ПЕРСПЕКТИВИ МАЛОЇ ГІДРОЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ З АСИНХРОННИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ

Використання нетрадиційних джерел енергії на сьогодні є важливим напрямком розвитку енергетики України як з економічних, так і з політичних міркувань. З одного боку, рівень забезпеченості власними первинними енергоносіями не дозволяє говорити про енергетичну незалежність країні, а з іншого – Україна має великий гідропотенціал малих річок.

В Україні налічується понад 63 тис. малих рік і водотоків загальною довжиною 135,8 тис. км, але з них близько 60 тис. (95%) є дуже малими (довжиною меншою ніж 10 км). Більшість малих рік дов жиною меншою ніж 10 км мають площу водозбору від 20,1 до 500 кв. км. Найбільшою водоносністю відрізняються ріки Карпат, стік яких великою мірою залежить від висоти басейну. За даними Інституту відновлювальної енергетики НАН України загальний теоретичний гідроенергетичний потенціал малих рік України становить близько 12,5млрд кВт·год, що становить близько 28% загального гідропотенціалу всіх рік України. Ці дані підтверджено Інститутом “Харківгідропроект”, Інститутом “Укрсільенергопроект” і атласом водних ресурсів. Технічно досяжний потенціал становить 8,3 млрд кВт·год. На даний час в Україні 67 працюючих малих гідроелектростанцій (МГЕС) виробляють 320–420 млн. кВт·год електроенергії за рік, тобто використову ється 5% технічно досяжногопотенціалу малої гідроенергетики.

Важливість розбудови МГЕС характерна для більшості європейських країн, оскільки їх використання має низку переваг, порівняно з традиційною енергетикою:

· поновлювальність первинного енергоносія;

· мінімальний вплив на навколишнє середовище і зниження викидів в атмосферу шкідливих речовин;

· простота і надійність виробництва екологічно чистої електроенергії, її високе технологічне освоєння й накопичений досвід експлуатації;

· наближеність джерел енергії до споживачів, що підвищує надійність та якість електропостачання;

· маневреність в керуванні потужністю;

· менша залежність від природних умов, ніж для інших нетрадиційних джерел, що забезпечує більшу надійність процесу виробництва енергії.

Тому питанням їх проектування та експлуатації присвячено велику кількість робіт вчених України, Італії, Франції, Польщі та інших країн.

Але запропоновані шляхи та засоби ефективного відновлення та експлуатації малих ГЕС не є універсальними і вимагають уточнення та адаптації до реальних умов.

У 50–60 х роках минулого століття на теренах Радянського Союзу швидкими темпами розпочалася розбудова малих ГЕС, оскільки вони були головним джерелом електроенергії для аграрного сектору країни. Наприкінці 60 х років в Україні експлуатувалося близько 1000 малих гідростанцій. Далі, з розвитком традиційної енергетики та розбудови електричних систем ці станції стали непотрібними і лише незначна їх частка (близько 70 МГЕС) працює сьогодні. За сприятливих економічних умов на сьогодні можливо відновити близько 90 станцій та побудувати 800 нових, таким чином, збільшити вироблення електроенергії малими ГЕС в найближчі 5–10років приблизно до 4 млрд кВт·год на рік.

Але процес розбудови малої гідроенергетики гальмується низкою недосліджених в Україні технічних питань, що обмежують можливість реалізації ефективних проектних рішень. Разом з тим існує достатньо багатий досвід європейських країн, спираючись на який здійснюється відновлення малої гідроенергетики в Україні.

Важливим напрямком забезпечення ефективності відновлення та експлуатації МГЕС є обґрунтований підбір основного обладнання на стадії їх проектування.

Досвід показує, що для ГЕС з малими встановленими потужностями застосування асинхронних генераторів змінного струму має істотні переваги порівняно з синхронними:

· в ролі асинхронного генератора (АГ) для малої ГЕС можна використовувати серійні асинхронні двигуни без будь яких доробок, що знижує загальну вартість електричної частини станції;

· АГ не має колектора та ковзних контактів, що істотно підвищує його надійність. Так, ймовірність безвідмовної роботи для типових асинхронних двигунів серії АИ, становить 0,95 протягом 10 тис. год, або 0,9 — у межах 20тис. год, що зменшує щорічні видатки на ремонт і обслуговування електрообладнання малої ГЕС;

· АГ є стійким до зовнішніх коротких замикань і характеризується істотно меншою, порівняно з СГ, генерацією струмів до місця к.з.;

· АГ малої потужності має коефіцієнт гармонік напруги та струму на затискачах статорної обмотки менше 2–3%, на відміну від синхронного, для якого вказана величина може сягати 15%;

· ГЕС з АГ не потребує засобів регулювання швидкості обертання гідротурбіни, а також регулювання напруги на шинах;

· АГ не потребують виконання операції синхронізації, що підвищує маневреність ГЕС.

Недоліки:

· асинхронні генератори мають дещо менший, порівняно з СГ, коефіцієнт корисної дії;

· споживання реактивної потужності асинхронним генератором є причиною додаткових капітальних витрат на встановлення джерел компенсації реак тивного споживання.

Вказані переваги знайшли практичне підтвердження під час експлуатації ряду МГЕС з асинхронними генераторами – Вели ко Кужелівської, Звенигородської, Корсунь Шевченківської та інших.

Теоретичні дослідження та практичні розрахунки, проведені фахівцями ЗЕА “Новосвіт”, дозволили встановити, що:

· для блоків малих ГЕС з потужністю до 1,4 МВт і часом використання до 5000 год/рік доцільно використовувати асинхронні генератори;

· діапазон потужностей від 1,4 МВт до 3 МВт, в сучасних економічних умовах України, відпові дає рівноекономічному використанню АГ та СГ;

· для блоків з потужністю більше 3 МВт перевагу доцільно від давати СГ.

Для більшості МГЕС, що підлягають відновленню, одинична потужність генераторів, виходячи з можливих напорів та витрат води на малих річках України, не перевищує визначеної межі 1,4 МВт. Тобто використання асинхронних генераторів є технічно і економічно доцільним в сучасних умовах України.