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. Поворотно-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.
2. Официальный сайт РусГидро.
3. ГОСТ Р51238-98 Гидроэнергетика малая.
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.
7. Как в Италии строят мини ГЭС без вреда окружающей среде. Статья
8. Мини-ГЭС Turbulent монтируется за неделю и способна снабдить энергией до 60 домохозяйств. Статья