Мини и микро ГЭС

Оглавление

Введение
1. Текущее состояние малой гидроэнергетики России
2. Мини- и микро ГЭС
2.1. Конструкция мини- и микро ГЭС
2.2. Действующие мини- и микро ГЭС в России
3. О вопросах малой гидроэнергетики и мини-ГЭС в мире
Заключение
Список использованной литературы

Введение

Одним из наиболее освоенных возобновляемых источников энергии принято
считать малую гидроэнергетику, в которой используется большой
гидроэнергетический потенциал рек и притоков. Во многих случаях малая
гидроэнергетика позволяет обеспечить локальное электроснабжение
отдаленных районов или населенных пунктов, особенно в слаборазвитых и
развивающихся странах с ограниченной системой централизованного
электроснабжения.
Одним из достоинств малых ГЭС можно считать относительно небольшой
объем инвестиций и короткий срок строительства, что позволяет ускорить
получение прибыли, а также обеспечить минимальное воздействие на
окружающую среду, надежность электроснабжения и близость к потребителю.
Постоянный рост тарифов на электрическую энергию, постепенный спад
строительства крупных энергообъектов, а также постоянное повышение цен на
органическое топливо обуславливают возобновление интереса к малой
энергетике. Особенно актуальной эта проблема является для удаленных
населенных пунктов на севере и северо-востоке страны.
Затраты на доставку топлива в эти районы приводят к увеличению в разы
себестоимости электроэнергии на ДЭС.
Поэтому малая гидроэнергетика для изолированных районов, недоступных для
подачи электроэнергии в них по ЛЭП, рассматривается как альтернативный
источник энергии, способный если не полностью снять, то в значительной
степени уменьшить проблему транспортировки дизельного топлива.
Строительство малых ГЭС в удаленных районах может улучшить ситуацию с
энергоснабжением и повысить энергетическую независимость отдельных
регионов. 
Предметом исследования является малая гидроэнергетика России, а объектом

— мини- и микро ГЭС.
В данном реферате поставлена задача — рассмотреть существующие в России
объекты малой гидроэнергетики.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
 изучить материалы и работы, связанные с данной темой;
 рассмотреть микро- и мини ГЭС страны, их мощности, конструкции и
виды;
 изучить отечественные и зарубежные компании, занимающиеся
производством оборудования для мини- и микро ГЭС;
 сделать вывод по проделанной работе.

Глава 1. Текущее состояние малой энергетики в России

Экономические кризисы последних лет, снижение государственной
финансовой поддержки крупных проектов гидроэнергетики, постепенная
передача многих государственных активов в частные руки стали причиной
повышенного интереса к малой гидроэнергетике. Потенциальными заказчиками
малых ГЭС могут стать удаленные поселки, геологические партии,
метеостанции, воинские части, частные фермерские хозяйства, рыборазводные
предприятия, туристические базы и т.д. [1]
Малую гидроэнергетику можно отнести к одному из наиболее «чистых» видов
производства электроэнергии. Такие гидроэлектростанции не загрязняют
атмосферу вредными выбросами, как правило, при них не создаются большие
водохранилища, затапливающие огромные территории, чаще всего не
перекрываются пути миграции нерестовых промысловых рыб. Для их
возведения требуются меньшие объемы строительных материалов, не нужна
дорогостоящая грузоподъемная техника.
Затраты на сооружение малых ГЭС могут быть еще сокращены, если не
возводить новые малые ГЭС с «нуля», а попробовать прежде всего
восстановить некогда действовавшие и находящиеся в настоящее время в
полуразрушенном состоянии старые ГЭС.
К достоинствам малых ГЭС можно отнести невысокие риски затопления
близлежащих территорий при аварийных ситуациях на станции, низкую
себестоимость электроэнергии и небольшие эксплуатационные затраты в
сравнении с электростанциями на органическом топливе и крупными ГЭС, а
также сравнительно короткие сроки ввода в эксплуатацию. Также эксперты
отмечают, что развитие таких ГЭС благотворно влияют на региональное
развитие и стимулируют рынок за счет рынка малой гидроэнергетики.

Развитие малой гидроэнергетики в регионах позволяет:
 создать собственные региональные генерирующие мощности и снижение
дефицита электроэнергии в регионе;
 обеспечить надежное электроснабжение качественной электроэнергией
населенных пунктов в удаленных районах и на концевых участках
магистральных линий электропередачи;
 достичь экономической и социальной стабильности в населенных пунктах,
которые до настоящего времени не подключены к единой энергетической
системе;
 снизить дотационность регионов, связанной с закупкой и завозом топлива
в труднодоступные районы.
Природные условия, характерные для европейской части России, могут
обеспечить выработку электроэнергии на малых ГЭС, полностью
удовлетворяющую потребности районов, экономика которых ориентирована
на сельхозпроизводство. Строительство малых ГЭС позволит также эффективно
использовать водные ресурсы рек в целях водоснабжения, рыболовства,
транспорта и пр.
Перечень потенциальных источников энергии для малой гидроэнергетики
необычайно широк. Это небольшие реки, ручьи, естественные перепады высот
на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем.
Турбины малых ГЭС можно использовать в качестве гасителей энергии
на перепадах высот питьевых и других трубопроводов, предназначенных
для перекачки различных видов жидких продуктов. Кроме того, установка
небольших гидроэнергоагрегатов возможна на технологических водотоках,
таких как промышленные и канализационные сбросы.
Подсчитано, что энергетический потенциал малой гидроэнергетики в России
превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер,
солнце и биомасса вместе взятых. Однако Россия, обладая таким громадным
потенциалом, в настоящее время в силу ряда причин значительно отстаёт
от других стран в использовании этого ресурса.
Таблица 1. Потенциал МГЭС в РФ (млрд. кВт·ч/год)
Федеральный округ

Теоретический потенциал

Технический потенциал

Северо-
Западный 48.6 15.1
Центральный 7.6 2.9
Приволжский 35 11,4
Южный 50.1 15.5
Уральский 42.6 13.2
Сибирский 469.7 153
Дальневосточны
й 452 146
Итого по России 1105.6 357.1

В качестве основных факторов ускорения развития малой гидроэнергетики
в России можно назвать:
 аварии, участившиеся в энергосистеме страны (гидроагрегаты могут быть
источниками автономного питания);
 требования экологичности вырабатываемой энергии, которые стали особенно
актуальными в связи с введением в действие Киотского протокола.
Первоочередными объектами рассмотрения для сооружения МГЭС являются
существующие и незадействованные гидроузлы. По предварительным оценкам,
58% средних и 90% небольших водохранилищ страны (это 20 и 1 млн. м3
соответственно) не используются для выработки электроэнергии.
Энергоэкологической нишей для малых ГЭС может стать водоснабжение
промышленности городов и пр. В системах водоснабжения на участках трассы
с большой разницей отметок поверхности вместо различного рода шахтных
сопряжений, энергогасителей и других сооружений могут быть построены
микро-ГЭС. При расходах воды в пределах от 5 до 100 л/с их мощность может
достигать от 20 до 200 кВт.
Рентабельность малых ГЭС обеспечивается упрощением схемы их управления
(например, за счет балластной нагрузки) и работы без обслуживающего
персонала. Эффективность МГЭС может быть повышена также за счет
многоцелевого использования ее сооружений, а также при выдаче мощности
в местную сеть (без длинных ЛЭП).
Согласно комплексному плану развития малой гидроэнергетики, составленному
энергетической компанией РусГидро, к 2020 году планируется ввести не менее
1000 МВт установленной мощности, а также привлечение частных инвестиций
в реализацию проектов.
Как отмечают специалисты, стоимость 1 кВт произведенного на малой ГЭС в
России в централизованной системе, составляет 0.4-0.6 руб. (0.015-0.020 долл.),
в автономной системе - 1.1-2.3 руб. (0.04-0.08 долл.), а за рубежом - 0.03-0.04
долл. США.
Для сравнения: себестоимость электроэнергии на малых ТЭЦ и ДЭС
варьируется в пределах от 5 до 20 руб/кВт-ч. К тому же малые и микроГЭС не
оказывают какого-либо воздействия на качество и потребительские свойства
воды, что позволяет комплексно использовать водные ресурсы (для целей
водоснабжения, ирригации, рыбохозяйственной деятельности и т.д.).

Современное оборудование для малых ГЭС изготавливается компактным в
комплекте с гидрогенератором и системой автоматического регулирования, что
позволяет станции работать в автоматическом режиме, без дежурного
персонала.

Однако существенным недостатком малой энергетики можно считать
зависимость выработки гидроэлектростанции от гидрологического режима реки
(зимой выработка электроэнергии уменьшается, а станции, построенные на
оросительных каналах, работают только в ирригационный период), быстрое
заиливание небольших приплотинных водохранилищ, а также недостаточная
изученность гидрологического режима и стока малых водо шив и довольно
высокие удельные затраты в сооружение малых ГЭС.

Так, 1 кВт установленной мощности микроГЭС (до 1 МВт) в ценах 2008 г.
оценивался в среднем в 5000 долл/кВт, малых ГЭС (1-10 МВт) - в 4500
долл/кВт, а ГЭС мощностью более 10 МВт - 4000 долл/кВт [1]. Как показывает
зарубежный опыт, удельные затраты могут быть снижены при налаживании
серийного выпуска гидроэнергетического оборудования, так как доля
оборудования в стоимости малых ГЭС доходит до 40-60%.

2. Мини- и микро ГЭС

В России ГОСТ Р51238-98 устанавливает классификацию электростанций
малой гидроэнергетики. Согласно документу, к малой гидроэнергетике относят
бесплотинные гидроэлектростанции (ГЭС), мощность которых не превышает 30
МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт.
Такие ГЭС, в свою очередь, делятся на:
 микро-ГЭС (мощностью от 1.5 до 100 кВт);
 малые ГЭС (мощностью от 100 кВт до 30 Мвт) [3].
Микро- и малые (мини) ГЭС играют большую роль в энергоснабжении
отдаленных районов, являющихся энергодефицитными и занимающих до 40%
территории России.

2.1. Конструкция малых и микро ГЭС

Как и в любой гидроэлектростанции, основным элементом конструкции МГЭС
является гидроагрегат, состоящий из энергоблока, водозаборного устройства и
элементов управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы
используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:
- русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;
- стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;
- МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных
объектах водного хозяйства;
 мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной
деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Принцип работы турбины мини ГЭС во всех конструкциях практически
идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают
вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает
за выработку электроэнергии.
Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми
техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды.
Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в
комплекте — стальной или железобетонной.
На рис.1. Приведена схема общей конструкции микро ГЭС

2.2. Действующие мини- и микро ГЭС в России

В настоящее время действующие на территории России малые ГЭС
обеспечивают около 2.2 млрд. кВт·ч/год, а их технических потенциал
оценивается в 382 млрд. кВт·ч/год.
В России действует около 100 малых ГЭС мощностью до 6 МВт, с суммарной
мощностью 90 МВт и выработкой около 200 млн кВт•ч / год, большинство
строящихся в стране малых ГЭС находится на Северном Кавказе.
Из эксплуатации выведено большое количество ранее действовавших ГЭС
малой мощности, в том числе:  Чемальская МГЭС (0,4 МВт), 

Красноключёвская малая ГЭС (0,2 МВт, Башкирия), 

Садовая ГЭС (0,20 МВт, р. Кубань, Карачаево-Черкесия), 

Горбовская ГЭС (0,5 МВт, р. Руза, Московская область), 

Ярополецкая ГЭС (0,01 МВт, р. Лама, Московская область), 

Алапаевская ГЭС (2 МВт, Свердловская область), 

Солдатская ГЭС (0,36 МВт, Кабардино-Балкария), а также ряд МГЭС Псковской области.
В Новгородской области рассматривается возможность восстановления
Белебёлковской (450,0 кВт), Боровновской (500,0 кВт) и Обреченской ГЭС
(450,0 кВт).
Примеры малых ГЭС в России: Республика Тыва – МГЭС установленной
мощностью 168 кВт; Республика Алтай – МГЭС мощностью 400 кВт;
Камчатская область — ГЭС-1 мощностью 1.7 МВт на реке Быстрая, каскад
Толмачевских ГЭС.
Самыми новыми МГЭС на территории России можно считать Учкуланскую
МГЭС (после реконструкции старой станции агрегаты введены в эксплуатацию
в 2018 году) и МГЭС Большой Зеленчук (ввод агрегата был в 2017 году). Стоит
отметить, что большая часть МГЭС находится на территории Карачаево-
Черкесии. Это обусловлено тем, что благодаря наличию горного рельефа
республика обладает большим гидроэнергетическим потенциалом.
3. О вопросах малой гидроэнергетики и мини-ГЭС в мире
В 2006 году суммарная мощность МГЭС во всем мире составила около 73
ГВт. Среди стран лидирующее положение занял Китай (47 ГВт). На втором
месте была Япония (4 ГВт), на третьем — США (3.4 ГВт). Пятерку лидеров
замыкали Италия и Бразилия.
Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников
электроэнергии в сельской местности.

Например, в рамках программы The China Township Electrification Program до
2005 года в Китае была проведена электрификация 1000 поселков, в том числе с
помощью МГЭС. В 2006 году была запланирована следующая программа
(China Village Electrification Program), цель которой — электрификация к 2010
году 10 000 деревень, включая инвестиции в строительство малых ГЭС.
Кроме того, Китай планирует к 2020 году довести суммарную мощность МГЭС
до 300 ГВт.
Большое внимание развитию малой гидроэнергетики уделяют также и другие
страны.
Изменяющиеся социальные, политические и экономические условия в мире
требуют применения различных подходов. На сегодняшний день охрана
окружающей среды, здоровье и безопасность являются приоритетами.
Технология должна приспосабливаться и развиваться с учетом новых идей и
требований.
Европейские страны все больше отдают предпочтение малой энергетике, в
частности мини ГЭС. Так, например, только в одном регионе Италии
существует более 1000 малых гидроэлектростанций. Специалисты считают, что
развитие сети мини ГЭС может обеспечить электроэнергией весь Южный
Тироль [7].
В таких странах, как Бельгия, появились новые виды микро-ГЭС и мини ГЭС
— это мини ГЭС Turbulent. Электростанции этой фирмы состоит из небольших
водоворотных турбин. Такое устройство может быть установлено на
большинстве рек и каналов с проточной водой. Одна турбина способна
снабдить энергией до 60 домохозяйств, причем ее генерация постоянна, в
отличие от ветровых или солнечных систем, работа которых зависит от погоды
и времени суток. Для небольших сообществ, расположенных вблизи рек, эта
технология может служить эффективным и надежным источником энергии.
Как утверждают производители, мини-ГЭС Turbulent монтируется в течение
недели.  Для этого вблизи русла выкапывают рукав, по которому вода попадает
в цилиндрический колодец с установленной в нем турбиной. Вся часть
искусственного русла забетонирована. Падающая вода в цилиндре создает
вихревой поток, вращающий лопасти. Перепад высоты для нормальной работы
турбины должен быть около 1,5 м. Лопасти небольшой турбины безопасны для
рыб и прочих водных обитателей.
Электростанции Turbulent уже успешно протестированы на многих речках
Бельгии. Их дополнительным достоинством является возможность
увеличивать/уменьшать мощность в зависимости от потребностей в пределах от
15 до 100 кВт. Кроме того, основные конструктивные элементы таких установок
создаются с помощью 3D-печати, что облегчает и удешевляет процесс
производства [8]. Мини-ГЭС данного типа показана на рис. 2.

Рис.2. Мини-ГЭС Turbulent

Производством оборудования для мини ГЭС и микро ГЭС занимается
ограниченное количество отечественных и зарубежных предприятий. Это
связано с ограниченностью применения малых гидроэлектростанций,
обусловленную малым наличием необходимых водных объектов, а также
тенденциями развития энергетики в разных странах.
Изготовлением гидротурбин для малых и микро ГЭС в России занимается
отечественный концерн «Русэлпром». Компания представляет четыре типа
турбин для МГЭС:
1. Ковшовая турбина Pelton. Турбина имеет высокий КПД благодаря
специальной конструкции сопла. На рис. .3 представлена ковшовая турбина.

Рис.3. Ковшовая турбина

2. Поперечная турбина Crossflow
Турбина такого типа имеет стабильный КПД при изменении расхода в пределах
12-100% от номинального. Снимок поперечной турбины показан на рис.4.

Рис.4. Поперечная турбина Crossflow для МГЭС

3. Радиально-осевая турбина Francis
Турбины такого типа имеют мощность от 100 до 3000 кВт. На рис.5. Показан
снимок турбины такого типа.

Рис.5. Радиально-осевая турбина Francis
4. Пропеллерная, поворотно-лопастная турбина Kaplan
Отличительная особенность такой турбины — возможность вертикального,
горизонтального и наклонного расположения. Турбина изображена на рис.6.

Рис.6. Пооротно-лопастная турбина Kaplan
Из зарубежных фирм успешно работающих в этой области бизнеса это «CINK
Hydro-Energy» Республика Чехия – выполняет весь комплекс работ от
проектирования и поставки оборудования, до монтажа и запуска установок в
работу. «Micro hydro power» Китай – производит и реализует комплекты
оборудования для небольших установок бытового применения. Инженерно-
техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан. Компания
производит и реализует гидрогенераторы для малых ГЭС.
Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика будет оставаться
одним из самых важных и конкурентоспособных  возобновляемых источников
энергии. Латинская Америка, Северная Америка и Европа имеют значительный
гидроэнергетический потенциал, большая часть которого уже использована. В
Восточной, Южной Азии и Африке малая гидроэнергетика еще недостаточно
развита, а это значит, что можно говорить о большом потенциале ее
использования в этих странах.

Заключение

Экономические кризисы, повышение цен на электрическую энергию и топливо
обусловили появление повышенного интереса к малой гидроэнергетике. К
станциям малой гидроэнергетики принято относить мини- и микро ГЭС,
мощность которых не превышает 30 МВт
Одним из достоинств малых ГЭС можно считать относительно небольшой
объем инвестиций и короткий срок строительства, что позволяет ускорить
получение прибыли, а также обеспечить минимальное воздействие на
окружающую среду, надежность электроснабжения и близость к потребителю.
Конструкция мини- и микро ГЭС практически не отличается от других типов
ГЭС, основное отличие заключается в установленной мощности.
На данный момент в России существует около 100 действующих МГЭС,
большая часть которых находится на Кавказе (особенно в р.Карачаево-
Черкесия), поскольку горный рельеф поселений способствует наличию
большого гидроэнергетического потенциала.
Многие страны мира уже давно используют энергию, полученную от мини-
ГЭС. Стоит отметить, что многие страны Европы уже используют различные
достижения науки и техники. К примеру, недавно появились новые мини-ГЭС
Turbulent, которые могут снабдить чистой электроэнрегией почти одну деревню.
Производители утверждают, что строительство такой ГЭС займет не более
недели, а вред окружающей среде будет минимальным.
В России также есть компании, занимающиеся разработкой и проектированием
МГЭС, а также производством оборудования для них. К примеру, некоторые
концерны предлагают четыре вида турбин в зависимости от напора, КПД и
размещения турбины.

Список использованных источников

1. Малая гидроэнергетика: проблемы, трудности и пути их преодоления.
Статья. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/malaya-gidroenergetika-
problemy-trudnosti-i-puti-ih-preodoleniya
2. Официальный сайт РусГидро. Режим доступа: http://www.mc.rushydro.ru
3. ГОСТ Р51238-98 Гидроэнергетика малая. Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/gost-r-51238-98
4. Бляшко Я.И., Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации
Оборудования для микро- и малых ГЭС, периодический научно-технический
журнал «Малая энергетика» № 1, 2004;
5. Историк Б.Л., Усачев И.Н., Шполянский Ю.Б., Малая нетрадиционная
морская, речная и геотермальная энергетика, периодический научно-
технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004.
6. Мини ГЭС. Статья. Режим доступа: https://alter220.ru/voda/mini-ges.html
7. Как в Италии строят мини ГЭС без вреда окружающей среде. Статья.
Режим доступа: https://elektrovesti.net/57692_kak-v-italii-stroyat-mini-ges-
bez-vreda-okruzhayushchey-srede
8. МИНИ-ГЭС TURBULENT МОНТИРУЕТСЯ ЗА НЕДЕЛЮ И
СПОСОБНА СНАБДИТЬ ЭНЕРГИЕЙ ДО 60
ДОМОХОЗЯЙСТВ. Статья. Режим доступа: https://building-
tech.org/mini-ges-turbulent-montiruetsya-za-nedelju-i-
sposobna-snabdit-energiej-do-60-domohozyajstv/