The expluatation of microhydroelectric power plants as an alternative energy source in the Far East and Siberia: opportunities and prospects

Abstract: the article considers the economic effects of vortex mini hydroelectric power plants as an alternative source of electricity in the Far East and Siberia. The advantages and disadvantages of using such model are highlighted. The suggestions about the prospects for using this alternative resource are made.

Keywords: alternative resources, vortex hydroelectric power plants, peak loads, the Far East, hydropower potential, alternative energy source.

 

В условиях повсеместного перехода на eco-friendly технологии появляются новые возможности по поиску альтернативных ресурсов с акцентами на экологическую составляющую. Человечество ищет способы, как, продолжая свою деятельность в том же темпе, уменьшить пагубное воздействие на окружающую среду. Использование альтернативных источников энергии логично вписывается в это новое видение. Как известно, Россия обладает огромным водным потенциалом, который можно использовать для создания электроэнергии. Обилие естественных и искусственных водотоков позволят практически беспрепятственно использовать технологические возможности гидроэлектростанций малых размеров, которые требуют меньших по объему инвестиционных вложений по сравнению с постройкой полноразмерной ГЭС. Особенно важно это будет для удалённых регионов Дальнего Востока и Сибири, где требуется сравнительно много денежных средств для подключения небольших поселков к ЛЭП. Данный тезис подтверждается и в ряде аналитических исследований: например, согласно исследованию компании «МНТО ИНСЭТ» наибольшими возможностями для установки ГЭС малых размеров являются как раз Дальневосточный и Сибирский федеральные округа [1, 4].

       Принцип действия малой вихревой гидроэлектростанции напоминает устройство любой другой ГЭС. Турбина раскручивается вслед за движением воды, а генератор преобразует механическую энергию от движения лопастей в электрическую. При разработке такой турбины, помимо сравнительно небольших размеров, используется другая форма лопастей, которая не травмирует рыбу. Кроме того, данная модель имеет определенные экономические эффекты за счет особых технических характеристик, среди которых можно выделить следующие: минимальный и максимальный потоки воды для стабильной работы, минимальная скорость вращения, максимальная генерация энергии в год, номинальный поток воды, номинальный перепад высот, диаметр рабочего колеса, вес оборудования и другое [3]. Графически малая вихревая ГЭС показана на рисунке 1.

Рис. 1 Принцип действия малой вихревой ГЭС

Почему использование малых вихревых ГЭС в наши дни является один из самых доступных и оптимальных вариантов? Рассмотрим основные преимущества и недостатки [2].

Одной из главных проблем, на которую указывали исследователи при рассмотрении экологических последствий крупных плотин, является выброс химических веществ из водохранилища. Однако этого не произойдет при использовании микрогидроэлектростанции в оросительных каналах. Так, использование данного источника энергии, которое рассматривается для Сибири и Дальнего Востока, где протекает большое количество рек и каналов, является отличным вариантом для выработки электроэнергии без ущерба для окружающей среды. Обоснованием этого служит то, что станция будет находиться рядом с рекой. Согласно технологической модели, вода будет проходить только через обводной канал к турбине, но она будет направлена обратно в поток.

Еще одним преимуществом данного вида ГЭС является масштабируемость. По сути, в данном случае можно использовать основные эффекты изоквант из экономической теории производства, если за переменную равного выпуска использовать одинаковый объем энергии. Диаметр устанавливаемой конструкции начинается с 80 см и увеличивается в зависимости от требуемой мощности. В качестве масштабируемого решения одна турбулентная турбина может генерировать до 200 кВт, что примерно в 8 раз больше энергии, вырабатываемой солнечными батареями за счет непрерывности потока воды [5]. Кроме того, если понадобится больше энергии, можно решить и данную задачу. Например, пока река имеет достаточный поток и падает вниз по течению, есть возможность установить взаимосвязанную сеть турбин для выработки до нескольких мегаватт. Кроме того, турбина также может быть подключена к другим системам возобновляемой энергии, а также к локальной сети для создания гибридных электрических локальных сетей.

Основным недостатком микрогидроэлектростанций можно назвать необходимость определенных характеристик местности. То есть, для того чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами микрогидроэлектростанции, нужно убедиться, что она будет установлена на правильном участке. Некоторые из факторов, которые нужно будет принять во внимание, включают размер потока (в том числе, перепад высот и скорость потока), расстояние между микрогидроэлектростанцией и расположением каналов, а также баланс компонентов системы, трубопроводов, линий передачи, контроллеров, батарей и инвертора. Также, необходимо помнить, что микрогидроэлектростанция с большой вероятностью будет производить слишком много энергии для ограниченного круга лиц. К тому же стоит учитывать и пиковые нагрузки в работе создаваемой электросети. Потребление энергии в течение дня идёт неравномерно, что вызывает сложности при обслуживании мини ГЭС. Этот факт необходимо учитывать при проектировании сети. Тогда возникает вопрос: что делает с излишками этой энергии? Можно предложить два альтернативных варианта. Во-первых, энергию, которая не была использована, можно продавать сторонним фирмам для их личных целей. Во-вторых, неиспользуемую энергию целесообразно перенаправлять в аккумуляторы, которые можно будет использовать в экстренных ситуациях при отказе основной ГЭС.

Для внедрения и установки миниатюрной гидроэлектростанции необходимо пройти несколько этапов, которые зависят от конкретного кейса. Так как такая технология не распространена в России, вначале необходимо будет проводить исследование предметной области. После её тщательного анализа, учитывающей как особенности природного ландшафта, так и потребности жителей или организаций, для которых предназначена разворачиваемая мини ГЭС, идёт формирование проектной команды. Затем закупается оборудование и начинается непосредственно установка на реку. В среднем, по существующим оценкам, стоимость работ по строительству занимает около 20% от цены конструкции. Нельзя забывать и о последующей стадии сопровождения, когда оборудование обсуживается после установки [5].

В дальнейшем, если данная технология миниатюрных гидроэлектростанций для «частного» использования будет популярна у регионов Дальнего Востока и Сибири, может быть разработан программный продукт, позволяющий клиентам самостоятельно оценить возможность установки оборудования на определенной территории. В такое приложение может войти информация о картографических данных, перепадах высот на реке. Пользователь сможет проанализировать стоимость электроэнергии, срок окупаемости и необходимое время для внедрения ГЭС. В настоящее время разработкой таких решений занимаются следующие компании: МНТО ИНСЭТ, ECOTECO, FLYGT, Suneco Hydro Turbines, Turbulent и другие [2].

Таким образом, можно сделать вывод, что использование микрогидроэлектростанций для Сибири и Дальнего Востока является практичным и наименее затратным решением. Кроме того, применение такого альтернативного источника энергии позволяет при выполнении своих непосредственных функций сохранять окружающую среду, производя при этом достаточное, а иногда и избыточное количество энергии. Поэтому, по мнению авторов, микрогидроэлектростанции в долгосрочной перспективе представляют собой оптимальный вариант альтернативного источника электроэнергии для отдаленных районов нашей страны.

 

Список литературы

1. ИНСЭТ. 30 лет на рынке малой гидроэнергетики [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://inset.ru/ (Дата обращения: 06.02.20)

2. Разбор заданий отборочного по направлению «Технологическое предпринимательство» // Университет ИТМО [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=GE9EYeCpYdM&feature=youtu.be (Дата обращения: 04.02.21)

3. Развитие малой гидроэнергетики, как одно из направлений энергосберегающей политики России [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://www.hse.ru/data/2018/06/10/1149857883..pdf (Дата обращения: 31.01.21)

4. Состояние и проблемы малой гидроэнергетики России. Тенденции в развитии мини-ГЭС [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://www.hse.ru/data/2018/06/10/1149857960.pdf (Дата обращения: 31.01.21)

5. Eco-friendly hydropower for anyone, anywhere [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://www.turbulent.be/ (Дата обращения: 04.02.21)

 

Кулаков А.В.,

Ромайкин П.Д.

Научный Руководитель: Балынин И.В.

к.э.н, доцент Департамента общественных финансов Финансового факультета