Микро - и малые гэс. Малая гидроэнергетика в мире Маленькие гэс

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС ) - гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

• оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
• оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Из известной классической триады: солнечные батареи , ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные мини ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств.

Типы мини ГЭС

Водяное колесо - это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная мини-ГЭС - представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье - это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер - это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер .

Конструкция малой гидростанции

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы 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.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

Осевыми турбинами;

Радиально-осевыми турбинами;

Ковшовыми турбинами;

Поворотно-лопастными турбинами.

МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на :

Высоконапорные - более 60 м;

Средненапорные - от 25 м;

Низконапорные - от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он 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.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

Наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;

Управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;

Генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;

Площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Выгоды использования мини-ГЭС:

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов. Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций. Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ .



Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС)

Малые и микроГЭС - объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет). Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 10 МВт (в некоторых странах до 50 МВт).

Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Они не имеют многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение во многих странах мира. Например, в 2005 году суммарная мощность малых ГЭС в мире выросла на 8% (5 ГВт) и достигла 66 ГВт, причем она составила 36% от суммарной мощности всех возобновляемых источников энергии (исключая большую гидроэнергетику) и 1.6% от общих электроэнергетических мощностей. Таким образом, можно сказать, что МГЭС являются одним из основных источников получения электроэнергии среди возобновляемых ресурсов.

Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников электроэнергии в сельской местности.

В Швейцарии доля производства электроэнергии на МГЭС достигла 8,3%, в Испании - 2,8%, в Швеции - почти 3%, а в Австрии - 10%. Лидирующие позиции по совокупным генерирующим мощностям МГЭС занимают: Китай (47 ГВт), Япония (4 ГВт), США (3,4 ГВт), Италия и Бразилия.

По данным ESHA (European Small Hydropower Association), в 2011 году суммарная установленная мощность МГЭС в мире составила 87 ГВт.

Суммарные мощности МГЕС:

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, что говорит о большом потенциале ее использования в этих странах.

1.2 В РОССИИ

возобновляемый источник гидроэнергетика малый

В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор тут можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки - края, который вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики. Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений - дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Но используется этот потенциал крайне слабо: всего на 1%. Не так давно, в 1950-60-х годах, у нас действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас - всего лишь несколько сотен - сказались результаты перекосов в ценовой политике и недостаточное внимание к совершенствованию конструкций оборудования, к применению более совершенных материалов и технологий.

В России малая гидроэнергетика представлена бесплотинными гидроэлектростанциями (ГЭС), мощность которых не превышает 30 МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт.

В настоящее время по всей России количество действующих МГЭС оценивается от нескольких десятков (60-70 единиц) до нескольких сотен (200-300 единиц).

1.3 В УКРАИНЕ

То, что после Второй мировой войны энергоснабжение Украины осуществлялось в основном за счет малой гидроэлектроэнергетики, помнят разве что историки и специалисты отрасли. Всего на начало 1960-х насчитывалось около 956 малых ГЭС общей мощностью 30 тыс. кВт. Для сравнения: в 1948 году в республике действовали 3 тыс. малых гидроустановок. Однако вследствие развития централизованного электроснабжения и концентрации производства электроэнергии на мощных тепло- и гидростанциях строительство малых ГЭС было остановлено. Началась их консервация, демонтаж, сотни мини-гидроэлектростанций были разрушены, а оборудование разворовано.

К концу 1980-х удалось сохранить всего 49 станций, и до 1995 года малой гидроэнергетикой в Украине практически никто не занимался. Только в 1996 году появились первые энтузиасты, проявившие к ней интерес. Несколько лет назад и на государственном уровне было принято решение пересмотреть энергополитику и заняться возрождением малых ГЭС. Согласно данным ассоциации «Укргидроэнерго», в Украине сегодня работают 81 малая гидроэлектростанция и семь микроустановок общей мощностью 111,75 МВт, что составляет всего около 5% технически возможного потенциала страны.

Из действующих в настоящее время МГЭС государственных - 25, при этом пять из них находятся на балансе Госводхоза и 20 принадлежат соответствующим облэнерго («Винницаоблэнерго» - пять, «Закарпатье облэнерго» - три, «Киевэнерго» - две, «Кировоградоблэнерго» - четыре и т. д.). В случае приватизации облэнерго в частные руки переходят и ГЭС. Кроме этого, многие малые станции находились в коллективной собственности, поскольку были построены колхозами. Именно их сегодня почти полностью выкупили частные собственники. Частными являются и уже восстановленные станции (к примеру, Яблунецкая МГЭС была выкуплена ассоциацией «Новосвит» еще в 2002 году).

Эксплуатация минигидроэлектростанций в Украине дает возможность производить около 250 млн кВт·год электроэнергии на год, что эквивалентно ежегодной экономии до 75 тыс. тонн органического топлива.

2. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ МГЭС

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т.е. вне электросети энергосистемы края или области, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики - по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе - можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40-50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.

У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии. Известно, например, что водохранилище Земонечальской ГЭС на реке Куре было заилено на 60% в течение 5 лет.

Для рыбного хозяйства плотины малых ГЭС менее опасны, чем средних и крупных, перекрывающих миграционные пути проходных и полупроходных рыб и перекрывающих нерестилища. Хотя в целом создание гидроузлов не устраняет полностью урон рыбному стаду на основных реках, т.к. речной бассейн - это единая экологическая система и нарушения ее отдельных звеньев неизбежно отражаются на системе в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего вышеизложенного следует, что малая гидроэнергетика занимает устойчивое положение как в мире, так и в Украине.

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствуют мощные источники тока. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные села электричеством. Энергия, выработанная малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями, соответственно, снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергообеспечения. Кроме того, ГЭС могут выполнять и другие задачи, к примеру, защищать прилегающие территории от сезонных паводков.

С учетом ограниченности гидроресурсов в мире можно предположить, что в период до 2030 года темпы развития гидроэнергетики заметно снизятся, но при этом будет поддерживаться диверсификация малой гидроэнергетики. При темпе роста в 4.5-4.7% производство электроэнергии на малых ГЭС достигнет к 2030 году 770-780 ТВт.ч, что будет составлять более 2% всего производства электроэнергии в мире. Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика в обозримой перспективе останется одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Березовский Н.И. и др. Технология энергосбережения

2. Волков С.Г., Гидроэнергетика, СПб, 1997г.

3. Источники энергии. Факты, проблемы, решения, М., Наука и техника, 1997г.

4. Михайлов Л.П. Малая гидроэнергетика

5. Мунц В.А. Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях

6. Непорожний П.С., Попков В.И., Энергетические ресурсы мира, М., Энергоатомиздат, 1995г.

7. Самойлов М.В. Основы энергоргосбережения

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Немного об истории. Гидроэнергетика в Беларуси. Основные схемы использования водной энергии. Описание работы ГЭС. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду и охрана природы.

реферат , добавлен 01.06.2007


Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.

курсовая работа , добавлен 30.07.2012


Доля альтернативных источников энергии в структуре потребления РФ. Производство биогаза из органических отходов. Технический потенциал малой гидроэнергетики. Использование низкопотенциальных геотермальных источников тепла в сочетании с теплонасосами.

курсовая работа , добавлен 20.08.2014


Изучение альтернативной гидроэнергетики, ее истории и использование в современный период. Исследование энергии волн, морских приливов и отливов. Создание геликоидных турбин. Особенности применения гидроэнергетики в различных областях науки и техники.

реферат , добавлен 14.11.2014


Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.

реферат , добавлен 27.02.2010


Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.

реферат , добавлен 18.10.2013


Анализ энергосбережения (экономии энергии) как правовых, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и на внедрение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

реферат , добавлен 24.10.2011


Этапы развития гидроэнергетики Украины. Важность решений проблемы покрытия пиковых мощностей специальными способами. Анализ эффективности малой гидроэнергетики. Значение работы гидроакумулирующих станций, перспективы их применения. Принцип работы плотин.

реферат , добавлен 13.06.2009


Изучение опыта использования возобновляемых источников энергии в разных странах. Анализ перспектив их массового использования в РФ. Основные преимущества возобновляемых альтернативных энергоносителей. Технические характеристики основных типов генераторов.

реферат , добавлен 07.05.2009


Изучение истории рождения энергетики. Использование электрической энергии в промышленности, на транспорте, в быту, в сельском хозяйстве. Основные единицы ее измерения выработки и потребления. Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Малая гидроэнергетика

В России энергетический потенциал малых рек очень велик. Число малых рек превышает 2,5 млн (цифра проверена)., их суммарный сток превышает 1000 км3 в год. По оценкам специалистов сегодняшними доступными средствами на малых ГЭС в России можно производить около 500 млрд. кВтч электроэнергии в год.

Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение в электроэнергетике многих стран мира. В ряде развитых стран установленная мощность малых ГЭС превышает 1 млн. кВт (США, Канада, Швеция, Испания, Франция, Италия). Они используются как местные экологически чистые источники энергии, работа которых приводит к экономии традиционных топлив, уменьшая эмиссию диоксида углерода. Лидирующая роль в развитии малой гидроэнергетики принадлежит КНР, где суммарная установленная мощность малых ГЭС превышает 13 млн. кВт. В развивающихся странах создание малых ГЭС как автономных источников электроэнергии в сельской местности имеет огромное социальное значение. При сравнительно низкой стоимости установленного киловатта и коротком инвестиционном цикле малые ГЭС позволяют дать электроэнергию удаленным от сетей поселениям.

В 90-е годы в России проблема производства оборудования для малых и микро-ГЭС в основном была решена. Особенно привлекательно создание малых ГЭС на базе ранее существовавших, где сохранились гидротехнические сооружения. Сегодня их можно реконструировать и технически перевооружить. Целесообразно использовать в энергетических целях существующие малые водохранилища, которых в России более 1000.

В середине прошлого века в России (РСФСР) работало большое количество малых ГЭС, однако, впоследствии предпочтение было отдано крупному гидроэнергостроительству, и малые ГЭС постепенно выводились из эксплуатации. Сегодня интерес к малым ГЭС возобновился. Несмотря на то, что их экономические характеристики уступают крупным ГЭС, в их пользу работают следующие аргументы. Малая ГЭС может быть сооружена даже при нынешнем дефиците капиталовложений за счет средств частного сектора экономики, фермерских хозяйств и небольших предприятий. Малая ГЭС, как правило, не требует сложных гидротехнических сооружений, в частности, больших водохранилищ, которые на равнинных реках приводят к большим площадям затоплений. Сегодняшние разработки малых ГЭС характеризуются полной автоматизацией, высокой надежностью и полным ресурсом не менее 40 лет. Малые ГЭС позволяют лучше использовать солнечную и ветровую энергию, так как водохранилища ГЭС способны компенсировать их непостоянство. В РФ налажено производство достаточно надёжного оборудования для малых ГЭС, например оборудование С. Петербургского ЗАО МНТО «ИНСЭТ».(http://www.inset.ru/r/index.htm), которое поставило 4 малых ГЭС и в РБ (Таналыкское водохранилище, пос. Табулды, Узянское водохранилище, МГЭС «Соколки») стоимостью от 9 до 70 тыс.р. за 1 кВт установленной мощности в зависимости от мощности МГЭС.

Примерная схема ТЭО строительства малых ГЭС.

Строительство малых ГЭС (МГЭС) по многим причинам имеет широкие перспективы в развитии различных регионов мира. При сравнении с крупными ГЭС следствия от строительства МГЭС имеют большие преимущества. Однако удельные затраты на строительство МГЭС при их индивидуальном проектировании и строительстве превышают удельные затраты на строительство крупных ГЭС.
Выделяются две фундаментальные задачи, решение которых обеспечит значительное сокращение удельных затрат на возводимые МГЭС:
А. Комплексный подход в развитии энергообеспечения указанного региона.
Б. Применение унифицированных конструктивных и технологических решений как при создании МГЭС в целом, так и отдельных ее элементов.
Таким образом для решения задачи А необходимо:
1. Из всего гидроэнергетического потенциала определенного региона необходимо выделить ту его часть, использование которой экономически наиболее выгодно. Это так называемый «экономический гидроэнергетический потенциал региона». Основными факторами, влияющими на экономический потенциал, приняты следующие показатели:
- уровень развития экономики региона;
- уровни и режимы энергопотребления;
- структура всех мощностей потребления в балансе энергетической системы региона;
- прогнозное изменение величины тарифной ставки за 1 кВт/час.
Важным фактором, влияющим на величину экономического потенциала, является использование гидроэнергетического потенциала уже зарегулированных водотоков: при водохранилищах неэнергетического назначения (для орошения, водоснабжения и др.), на участках сосредоточенных перепадов, на каналах, трактах переброски стоков, при сооружениях в системах водопровода, очистных сооружениях и системах охлаждения энергоблоков ТЭЦ, на трассах промышленных водосбросов.
2. Все водотоки, составляющие экономический потенциал, необходимо систематизировать и выделить среди них малые в зависимости от напора и расхода.
3. После систематизации водотоков и выделения малых водотоков в отдельную категорию следует сделать предварительный выбор створов для строительства малых ГЭС.
4. Анализ гидрологических характеристик створов с учетом данных о напорах в предполагаемом месте строительства ГЭС позволяет сделать предварительную оценку возможной установленной мощности МГЭС в данном створе, а также свести все многообразие возможных вариантов МГЭС с различными типами турбин к возможно минимальному их количеству.
Необходимо отметить при этом, что для более полного использования экономического потенциала региона возможно применение на МГЭС турбин различных типоразмеров, т.е. в зависимости от характеристик водотока на МГЭС могут быть установлены турбины с быстроходностью, отличающейся от применяемой традиционно на таких напорах.
Для решения задачи Б необходимо учитывать целый ряд обстоятельств, позволяющих повысить экономическую эффективность строительства:
- проектирование конкретных объектов должно вестись на основе унифицированных проектно-конструкторских решений,
- при проектировании необходимо использовать унифицированные технологические процессы строительства малых ГЭС.
- проектирование и производство оборудования МГЭС должно строиться по модульному принципу и состоять из унифицированных блоков и агрегатов.
В связи с тем, что стоимость оборудования для малых ГЭС может достигать половины и даже более от общих затрат на строительство, необходимо при разработке энергетического оборудования провести следующие работы:
1. По унификации и стандартизации оборудования;
2. По созданию полностью автоматизированного оборудования, исключающего присутствие на ГЭС дежурного персонала;
3. По использованию оборудования упрощенной конструкции и повышенной надёжности с применением современных материалов;
4. По выбору проточной части, обеспечивающей наибольшее упрощение и удешевление строительных конструкций без существенного снижения энергетических параметров;
5. По обеспечению положительной высоты отсасывания, позволяющей сократить объём подводной части здания ГЭС, а также удешевить и упростить производство работ;
6. По использованию турбин, в основном, одинарного регулирования;
7. По сборке оборудования, производить на заводе-изготовителе для снижения сроков и стоимости монтажа на месте;
8. По применению серийных генераторов и мультипликаторов;
9. По применению унифицированных систем регулирования (систему регулирования гидроагрегатом необходимо привязывать к автоматике ГЭС);
10. По использованию современных технологий для повышения надежности в эксплуатации, снижения затрат на техническое содержание и уход, увеличение срока службы.

На основании разработанных проектов гидроагрегатов задача разработки унифицированных агрегатных блоков для заданных диапазонов напора и расходов гидротурбин для малых ГЭС может быть решена относительно просто, так как габариты указанных блоков можно определить исходя из условий размещения основного и вспомогательного оборудования. Подвод воды по турбинным водоводам и ее отвод по открытому отводящему каналу позволяют в едином ключе для всех малых ГЭС решить конструктивно условие примыкания последних к зданию ГЭС.
Анализ параметров малых ГЭС, намечаемых к строительству, позволит свести все многообразие возможных вариантов ГЭС с различными типами гидроагрегатов к 2-3 типам.
Анализ собранной информации позволяет сделать следующие выводы:
1. По данным характеристик водотоков необходимо возведение МГЭС следующих категорий:
а) Безнапорные и малонапорные ГЭС, Н=0-5 м, на которых в зависимости от местных условий устанавливаются русловые или осевые гидроагрегаты.
б) Низконапорные ГЭС, Н=5-15 м, на которых устанавливаются осевые вертикальные и горизонтальные агрегаты.
2. Для уменьшения количества типоразмеров оборудования с целью обеспечения серийного его изготовления, а также применения типовых строительных конструкций, состоящих из унифицированных блоков, необходимо для будущих МГЭС систематизировать и подобрать оборудование по расходным и напорным характеристикам внутри каждой категории МГЭС.
Это значительно уменьшит количество типоразмеров оборудования, что повысит как эффективность производства турбин, за счет снижения затрат на их освоение, так и эффективность строительных работ.
3. Исходя из сказанного, целесообразно иметь 2-4 типоразмера гидроагрегатов, характеристики которых для выбора оптимального варианта перекрывались бы в переходных по напорам зонах. При этом для упрощения конфигурации и уменьшения строительных работ в подводной части агрегата, необходимо обеспечить положительную высоту Н расположения гидроагрегата с реактивными турбинами.
4. Агрегаты МГЭС следует по возможности комплектовать серийными асинхронными генераторами или двигателями в качестве генераторов, а случае необходимости, серийными повышающими передачами - мультипликаторами. В ряде случаев могут быть использованы серийные синхронные генераторы.
Исходя из вышесказанного и, учитывая неразрывность решения всего комплекса задач, с целью уменьшения затрат при создании МГЭС предлагается следующий алгоритм решения по вышеуказанной тематике:
І. Выполнение изыскательских и предпроектных работ с разработкой ТЭО
на строительство малых ГЭС:
1. Обследование энергетических потребителей
2. Характер и графики электрических нагрузок.
3. Характер и графики тепловых нагрузок.
4. Обследование гидроресурсов
5. Изыскательские работы в выбранных створах.
6. Обследование схемы электро и теплоснабжения
7. Расчет гидротехнических ресурсов водотоков
8. Выбор вариантов малых ГЭС (МГЭС).
9. Выбор схемы подключения МГЭС к существующим электросетям.
10. Расчет технико-экономических показателей строительства МГЭС.
11. Формирование технических заданий на проектирование МГЭС и энергетического оборудования.
12. Определение перечня работ для безопасной работы объектов.

Стоимость выполнения данных работ – 2 млн. рублей.
Сроки выполнения работ – 80-90 дней с момента начала финансирования.

После выполнения технико-экономического обоснования предлагается провести следующие работы:
ІІ. На базе Технико-экономического обоснования решить следующие вопросы:
а) определить общую стоимость всей программы и сроки реализации;
б) выбрать очередность строительства и финансирования объектов (сроки, суммы, условия оплаты);
в) определить пути технико-экономической реализации поставленных задач;
г) провести выбор типоразмеров агрегатных блоков и строительных модулей;
д) осуществить проектирование агрегатных блоков;
е) осуществить проектирование строительных модулей;
ж) осуществить проектирование турбин, генераторов, системы автоматического управления (САУ);
з) изготовить необходимые турбины, генераторы, САУ;
и) изготовить необходимые строительные модули;
провести работы по строительству и монтажу МГЭС на месте;
к) провести пуско-наладочные работы;
л) осуществить пуск объектов в эксплуатацию.

Невозможно при обзоре альтернативных источников энергии обойти генераторы
Грицкевича. (http://napolskih.com/modules/newbb_plus/viewtopic.php?topic_id=405)

Олег Вячеславович Грицкевич родился во Владивостоке в 1947 году, окончил Дальневосточный политехнический институт, работал в системе энергоавтоматики Прибайкалья, в Дальневосточном отделении РАН.
В конце 1999 года восемь владивостокских ученых вместе с семьями навсегда переехали в Америку. Конструкторское бюро под руководством Олега Грицкевича увезло из России не только свои умы, но и уникальные изобретения.

Суть их разработок - создание принципиально нового энергетического генератора. Как отметил в беседе с корреспондентом "Сегодня" автор идеи и конструктор первой установки Олег Грицкевич, он просто предложил способ получения энергии, основанный на известных физических принципах, но использующий уникальные конструктивные решения. Подробностей изобретатель избегает. "Старика Вольта вывернуло не в ту сторону, и все пошло наперекосяк: кучи железа, - смеется он. - А про электростатику забыли. Хотя первые опыты с электростатикой проводили еще в Древней Греции. А нам удалось за 20 лет научиться пользоваться этой энергией".
То, что говорит Грицкевич, звучит неожиданно: "Благодаря этой установке мы получаем доступ к неиссякаемому источнику энергии. Генератор достаточно компактен и может поместиться в каждом автомобиле, самолете, доме, заводе, даже в контейнере. Он безмеханический, там нет ни одного насоса. Он не требует обслуживания и работает беспрерывно в течение 25-30 лет, а с применением новейших материалов и все 50. При этом мощность средней установки достаточно велика". Да и стоит гидромагнитное динамо дешево, а следовательно, стоимость вырабатываемой им энергии в 40 раз меньше, чем на атомной электростанции, в 20 раз - чем на тепловой, и даже в 4 раза дешевле дармовой энергии ветряков. Постройка гидромагнитного динамо обходится в 500 долларов за киловатт. При всей уникальности описания эта установка вполне материальна.

Сама идея была запатентована еще в 1988 году в Госкомиссии СССР по делам изобретений и открытий как "Способ генерации и реализующий его электростатический плазмогенератор ОГРИ". Первый опытный образец работал более пяти лет в горах Армении, снабжая электричеством полевой научный лагерь. Наконец, гидромагнитное динамо Грицкевича получило не только свидетельство Роспатента, но и одобрение российских научных кругов вплоть до Высшего инновационного совета.

По словам изобретателя, ни копейки госсредств потрачено не было, все делалось за собственный счет и с подачи и благословения академика Виктора Ильичева. "Работали не покладая рук, - говорит Грицкевич. - На первую установку деньги дал один богатый армянин, открыл ящик с деньгами и сказал, мол, берите сколько надо. Мы попросили 500 тысяч рублей "павловскими". Потом не хватило, пришлось еще сброситься". В 1991 году Грицкевич выступил на Высшем инновационном совете. Заключение совета - положительное. "В 1994 году меня принял Олег Сосковец, - продолжает Грицкевич. - Но при этом сказал: "Идея блестящая, но денег на ее реализацию в бюджете нет". Я получал ответы и от Путина, и от Степашина. Скорее от их секретариатов. Ответы однотипные - это прекрасно, если деньги изыщите. Признание мировой науки появилось не сразу. Схожими проблемами в США занимается Институт альтернативной энергии. Они проводили аналогичные опыты, но их генератор получался радиоактивным. У Грицкевича экологически все стерильно. Максимум, что с ней может произойти, - закипит и взорвется".

На американцев Грицкевич вышел не сам. В прошлом году его конструкторское бюро разместило информацию об установке в Интернете. Пошли отклики со всего света, даже от Далай-Ламы, который назначил премию в миллион долларов тому, кто первый получит выход к свободной энергии. "А затем мне позвонили из американского генконсульства во Владивостоке, - продолжает рассказ Грицкевич, - и пригласили на Всемирный конгресс новых энергетик в Солт-Лейк-Сити в августе этого года. Наутро за два часа оформили все документы. Резвость объяснили тем, что имеют указание о содействии из Госдепартамента США".
С конгресса Олег Грицкевич вернулся не столько окрыленный признанием коллег, сколько ошарашенный предложением американцев перебираться в Штаты всем бюро и продолжать свои исследования (а также организовать серийное производство динамо) на базе конструкторского бюро в Сан-Диего, корпус которого военные предложили ему в пользование. Отъезду предшествовали месяцы раздумий и переговоров - и невостребованное изобретение вместе с создателями покинуло Владивосток и Россию. Там они уже приступили к организации научного процесса на благо американского народа.

Глобальная энергия» – ловушка для идей!

Не секрет, что в недалекой перспективе новый мировой энергетический и экономический баланс будет определяться не нефтегазовыми монополиями, а теми, кто владеет принципиально новыми источниками энергии. Причем, этот процесс неизбежен. Самое главное сейчас, кто начнет и будет первым. Кто решится на это, тот и получит соответствующе возможности - экономические и политические.

11 ноября 2002г. в Брюсселе на итоговой пресс-конференции после завершения саммита глав государств России и Евросоюза В.В. Путин объявил о создании международной научной награды "Глобальная энергия".

Считается, что её учреждение - хорошая возможность мотивировать ученых и талантливую молодежь всего мира на выдающиеся достижения в области энергии и энергетики.

Интересно, что знает Президент о реальных российских разработках новых источников энергии, которые уже доказали свою эффективность и могли стать причиной краха крупнейших энергетических компаний страны - ОАО "Газпром", РАО "ЕЭС России" и НК "ЮКОС", при поддержке которых учреждена указанная награда?

Как понимать ситуацию? Или эти компании, инициировавшие создание премии, хотят прибрать к рукам передовые разработки и в скором будущем перевести свой энергетический контроль на новые источники энергии (газ и нефть кончаются, и они это прекрасно понимают) или наоборот - не хотят допустить распространения новых видов энергии пока всю нефть не выкачают?

Почему ранее не оказывалась государственная помощь таким разработчикам, как, к примеру, Олег Грицкевич, который со своим уникальным изобретением в 1999 году был вынужден уехать в США? Идея О. Грицкевича была запатентована еще в 1988 году в Госкомиссии СССР по делам изобретений и открытий как "Способ генерации и реализующий его электростатический плазмогенератор ОГРИ".

Первый опытный образец успешно работал более пяти лет в горах Армении, снабжая электричеством полевой научный лагерь. Гидромагнитное динамо Грицкевича получило не только свидетельство Роспатента, но и одобрение российских научных кругов вплоть до Высшего инновационного совета.

Его изобретение принимали на самом высоком уровне с восторгом... и возмущением. "Ты нам поломаешь всю нефтегазовую политику! Куда мы денем армады энергетиков?" - эта очень показательна фраза бала брошена Грицкевичу одним из участников симпозиума, проходившего в 1991 году в Атоммаше.

Ситуация вокруг премии действительно неоднозначная, этому недавно поступило подтверждение из информированных источников:

«При Президенте РФ создана специальная аналитическая группа, в задачи которой входит поиск и анализ информации о реальных разработках в сфере перспективных источников энергии и ресурсосберегающих технологий.

Что примечательно, кроме представителей Академии наук РФ в эту закрытую группу по инициативе спецслужб вошли два экстрасенса суперкласса (мужчина и женщина), использующие нетрадиционные методы получения информации. Именно они дают основное заключение о перспективности той или иной идеи.

Цель всей затеи – создать контролируемую ситуацию внедрения инноваций.

Подразумевается, что в итоге на рынок будут дозировано допускаться только те технологии, которые на каждом конкретном этапе не станут угрожать благополучию крупнейших энергетических компаний и всей инфраструктуре традиционной энергетики.»

Известный российский ученый, академик Евгений Велихов считает:

"... Появление международной энергетической премии, не имеющей на сегодняшний день аналогов ни в одной стране мира, - это попытка научного сообщества показать всей планете свою прямую заинтересованность в совершенствовании топливно-энергетического комплекса".

Или академик наивно заблуждается, или просто не хочет видеть, что это не «попытка научного сообщества» - показать.., а проснувшееся желание монстров традиционного топливно-энергетического комплекса - взять...

С учетом примеров недавнего равнодушия к новым технологиям со стороны Правительства России и фактов препятствования их распространению силами нефтегазовых монополий, многое становится понятным.

Мы являемся свидетелями реальных шагов по контролю над процессом преобразования мировой экономики и перераспределения ее ресурсов.

В России еще остались изобретения подобные генератору О.Грицкевича, а на выходе ожидаются новые, но какая судьба постигнет их и их авторов?

Об этом, наверное, надо трижды подумать прежде, чем попытаться стать номинантом «Глобальной энергии»?!

Конечно, изобретателя в РФ нет, но остались его патенты http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6697.html , которые можно найти провести соответствующие НИОКР и довести идею до внедрения. И можно найти самого О.В. Грицкевича. По последним данным он наладил промышленный выпуск своих генераторов в Южной Корее и Болгарии.
В условиях энергетического кризиса, при постоянной нехватке нефти и газа и повышении цен на них, в условиях глобального потепления, альтернативная энергетика помогает решить сразу 2 задачи. 1-экономит углеводороды для химического производства, где их использовать намного выгоднее. 2-не повышает температуру окружающей среды, а понижает её. Конечно, при существующем тренде постоянного повышения энергопотребления и переходе человечества полностью на такие источники энергии, может возникнуть эффект охлаждения земли, но такая перспектива никак не может быть близкой, и уже в описанных устройствах есть такие, которые могут в принципе качать энергию из космоса, где она неисчерпаема.

Под малой гидроэнергетикой понимают производство электроэнергии при помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках. Как правило, создание гидроэлектростанции (ГЭС) требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми (МГЭС) - общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м. В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. МГЭС могут работать на зарегулированном стоке или без подпора на естественном стоке. Для МГЭС используют также холостые сбросы через плотины крупных гидроузлов и шлюзов, перепады уровней больших масс воды на промышленных предприятиях, сбросы воды горно-обогатительных комбинатов, ТЭЦ, ГРЭС, АЭС и т. д. МГЭС строятся также на ирригационных каналах.

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и микро-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Проблемой малых ГЭС является их уязвимость с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения. Решением проблемы является создание резервных генерирующих мощностей - ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной, фотоэлектрической установки и т.д.

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики - разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии, когда в зимний и летний периоды в силу снижения расхода на водотоке мощность МГЭС значительно уменьшается.

Факторами, тормозящими развитие малой гидроэнергетики в России, являются:

• отсутствие информации у потенциальных пользователей о преимуществах применения МГЭС;
• слабая изученность гидрологического режима малых водотоков;
• отсутствие научно обоснованных методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность;
• низкая производственная и ремонтная база предприятий, производящих оборудование для МГЭС;
• отсутствие серийного оборудования для массового строительства МГЭС.

Малые ГЭС

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода. Этими колесами приводились в движение мельничные жернова и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины энергия воды была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки. В первой половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС).

Малые и микро-ГЭС – объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном, из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, изза возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств. Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой ГЭС. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 30 МВт. Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны.

Особенности малых ГЭС

В последние годы широко распространена практика установки малых гидроэлектростанций. Электростанция подобного типа представляет собой установку, все виды оборудования которого являются гидроэлектрическими устройствами. В зависимости от мощностей установок, они градуируются на мини-ГЭС с мощностью, не превышающей 10 МВт, микроГЭС с мощностью, не превышающей 0,1 МВт, и малые гидроэлектростанции с мощностью от 10 до 30 МВт. Схема устройства гидроэлектростанции приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема устройства гидроэлектростанции: 1 – водохранилище; 2 – затвор; 3 – трансформаторная подстанция с распределительным устройством; 4 – гидрогенератор; 5 – гидравлическая турбина

Гидроагрегат малой гидроэлектростанции состоит из энергоблока, водозаборной установки и элементов управления. По виду гидроресурсов, которые используются при работе малых ГЭС, их можно подразделить на:

• станции руслового или приплотинного типа, имеющие небольшие по объёму водохранилища;
• мини-станции стационарного характера, в работе которых используется энергия свободного потока рек;
• гидроэлектростанции, работающие с использованием энергии существующих перепадов уровня воды.

Турбины для гидроагрегатов малых гидроэлектростанций существуют:

• осевого типа;
• радиально-осевого исполнения;
• ковшовой конструкции;
• с поворотно-лопастными устройствами.

Турбины применяют в зависимости от напора воды, используемого гидроэлектростанцией. Так, турбины ковшового и радиально-осевого действия разработаны и применяются для высоконапорных мини-станций. Турбины с поворотно-лопастными и радиально-осевыми устройствами применяют на средненапорных ГЭС. На низконапорных станциях малой мощности устанавливают турбины поворотно-лопастного действия.

Принцип действия всех видов турбин одинаков, под напором поступающей на лопасти воды, они осуществляют вращательные движения. Мощность всех гидроэлектрических мини-станций зависит от напора воды и её расхода, от КПД установленных генераторов и турбин.

Выбирая ГЭС малой мощности необходимо учитывать, что всё оборудование должно быть адаптировано для конкретных условий, соответствовать нуждам и назначению объекта и отвечать определённым аспектам. Всё оборудование должно быть оснащено автоматическими системами управления и контроля работы с возможностью перехода на ручное управление в случаях аварийных ситуаций и внезапного отключения электроэнергии. Малые ГЭС должны быть оборудованы надёжными системами защиты и безопасности.

Преимущества и недостатки малых ГЭС

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро- и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, так и в составе электросети. Объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики, по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе, можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40–50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.

У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии.

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствует централизованное электроснабжение. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные регионы электричеством. Энергия, вырабатываемая малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями. При этом снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергоснабжения.

Регионы развития и технологические ограничения

Малая гидроэнергетика является одним из наиболее понятных для инвесторов направлений развития возобновляемых источников энергии. Развитие малой гидроэнергетики сейчас перспективно в районах с высокой плотностью гидроэнергетических ресурсов, особенно в регионах отсутствия централизованного электроснабжения и дефицита мощностей (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Гидроэнергетические ресурсы регионов Российской Федерации

Наиболее перспективными регионами Российской Федерации для развития малой гидроэнергетики являются Республики Северного Кавказа: Дагестан, Чечня, Ингушетия, Карачаево-Черкессия, Кабардино-Балкария, Северная Осетия, Адыгея, а также Ставропольский и Краснодарский край, Карелия, Мурманская область, Южная Сибирь, Прибайкалье и регионы Дальнего Востока.

Гидроэнергетический потенциал России и его использование

Гидроэнергетический потенциал, подобно другим природным ресурсам, оценивается по нескольким категориям для отражения природнофизических, технических и социально-экономических аспектов. Определяются три категории оценки:

• валовой гидроэнергетический потенциал, т.е. полный запас энергии, которые несут реки;
• технический гидроэнергетический потенциал - часть валового, освоение которой в принципе осуществимо с помощью известных технических средств;
• экономический гидроэнергетический потенциал - часть технического, освоение которой представляется экономически эффективным, целесообразным.

Валовой потенциал (теоретические или потенциальные гидроэнергетические ресурсы) определяется по формуле

где Э - энергия, кВт ·ч; Q i - средний годовой расход реки на i -м рассматриваемом участке, м 3 /с; H i - падение уровня реки на этом участке, м; n - число участков; 8760 - число часов в году.

Он подсчитываются в предположении, что весь сток будет использован для выработки электроэнергии без потерь при преобразовании гидравлической энергии в электрическую.

Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35000 млрд кВт·ч в год, потенциальные ресурсы России составляют 2896 млрд кВт·ч.

Технические гидроэнергетические ресурсы всегда меньше теоретических, так как они учитывают потери:

• гидравлических напоров в водоводах, бьефах, на неиспользуемых участках водотоков;
• расходов воды на испарение из водохранилищ, фильтрацию, холостые сбросы и т.п.;
• энергии в различном гидроэнергетическом оборудовании.

Технические ресурсы характеризуют возможность получения энергии на современном этапе.

Технические гидроэнергетические ресурсы России составляют 1670 млрд кВт·ч в год, в том числе по МГЭС - 382 млрд кВт·ч в год.

Выработка электроэнергии на действующих ГЭС России в 2002 г. составила 170,4 млрд кВт·ч, в том числе на МГЭС - 2,2 млрд кВт·ч.

Экономические гидроэнергетические ресурсы существенно зависят от прогресса в энергетике, удаленности ГЭС от места подключения к энергосистеме, обеспеченности рассматриваемого региона другими энергетическими ресурсами, их стоимостью, качеством и т.п.

В табл.4.1 приведены значения экономически эффективного гидроэнергетического потенциала России.

Таблица 4.1 Экономически эффективный гидроэнергетический потенциал России, ТВт·с/год

В 2003 г. на МГЭС России было выработано около 2,5 млрд кВт·ч электроэнергии, что составило менее 0,3% от общей выработки электроэнергии в России. Для сравнения, на конец 1980-х гг., малыми ГЭС США и Китая соответственно вырабатывалось 28 и 11 млрд кВт·ч электроэнергии.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Примерно 17% общего гидроэнергетического потенциала страны приходится на малые реки. Полный энергетический потенциал этих рек оценивается в 360 млн т у.т. в год, из которого технический - 125 млн т у.т. (35%), экономический - 65 млн т у.т. (18%). Он может быть реализован путем строительства малых ГЭС.

Около 40% гидроэнергетического потенциала рек Северного Кавказа приходится на Дагестан, что в общем энергетическом потенциале составляет 50,8 млрд кВт·ч в год. До 1990-х гг. экономически целесообразный потенциал рек Дагестана оценивался в 16 млрд кВт·ч. Из них 12 млрд кВт·ч предполагалось освоить большими и средними ГЭС, а 4 млрд кВт·ч - малыми ГЭС. В настоящее время идет переоценка экономически целесообразного потенциала рек Дагестана, в сторону его увеличения, в том числе и доли, приходящейся на малые ГЭС.

На 1940–1950-е гг. пришелся пик строительства МГЭС, когда ежегодно в эксплуатацию вводились до 1000 объектов. По разным оценкам к 1955 г. на территории Европейской части России насчитывалось от 4000 до 5000 МГЭС. А общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6500 единиц.

В начале 1950-х гг., в связи с переходом к строительству крупных энергетических объектов и присоединением сельских потребителей к централизованному электроснабжению, это направление энергетики утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. Прекратилось проектирование, строительство, изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики.

К моменту распада СССР в 1990 г. действовавших МГЭС оставалось всего 55. Согласно данным разных источников, в настоящее время по всей России действуют от 70 до 350 МГЭС.

В последние годы доля вырабатываемой на гидростанциях электроэнергии в общем энергетическом балансе России снижается. В 1995 г. она составляла 21%, в 1996 г. - 18%, 1997 г. - 16%. Это связано как с устареванием и износом оборудования на гидроэнергетических гигантах прошлого, так и с увеличением в энергобалансе страны доли более удобного энергоресурса - природного газа.

По мнению экспертов, в ближайшем будущем выработка электроэнергии на гидростанциях будет увеличиваться. Это будет происходить преимущественно в регионах с децентрализованным электроснабжением за счет ввода в действие новых МГЭС, которые будут замещать устаревающие и неэкономичные дизельные электростанции.

Основное назначение МГЭС в ближайшие годы будет заключаться в замещении завозимого в удаленные регионы России органического топлива с целью снижения расходов федерального бюджета и повышения эффективности и энергетической безопасности энергодефицитных регионов.

В Дальневосточном регионе действуют более 3000 дизельных электростанций. Электроснабжение региона полностью зависит от стабильности поставок дизельного топлива. Из-за высокой стоимость дизельного топлива и его доставки возникла необходимость в его замещении другими энергоресурсами. Электроснабжение региона может быть оптимизировано за счет строительства МГЭС.

В последние годы разработаны схемы использования гидроресурсов и определены первоочередные объекты возможного строительства с учетом нужд потребителей. На Камчатском полуострове планируется строительство 20 МГЭС. В первую очередь намечено ввести в эксплуатацию шесть ГЭС общей установленной мощностью 50,2 МВт. Эти электростанции будут возводиться на реках, где не развито промысловое рыбоводство, или же они будут строиться без плотин. Во вторую очередь будут введены в строй еще 11 ГЭС общей мощностью 132,8 МВт. До 2015 г. завершится строительство еще трех ГЭС, суммарная мощность которых составит 300 МВт.

Северный Кавказ также относится к энергодефицитным регионам. В последние годы построены МГЭС в Адыгее (250 кВт), КабардиноБалкарии (1100 кВт), Краснодарском крае (2450 кВт).

По программе строительства малых ГЭС в Дагестане отобрано 20 наиболее перспективных проектов в бассейне р. Сулак с суммарной мощностью 46200 кВт, выработкой электроэнергии 274,4 млн кВт · ч и 12 наиболее перспективных МГЭС в Южном Дагестане с общей мощностью 11700 кВт, с суммарной среднегодовой выработкой электроэнергии 68 млн кВт·ч. Пущены в эксплуатацию Ахтинская МГЭС (1800 кВт), Агульская МГЭС (600 кВт), Аракульская МГЭС (1200 кВт), Амсарская МГЭС (1000 кВт), Курушская МГЭС (480 кВт), Бавтугайская МГЭС (600 кВт), Гунибская МГЭС (15000 кВт), Магинская МГЭС (1200 кВт), Шиназская МГЭС (1400 кВт).

Программа ОАО «ГидроОГК» по строительству и восстановлению МГЭС предусматривает ввод 300 МВт мощностей на малых гидростанциях к 2010 г. и 3000 МВт мощностей к 2020 г. (преимущественно на Северном Кавказе).

Расширение сети МГЭС позволит снабжать горные районы электроэнергией в полном объеме, что приведет к резкому улучшению социальных условий жизни горцев, расширению существующих и созданию новых производств (оросительных систем, цехов по выпуску строительных материалов, систем водоснабжения и водоотведения, агропромышленных комплексов и т.п.) и, соответственно, к созданию дополнительных рабочих мест. В конечном итоге снабжение электроэнергией горных районов на основе использования возобновляемой и экологически чистой гидравлической энергии будет способствовать возрождению и развитию отдаленных горных селений и закреплению на местах коренного населения.

Создание напора и основное оборудование ГЭС

Для создания напора на ГЭС могут использоваться следующие схемы:

• плотинная, при которой напор создается плотиной;
• деривационная, когда напор создается с помощью деривации (отведения, отклонения), выполняемой в виде канала, туннеля или трубопровода;
• комбинированная, в которой напор создается плотиной и деривацией.

Плотинная схема предусматривает создание подпора уровня водотока путем сооружения плотины. Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически накапливать запасы воды и более полно использовать энергию водотока.

В деривационной схеме отвод воды из естественного русла осуществляется по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный уклон. Уровень воды в конце такого водовода оказывается выше уровня воды в реке, и эта разность уровней является напором ГЭС. Чем больше уклон реки и длиннее деривация, тем больший напор может быть получен. Деривация может быть безнапорной - канал, лоток, безнапорный туннель или напорной - напорный туннель, трубопровод. В практике встречаются смешанные схемы ГЭС: плотинно-деривационные, в которых напор создается как плотиной, так и деривацией, и смешанные деривационные, в которых имеются и напорные и безнапорные водоводы.

Деривационные ГЭС сооружают на горных реках и предгорных участках, где имеются значительные уклоны. С помощью деривации могут быть получены напоры 1000 м и более.

Основным энергетическим оборудованием ГЭС являются гидротурбины и генераторы.

Гидравлическая турбина преобразует энергию движения воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса. В зависимости от принципа преобразования энергии гидротурбины разделяются на активные и реактивные.

Активные турбины используют кинетическую часть энергии потока (скоростной напор).

Реактивные турбины (рис.4.1) используют преимущественно потенциальную энергию потока (энергия давления).

Рис. 4.1. Реактивная осевая турбина

На ГЭС турбина и генератор связаны общим валом. Частоты их вращения зависят от числа пар полюсов ротора генератора и частоты переменного тока, которая должна соответствовать стандартной. Чтобы получить скорости агрегатов, близкие к оптимальным, при больших напорах используют турбины с малыми значениями коэффициента быстроходности, а при больших напорах - с большими значениями этого коэффициента.

Объединение «ИНСЭТ» (г. Санкт-Петербург) выпускает гидроагрегаты для МГЭС единичной мощностью до 5000 кВт и для микро-ГЭС мощностью от 3 до 100 кВт. Гидроагрегаты предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками и выпускаются с пропеллерными, радиально-осевыми и ковшовыми турбинами. В комплект поставки входят, как правило, турбина, генератор и система автоматического управления гидроагрегатом.

АО «Тяжмаш» (г. Сызрань) поставляет гидротурбины мощностью 15000 для МГЭС, а также производит ремонт и восстановление отдельных узлов, монтаж и наладку оборудования.

Гидроэнергетическое оборудование для МГЭС разрабатывает НПО «РАНД» (г. Санкт-Петербург). Созданы гидротурбины, позволяющие эффективно использовать низкие напоры. Мощность таких установок составляет от 6–20 до 2500 кВт.

В последние годы разработаны погружные свободнопроточные гидротурбины, использующие для получения мощности скорость течения воды в водотоках и не требующие возведения плотин. Для размещения погружных гидротурбин можно использовать водотоки, имеющие достаточную ширину и глубину, а также скорость течения воды порядка 3 м/с.

Переносные погружные гидротурбины могут найти широкое применение при необходимости в быстром получении электроэнергии с минимальными временными и финансовыми затратами.

Микро-ГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования (рис.4.2).

Рис. 4.2. Микро-ГЭС

Микро-ГЭС отличаются простотой. Они надежны, экологичны, компактны, быстро окупаемы. В первую очередь микро-ГЭС востребованы как источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств; мельниц, небольших производств в отдаленных, горных и труднодоступных районах, где нет поблизости линий электропередач (а строить такие линии сейчас и дольше, и дороже, чем приобрести и установить микро-ГЭС).

Большое число микро-ГЭС может быть построено на гидроузлах водоснабжения и ирригации. В системах водоснабжения на участках трассы с большой разницей отметок поверхности вместо различного рода гасителей энергии (напора) 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.

Интересные конструктивные решения реализуют некоторые зарубежные фирмы. На рис.4.3 представлена конструкция надувной водосливной плотины, предлагаемой фирмой «Dyrhoff». Вместо традиционных для плотин материалов: бетона, стали и дерева фирма использует «пузырь» из армированной резины. Для создания напора плотину надувают воздухом или наполняют водой с давлением, на 20–30% большим напора (h).

Рис. 4.3. Надувная водосливная плотина

На бетонном основании «пузырь» удерживается с помощью анкеров. Компрессор или насос связаны со внутренней полостью плотины через трубопровод, расположенный в бетонном основании. Удобство такой конструкции заключается в том, что, при необходимости можно быстро и легко выпустить воздух из полости и «пузырь» опустится на дно, позволяя воде беспрепятственно проходить вниз по течению. Это свойство плотины наилучшим образом может быть использовано на реках с быстро нарастающими многоводными паводками для транзитного пропуска воды. Возможно применение этих плотин при сезонном пропуске рыбы и льда. Достоинствами этой плотины по данным фирмыпроизводителя является низкий уровень стоимости, простота работы и минимальные эксплуатационные расходы.

Рис. 4.4. Плотина с экраном Coanda

Другим, не менее интересным проектом является водозаборная плотина с экраном Coanda (рис.4.4). На сегодня более 40 водозаборов малых ГЭС в Европе оборудованы такими экранами. Эти экраны обладают свойством самоочищения и поэтому требуют незначительных эксплуатационных расходов. По существу, водозабор состоит из водосливной плотины, через гребень которой переливается вода и на низовой стороне которой располагается наклонная профилированная поверхность экрана, выполненного из коррозионностойкого материала. Через решетчатую структуру экрана вода проваливается вниз и попадает в трубопровод или канал, подающий воду на ГЭС. За счет специальной конфигурации прутьев решетки плавающий мусор, наносы и рыба скатываются по экрану вниз с некоторой частью воды. Экран Coanda способен устранить 90% частиц размером от 0,5 мм.

К ускоренному развитию малой гидроэнергетики могут подтолкнуть аварии, участившиеся в энергосистеме страны, поскольку гидроагрегаты могут быть источниками автономного питания. Другой фактор ускорения - экологические требования к вырабатываемой энергии, что стало еще более актуальным в связи с введением в действие Киотского протокола.

Сегодня малые ГЭС (микро-ГЭС) получили уже распространение во многих странах мира. Они характеризуются большой часовой наработкой, значительными конструктивными запасами и высокой надежностью, не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала. Экологические последствия от строительства и эксплуатации МГЭС минимальны. Малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу электроэнергии потребителю. МГЭС вырабатывают дешевую электроэнергию, и срок их окупаемости не превышает 3–5 лет.

Энергия и мощность ГЭС

Мощность (кВт) на валу гидротурбины определяется как

где Q т - расход воды через гидротурбину м 3 /с; H - напор турбины с учетом потерь, м; η т - коэффициент полезного действия (КПД) турбины (η т = 0,93–0,96).

Электрическая мощность генератора

где η ген - КПД гидрогенератора, обычно равный 0,97.

Регулирование мощности агрегата производится изменением расхода воды, проходящей через гидротурбину. Мощность ГЭС в i -й момент времени равна

где Q г i , H г i , η г i - расход, напор и КПД ГЭС в i -й момент времени.

Выработка электроэнергии ГЭС (кВт · ч) за период времени T (ч) определяется по формуле

Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступившего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС.

Электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой ГЭС. Сумма всех потерь при передаче электроэнергии от ГЭС к потребителю оцениваются при помощи КПД системы передачи и преобразования η пер = 0,92–0,93.

Установленная мощность ГЭС N уст определяется как сумма номинальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развивать ГЭС.

Гидроаккумулирующие электростанции

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. За счет потребляемой энергии она перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Принципиальная схема ГАЭС

В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как ГЭС. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. В процессе работы ГАЭС за счет разности тарифов потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую в период пика нагрузки (ночью себестоимость электроэнергии ниже из-за небольшого спроса, а днем электроэнергии не хватает). Заполняя провалы нагрузки в энергосистеме, ГАЭС позволяет эксплуатировать тепловые и атомные электростанции в наиболее экономичном и безопасном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.

Таким образом, ГАЭС не вырабатывает энергию, а лишь перераспределяет ее во времени перекачкой воды из нижнего бассейна в верхний в ночное время и использования запасенной энергии в периоды максимальной нагрузки путем пропуска воды из верхнего бассейна в нижний через турбины ГАЭС.

Достоинством ГАЭС является малый объем требуемых удельных капиталовложений и численности обслуживающего персонала. Они не требуют наличия крупных рек, оказывают меньшее влияние на окружающую среду по сравнению с другими энергоисточниками, хорошо работают и широко используются в режиме синхронного компенсатора, вырабатывая реактивную мощность.

На ГАЭС используют преимущественно обратимые гидромашины, работающие как в насосном, так и в турбинном режиме, и реверсивные электромашины, работающие как генератор или электродвигатель. Обратимые гидромашины создают для напоров до 1000 м.

Эффективность ГАЭС в значительной степени зависит от величины используемого напора: чем он выше, тем эффективнее ГАЭС, что связано прежде всего с уменьшением емкости бассейнов. Так, удельные капиталовложения в ГАЭС при увеличении напора со 100 до 500 м снижаются на 20–25 %.

В промышленно развитых странах интенсивный ввод новых гидроэнергетических мощностей обеспечивается, как правило, строительством ГАЭС.

Загорская ГАЭС-1 является первой и пока единственной ГАЭС в России. ГАЭС-1 располагается в 100 км севернее Москвы на реке Кунья, подпитывающей нижний бассейн ГАЭС. При ее строительстве был использован природный перепад высот между верхним и нижним бассейнами, достигающий 100 м. С пуском последнего агрегата в 2000 г. ГАЭС-1 вышла на проектную мощность 1200 МВт. Для решения энергообеспечения Центрального региона России необходимо построить еще четыре аналогичные станции.

В отличие от ГЭС, ГАЭС использует для выработки электроэнергии воду в замкнутом цикле и наносят минимальный ущерб окружающей среде. Для восполнения потерь воды на испарение и просачивание в грунт осуществляется подпитка воды, циркулирующей между обоими бассейнами. Подпитка осуществляется из открытого источника и ее расход намного ниже циркуляционного расхода.

Малые ГЭС сооружались и успешно эксплуатировались в специфических северных условиях уже с конца XIX в. Начиная с 1940-х гг в России широко практиковалось сооружение малых и мини-ГЭС (МГЭС). Отсутствие достаточных генерирующих мощностей в централизованных энергосистемах, а также высокая стоимость присоединения к ним делали вариант строительства и эксплуатации МГЭС вполне рентабельным. Они в основном и работали как независимые энергопроизводители, изолированно от крупных энергосистем. К 1959 г. число МГЭС составляло около 5 тыс., а суммарная их мощность достигла 482 МВт. В Красноярском крае в 1961 г в Северо-Енисейском районе на р. Енашимо вступила в строй Енашиминская ГЭС мощностью 5500 кВт.

Расширение строительства крупных электростанций одновременно с интенсивным сооружением линии электропередачи в 1960 – 1970 гг. сделало эксплуатацию мини-ГЭС невыгодной из-за отсутствия современных систем автоматического регулирования и контроля, а также недостатка квалифицированных специалистов.

В последнее время в стране возобновились работы по проектированию и строительству малых и микро ГЭС.

На территории России, даже в районах развитой ЭЭС, имеется значительное количество мелких изолированных потребителей, электроснабжение которых осуществляется от автономных источников. К этой категории относятся удаленные сельские населённые пункты, горнодобывающие прииски, поселения скотоводов, охотников и рыбаков, фермерские хозяйства, а также другие мелкие потребители, расположенные в труднодоступных и удаленных районах. Для этих районов целесообразно применение малых ГЭС.

Малые ГЭС могут быть реализованы в виде низконапорных и свободно-поточных станций. Минимальную стоимость изготовления, монтажа и эксплуатации имеют свободно-поточные микро ГЭС погружного и наплавного типа мощностью до 100 кВт. Погружные микро ГЭС круглогодичного действия удобны для небольших посёлков, фермерских хозяйств. Они могут использоваться автономно или параллельно с дизельными электростанциями. Наплавные установки могут применяться в летнее время в партии изыскателей, на пастбищах и т.п.

В условиях Сибири большое количество малых рек с необходимым запасом гидроресурсов позволяет достаточно экономично решить проблему электроснабжения маломощных потребителей.

Выбор оптимальной конструкции малой гидроэлектростанции является комплексной задачей, включающей в себя выбор расчётных параметров водотока и мощностей одного модуля, конструкции турбины и генератора, компоновки всей электростанции. Применение поплавковых микро-ГЭС обходится дешевле, сама конструкция существенно проще. Недостатком её является сезонность работы, требование отсутствия на реке лесосплава.

Микро ГЭС мощностью 16 кВт выпускается заводом «Тяжэлектромаш» г. Бишкек с 1988 года. Конструкторскую проработку станции, включая гидротурбину, осуществлял Проектно-конструкторский и технологический институт (ПКТИ) Водоавтоматика и метрология г. Бишкек.

Система стабилизации напряжения и частоты автобалластного типа разработана в Томске и доведена до серийного производства в результате совместных усилий ТПУ и ПКТИ «Водоавтоматика и метрология».

В Сибирском федеральном университете под руководством профессоров А. Л. Встовского и М. П. Головина разработаны эскизные проекты торцевых синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов, которые имеют частоту вращения от 75 об/мин до 1500 об/мин и позволяют примененять их в установках без мультипликатора (масса и габариты этих генераторов в сравнении с серийно выпускаемыми с учётом массы мультипликатора ниже на 35 – 40%, ниже будет и их стоимость в условиях отлаженного серийного производства). Определены скорость течения, глубина и ширина некоторых рек Сибири, на которых возможна установка наплавных свободно-поточных микро-ГЭС мощностью до 50 кВт в модуле.

Разработанная в СФУ конструкция микро ГЭС на базе торцевого генератора с приводом от ортогональной турбины позволила создать автономный источник энергоснабжения, по количественным и качественным показателям не имеющий аналогов в мировой практике. Конструкция автономной энергоустановки за счёт использования в ней предлагаемого генератора транспортабельна, имеет сравнительно небольшие габариты и массу, упрощённую схему монтажа и эксплуатации. При изготовлении генератора не требуется специализированного оборудования.