая дальнейшие инвестиции в малые гидроэлектростанции и фотоэлектрические системы . [9] К 2010 году в Китае было 45 000 малых гидроэлектростанций, особенно в сельской местности, производящих 160 ТВтч в год. [10] Более 50% потенциальных мировых запасов малой гидроэлектроэнергии находится в Азии; однако в отчете отмечается: «Возможно, в будущем больший потенциал малой гидроэнергетики будет выявлен как на африканском, так и на американском континентах». [11] [12] [13]

В горах и тропических лесах Британской Колумбии (Канада) имеется множество участков, пригодных для строительства гидроэлектростанций. Однако экологические опасения по поводу крупных водохранилищ после 1980-х годов остановили строительство новых плотин. Решением проблемы возросшего спроса было предложение контрактов независимым производителям электроэнергии , которые построили 100 проектов по течению реки мощностью менее 50 МВт. Производство электроэнергии без водохранилищ сильно различается, но старые традиционные плотины удерживают или сбрасывают воду, чтобы усреднить выработку в течение года. В 2014 году эти независимые производители выработали 18 000 ГВтч при мощности 4500 МВт. [14]

История

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 проекты малых гидроэлектростанций были заменены крупномасштабными плотинами с использованием турбин новой конструкции. [16]

Экологическая доктрина после 20-го века отходит от крупномасштабного строительства гидроэлектростанций из-за возросшего осознания экологических проблем, связанных с плотинами. Например, большие искусственные озера часто затопляют места обитания и сообщества и уничтожают виды, зависящие от постоянного речного стока. [16] Примеры предыдущих проектов, направленных на удаление плотин, включают восстановление реки Эльва и движение Un-Dam the Klamath .

С 1960-х годов количество новых малых гидроэлектростанций сократилось, несмотря на то, что их мощность намного превышает нынешнее использование. Несмотря на эту тенденцию, некоторые страны, в том числе Китай, Индия и Бразилия, в 21 веке значительно расширяют свои мощности малых гидроэлектростанций. [16]

Поколение

Историческая малая гидроэлектростанция Оттенбаха с оригинальным оборудованием 1920 года в Оттенбахе, Швейцария , до сих пор работает для экскурсий.
Электростанция Хунпин в городе Хунпин провинции Шэньнунцзя имеет конструкцию, типичную для небольших гидроэлектростанций в западной части китайской провинции Хубэй . Вода поступает с горы за станцией по черной трубе, видимой на фотографии.

Гидроэнергетика – это выработка электроэнергии за счет движения воды. Гидроэлектростанция требует надежного потока воды и разумной высоты падения воды, называемой напором . В типовой установке вода из резервуара по трубе подается в турбину . Вода, протекающая через турбину, приводит во вращение электрический генератор , преобразуя движение в электрическую энергию.

Малые гидроэлектростанции могут развиваться путем строительства новых объектов или реконструкции существующих плотин, основной целью которых является борьба с наводнениями или ирригация. Старые гидростанции могут быть реконструированы, что иногда позволяет сэкономить значительные инвестиции в сооружения, такие как напорный трубопровод и турбины, или просто повторно использовать права на воду, связанные с заброшенным объектом. Любое из этих преимуществ экономии средств может сделать окупаемость инвестиций в небольшую гидроэлектростанцию ​​вполне оправданной за счет использования существующих площадок.

Бразилия – еще одна страна, которая вкладывает значительные средства в малые гидроэлектростанции. Сама Бразилия является лидером в производстве гидроэлектроэнергии, третьей страной в мире по установленной мощности гидроэнергетики с 79 ГВт, уступая Соединенным Штатам с 100 ГВт и Китаю на первом месте с 171 ГВт. [17] По состоянию на 2024 год в Бразилии строится 51 новый проект малых гидроэлектростанций.

Дизайн проекта

Многие компании предлагают стандартизированные турбогенераторы мощностью примерно от 200 кВт до 10 МВт. Эти пакеты «вода-электропровод» упрощают планирование и развитие объекта, поскольку один поставщик обеспечивает большую часть поставок оборудования. Поскольку единовременные затраты на проектирование сведены к минимуму, а стоимость разработки распределяется по нескольким устройствам, стоимость таких пакетных систем снижается. Хотя часто используются синхронные генераторы, способные работать изолированно, небольшие гидроэлектростанции, подключенные к электрической сети, могут использовать экономичные индукционные генераторы для дальнейшего снижения стоимости установки и упрощения управления и эксплуатации.

В небольших проектах «русла реки» нет обычной плотины с водохранилищем, есть только плотина , образующая напорный пруд для отвода входной воды в турбину. Неиспользованная вода просто перетекает через плотину, и верхний пруд может храниться только один день, чего недостаточно для засушливого лета или морозной зимы, когда генерация может остановиться. Предпочтительным сценарием является наличие водозабора в существующем озере.

Для оросительных каналов разработаны модульные «микрогидрокинетические» системы . [18] « Ирригационные округа по всей территории США установили электростанции в точках водозабора и внутриканаловых перепадах, которые традиционно используются для измерения расхода, для стабилизации напора вверх по течению и для рассеивания энергии при значительных перепадах высот по всей системе каналов». [19]

Такие страны, как Индия и Китай, проводят политику в пользу малых гидроэлектростанций, а процесс регулирования позволяет строить плотины и водохранилища. В Северной Америке и Европе процесс регулирования является слишком длительным и дорогостоящим, чтобы рассматривать возможность строительства плотины и водохранилища для небольшого проекта.

Проекты малых гидроэлектростанций обычно имеют более быстрые экологические и лицензионные процедуры, а поскольку оборудование обычно находится в серийном производстве, стандартизировано и упрощено, а объем строительных работ также сокращается, проекты могут разрабатываться очень быстро. Физически меньший размер оборудования облегчает транспортировку в отдаленные районы, где нет хорошего автомобильного или железнодорожного доступа.

Одна из мер снижения воздействия озер и водохранилищ на окружающую среду зависит от баланса между речным стоком и производством электроэнергии. Сокращение водозаборов помогает речной экосистеме, но снижает рентабельность инвестиций в гидросистему . Проект гидросистемы должен обеспечивать баланс для поддержания как здоровья потока, так и экономики.

Частично баланс между рентабельностью инвестиций в проект малой гидроэлектростанции и заботой об окружающей среде заключается в близости проекта к национальной энергосистеме. Чем более изолированным является проект малой гидроэлектростанции, тем более экономически эффективным будет его строительство. [20]

Преимущества и недостатки

Основные преимущества развития малых гидроэлектростанций включают низкую стоимость строительства, экологическую справедливость и возможность оставаться отключенными от централизованных энергосетей.

Большинство малых гидроэлектростанций строится в сельских или изолированных районах, подключение которых к национальным энергосетям обходится дорого. Например, сельские районы Индии или других стран с проточным водным режимом используют малые гидроэлектростанции для обеспечения возобновляемого источника энергии без подключения к национальной сети. [21] Кроме того, в населенных пунктах, которые географически изолированы от национальных энергетических сетей, проекты малых гидроэлектростанций обеспечивают наибольшее сокращение выбросов парниковых газов. [22]

Для инвесторов, защитников окружающей среды и политиков проекты малых гидроэлектростанций считаются наиболее жизнеспособными, когда воздействие на окружающую среду и прогнозируемая прибыль после строительства незначительны. [23] Показано, что заинтересованным сторонам относительно легко дать зеленый свет развитию малых гидроэлектростанций, если эти условия соблюдены, даже в незначительной степени. [23]

Пример малой ГЭС Света Петька.

Последним отмеченным преимуществом малых ГЭС перед более крупными гидроэлектростанциями или электростанциями, работающими на ископаемом топливе, является элемент экологической справедливости. В ряде населенных пунктов, где отсутствует необходимый доступ к электроэнергии, малые гидроэлектростанции являются надежным и чистым источником электроэнергии. [24] Малые гидроэнергетические проекты обычно не требуют значительной государственной помощи. Пробелы в управлении позволяют строить небольшие гидроэнергетические проекты, которые обеспечивают местное электроснабжение местным сообществам. [24]

Недостатки малых гидроэлектростанций действительно существуют, прежде всего, в изменении среды обитания и потенциальном увеличении затрат.

Некоторые из недостатков малых ГЭС связаны с нарушением работы системы проточной воды. В рамках проектов проектирования русла наибольший вред для водных систем наносят изменение режима стока, потеря сплоченности и связности рек, а также деградация среды обитания, в первую очередь затрагивающая рыб и макробеспозвоночных. [25]

Хотя стоимость проектов малых гидроэлектростанций, как правило, намного ниже, чем стоимость крупных гидроэлектростанций, строительство требует затрат. Учитывая это, если малый гидроэнергетический проект окажется нерентабельным, его бюджетные расходы будут чрезмерными по сравнению с крупными проектами, которые превышают бюджет. [26]

Примерный список небольших установок по всему миру

Африка

Азия

Европа

Северная Америка

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Креттенанд, Н. (2012). Содействие развитию мини- и малой гидроэнергетики в Швейцарии: формирование институциональной основы. Особое внимание уделяется схемам хранения и гидроаккумулирования (Диссертация). Федеральная политехническая школа Лозанны. п. 266. doi :10.5075/epfl-thesis-5356. S2CID  36519663. Кандидатская диссертация № 5356.
  2. ^ Пэйш, Оливер (1 декабря 2002 г.). «Малая гидроэнергетика: технологии и современное состояние». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 6 (6): 537–556. дои : 10.1016/S1364-0321(02)00006-0. ISSN  1364-0321.
  3. ^ http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/2012_Hydropower_Roadmap.pdf стр. 17
  4. ^ «Гидроэлектростанция в Калифорнии». www.energy.ca.gov . Проверено 7 апреля 2019 г.
  5. ^ «Энергетический сектор» (PDF) . Международное агентство по возобновляемым источникам энергии. Июнь 2012 года . Проверено 16 декабря 2018 г.
  6. ^ «Малая гидроэлектростанция | Министерство новых и возобновляемых источников энергии | Правительство Индии» . mnre.gov.in. ​Архивировано из оригинала 20 февраля 2018 г.
  7. ^ «Малые гидроэнергетические системы» Министерства энергетики США https://www.nrel.gov/docs/fy01osti/29065.pdf.
  8. ^ Пэйш, Оливер (1 декабря 2002 г.). «Малая гидроэнергетика: технологии и современное состояние». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 6 (6): 537–556. дои : 10.1016/S1364-0321(02)00006-0. ISSN  1364-0321.
  9. ^ ab Обновление отчета о глобальном состоянии возобновляемых источников энергии за 2006 год. Архивировано 14 июня 2007 г. на Wayback Machine , REN21 , опубликовано в 2006 г., по состоянию на 16 мая 2007 г.
  10. ^ https://www.irena.org/DocumentDownloads/Publications/RE_Technologies_Cost_Analysis-HYDROPOWER.pdf стр. 12
  11. ^ «Отчет о мировом развитии малой гидроэнергетики, 2016 г.» . ИКШП . Проверено 29 апреля 2015 г.
  12. ^ «ЮНИДО, ICSHP запускают портал обмена знаниями о малой гидроэнергетике» . Политика и практика устойчивой энергетики . Проверено 29 апреля 2015 г.
  13. ^ «Малая гидроэнергетика, многообещающая технология электрификации сельской местности». www.energias-renovables.com . Проверено 29 апреля 2015 г.
  14. ^ «О независимых энергетических проектах». Архивировано из оригинала 6 февраля 2016 года . Проверено 9 марта 2017 г.
  15. ^ Джарен, Пер; Суй, Тонгбо (22 ноября 2016 г.). Как вода влияет на нашу жизнь. Спрингер. ISBN 978-981-10-1938-8.
  16. ^ abc Пэйш, Оливер (1 декабря 2002 г.). «Малая гидроэнергетика: технологии и современное состояние». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 6 (6): 537–556. дои : 10.1016/S1364-0321(02)00006-0. ISSN  1364-0321.
  17. ^ Мартинс, Дуглас Эдуардо Коста; Зейферт, Мари Элизабет Бернардини; Дзеджич, Маурисио (1 декабря 2013 г.). «Важность механизма чистого развития для малых гидроэлектростанций». Возобновляемая энергия . 60 : 643–647. doi :10.1016/j.renene.2013.06.021. ISSN  0960-1481.
  18. ^ Полдень, Крис (05.09.2019). «Canal Plus: эти крошечные турбины могут превратить искусственные водные пути в электростанции». Отчеты GE . Проверено 28 сентября 2019 г.
  19. ^ «Использование неиспользованного потенциала: малые гидроэлектростанции в ирригационных каналах» . Гидрообзор . 01.10.2017 . Проверено 28 сентября 2019 г.
  20. ^ Курики, Альбан; Пиньейру, Антониу Н.; Сордо-Уорд, Альваро; Бехарано, Мария Д.; Гарроте, Луис (01 мая 2021 г.). «Экологическое воздействие русловых гидроэлектростанций - Текущее состояние и будущие перспективы на пороге энергетического перехода». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 142 : 110833. doi : 10.1016/j.rser.2021.110833 . ISSN  1364-0321.
  21. ^ Мишра, Мукеш Кумар; Харе, Нилай; Агравал, Алка Бани (1 ноября 2015 г.). «Малая гидроэнергетика в Индии: текущее состояние и перспективы на будущее». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 51 : 101–115. дои : 10.1016/j.rser.2015.05.075. ISSN  1364-0321.
  22. ^ Мартинс, Дуглас Эдуардо Коста; Зейферт, Мари Элизабет Бернардини; Дзеджич, Маурисио (1 декабря 2013 г.). «Важность механизма чистого развития для малых гидроэлектростанций». Возобновляемая энергия . 60 : 643–647. doi :10.1016/j.renene.2013.06.021. ISSN  0960-1481.
  23. ^ аб Урошевич, Бранка Гвозденац; Маринович, Будимирка (01 июля 2021 г.). «Рейтинг строительства малых ГЭС с использованием многокритериального анализа решений». Возобновляемая энергия . 172 : 1174–1183. doi : 10.1016/j.renene.2021.03.115. ISSN  0960-1481.
  24. ^ Аб Патель, Алан П. Дидак, Ричард Джонсон, Эстер Эдвардс, А. Джон Синклер, Джеймс Гарднер, Кирит (2021), «Малая гидроэнергетика и экологическая справедливость: уроки округа Кулу в Химачал-Прадеше», Продвижение экологической справедливости для маргинализированных групп населения Сообщества в Индии , Рутледж, doi : 10.4324/9781003141228-7, ISBN 978-1-003-14122-8, получено 23 февраля 2024 г.{{citation}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  25. ^ Курики, Альбан; Пиньейру, Антониу Н.; Сордо-Уорд, Альваро; Бехарано, Мария Д.; Гарроте, Луис (01 мая 2021 г.). «Экологическое воздействие русловых гидроэлектростанций - Текущее состояние и будущие перспективы на пороге энергетического перехода». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 142 : 110833. doi : 10.1016/j.rser.2021.110833 . ISSN  1364-0321.
  26. ^ Мартинс, Дуглас Эдуардо Коста; Зейферт, Мари Элизабет Бернардини; Дзеджич, Маурисио (1 декабря 2013 г.). «Важность механизма чистого развития для малых гидроэлектростанций». Возобновляемая энергия . 60 : 643–647. doi :10.1016/j.renene.2013.06.021. ISSN  0960-1481.
  27. ^ Сатиш (1 сентября 2015 г.). «Выручка Meenvallam Power Project достигла 3,24 рупий» . Новый Индийский экспресс . Проверено 25 августа 2021 г.
  28. ^ "IRTC - Проект малой гидроэлектростанции Минваллом" . Проверено 9 марта 2017 г.
  29. ^ «Bario Asal Micro Hydro… 4 года спустя, но все еще набирает силу» . 15 октября 2012 года . Проверено 9 марта 2017 г.
  30. ^ "Минигидроэлектростанция Ифугао Амбангал" . Что мы делаем . Глобальное партнерство по устойчивой электроэнергетике . Проверено 22 июля 2020 г.
  31. ↑ Колина, Антонио (6 октября 2019 г.). «Японская фирма построит проект по производству энергии из биомассы в Бутуане» . МиндаНьюс . Проверено 22 июля 2020 г.
  32. ^ "Мини-ГЭС Балонгбонг" . Группа малых энергетических предприятий, Национальная энергетическая корпорация . 7 августа 2018 г. Проверено 22 июля 2020 г.
  33. ^ «Отчет о достижениях за 2013 год» (PDF) . Группа малых электроэнергетических предприятий, Национальная энергетическая корпорация. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 15 сентября 2015 г.
  34. ^ «JICA и Министерство энергетики открывают мини-гидроэлектростанцию ​​для обеспечения электроснабжения в Ифугао, усилия по сохранению рисовых террас» . Японское агентство международного сотрудничества . 14 июля 2015 года . Проверено 22 июля 2020 г.
  35. ^ «Первоначальная комиссия Еврогидроэлектростанции мощностью 2,4 МВт» . Евро Гидро Пауэр (Азия) Холдингс, Инк . Проверено 22 июля 2020 г.
  36. ↑ Lectura, Лени (3 февраля 2016 г.). «Epower реабилитирует мини-ГЭС в Авроре». БизнесЗеркало . Проверено 22 июля 2020 г.
  37. ^ Ульгадо, Андресито. «Дорожная карта гидроэнергетики» (PDF) . Бюро управления возобновляемыми источниками энергии, Министерство энергетики . Проверено 22 июля 2020 г.
  38. ^ "Зеленые долины". Thegreenvalleys.org. 07.04.2013 . Проверено 16 октября 2013 г.
  39. ^ «Великобритания | Уэльс | Средний Уэльс | Зеленый проект Beacons собрал 20 тысяч фунтов стерлингов» . Новости BBC. 17 октября 2008 г. Проверено 16 октября 2013 г.
  40. ^ "biggreenchallenge.org.uk". biggreenchallenge.org.uk. Архивировано из оригинала 3 октября 2013 г. Проверено 16 октября 2013 г.
На Wikimedia Commons есть средства массовой информации, связанные с малыми гидроэлектростанциями .