Гидроэнергетика занимает важное место в энергобалансе России. В настоящее время около 20% (165 млрд. кВт·ч) электроэнергии страны производится на гидроэлектростанциях, общая установленная мощность которых составляет более 45 ГВт, а экономический потенциал гидроэнергии в России оценивается в 852 млрд. кВт ч.
В России использование водной энергии в промышленности началось в XVI веке. В качестве двигателей первыми нашли применение подливные водяные колеса. На протяжении столетий вырабатывалась и совершенствовалась техника овладения водной энергией.
В начале XX века в России уже действовало большое количество установок на реках, приводимых в действие водной энергией: водяных мельниц-крупорушек, разного рода механических приводов и, наконец, примитивных ГЭС. При составлении плана ГОЭЛРО были запланированы к строительству около 40 тысяч гидросиловых установок со средней мощностью 12 лошадиных сил.
В 1930-1940 годы, наряду со строительством крупных электростанций в период интенсивной электрификации страны, в целях подъёма народного хозяйства развернулось и строительство малых ГЭС. Из постановления Совета Труда и Обороны СССР от 09.07.1934 года «О строительстве мелких гидроэлектростанций» видно, насколько большое значение придавалось правительством строительству мелких гидроустановок. В это время резерв мощности возможных к использованию водноэнергетических ресурсов на мелких ГЭС определяется в размере 14 млн. кВт.
Более полно потенциальные ресурсы малых и средних рек и возможности их использования на малых ГЭС были рассмотрены в «Схемах использования местных энергетических ресурсов» для электрификации сельского хозяйства. Эти схемы были разработаны в период 1941-1951 годов на местах – в областях, краях и республиках СССР. По материалам этих схем Ленинградским филиалом института «ГипроСельЭлектро» в 1952 году были составлены «Сводные данные об использовании местных энергоресурсов». Эти материалы позволили оценить размеры гидроэнергетических ресурсов малых и средних рек Советского Союза, по которым возможная к использованию величина мощности исчислена в 12,8 млн. кВт. Эта величина для Европейской части страны составляла 4,7 млн. кВт с выработкой 21 млрд. кВт·ч.
В 1954 году этим же институтом, была составлена «Принципиальная схема электрификации сельского хозяйства СССР на 10-15 лет (1955-1965-1970 года)», в которой были освещены следующие вопросы:
- гидроэнергоресурсы малых и средних рек;
- современное использование малых гидроэлекростанций для электрификации сельского хозяйства;
- технико-экономические показатели сельских ГЭС по проектам 1950-1954 годов.
«Принципиальной схемой» выявлены наиболее экономичные ГЭС. В 1961 году в ТЭДе «Перспективы развития электрификации сельского хозяйства СССР на 1959-1980 годы» произведено уточнение численности перспективных малых ГЭС и рекомендовано довести их общую мощность до 2,5 млн. кВт.
Одновременно с разработкой проектной документации велось широкое строительство малых ГЭС, особенно в послевоенные годы. Если в 1945 году было 1093 МГЭС, то уже в 1950 году их стало 6073, т.е. за 5 лет было построено около 5000 таких гидроэлектростанций. Своего максимального значения количество малых ГЭС достигло в 1952 году – 6614 единиц.
Позднее, когда основным направлением электрификации сельского хозяйства стало централизованное электроснабжение путем присоединения к государственным электросетям, количество малых ГЭС стало уменьшаться вследствие вывода их из эксплуатации как нерентабельных. Однако их общая мощность после 1952 года продолжала расти и достигла максимальной величины 481,6 тыс. кВт в 1959 году. Двадцать лет спустя, в 1979 году, осталось всего 405 действующих МГЭС. Очевидно, что использование гидроэнергетических ресурсов было невелико по сравнению с возможным и существенно снизилось по сравнению с периодом 1945-1955 годов.
Начиная с шестидесятых годов, проектирование и строительство малых ГЭС практически было прекращено, а промышленность Советского Союза прекратила выпуск гидроагрегатов для малых ГЭС.
Одной из основных причин спада в строительстве малых ГЭС были значительные успехи в развитии большой электроэнергетики на базе крупных тепловых, гидравлических и атомных электростанций и электросетевого строительства.
В настоящее время, в России насчитывается около 300 малых ГЭС и 50 микроГЭС общей мощностью около 1,3 ГВт, которые производят ежегодно около 2,2 млрд. кВт·ч электроэнергии. Более 90% ранее построенных в нашей стране малых ГЭС списано. В основном списаны мелкие ГЭС мощностью 0,05-0,1 МВт, принадлежавшие колхозам и совхозам.
По состоянию на 01.01.2010 в системе Министерства Энергетики Российской Федерации находились в эксплуатации 242 малых ГЭС единичной мощностью менее 30 МВт при суммарной мощности 1250,3 МВт, из числа которых 185 малых ГЭС суммарной мощностью 411 МВт имеют единичную мощность менее 10 МВт. Малые ГЭС также числятся на балансе и в других министерствах и ведомствах Российской Федерации.
В середине 90 годов прошлого века по заданию Министерства Энергетики Российской Федерации проводилось обследование малых ГЭС разных ведомств, в том числе 219 действующих и законсервированных, 168 списанных. Обследование действующих малых ГЭС показало, что 50% из них эксплуатируются более 30 лет, 8% – более 50 лет. Из-за длительного срока службы оборудование устарело и изношено. Для поддержания его в рабочем состоянии требуется проведение капитального ремонта и технического перевооружения. Причём на 60 малых ГЭС замена оборудования должна быть проведена в ближайшие годы, иначе они могут выйти из строя.
Изучение ранее построенных малых ГЭС показывает, что возможны реконструкция и восстановление части из них, причем затраты будут существенно меньше, чем на новое строительство. С помощью заинтересованных местных организаций и при хорошо организованной работе могут быть выявлены и другие подлежащие восстановлению малые ГЭС, и это одно из первоочередных направлений работы по дальнейшему развитию малой гидроэнергетики в России.
В 1985 году институтом «Гидропроект» имени С. Я. Жука были проведены работы по определению потенциала малой гидроэнергетики. В основу расчетов была положена общая оценка потенциальных гидроэнергетических ресурсов, выполненная в 1967 году коллективом авторов под руководством А. Н. Вознесенского. Исчисление потенциальных гидроэнергетических ресурсов малых рек проводилось методом обобщённого учёта (методом «средней реки»), заключавшемся в том, что для каждого из районов, на которые была разделена при подсчётах территория страны, и для каждой группы рек по протяженности, выделялась река со средними для данной группы рек водосбором, стоком и уклоном. По этим параметрам «средней» реки определялась её потенциальная мощность, которая принималась за удельную для всего района.
Малые ГЭС проектируются в институтах: Гидропроект, Ленгидропроект, Мособлгидропроект, Красноярскгидропроект, НИИ ЭС, ВНИИГ им. Веденеева.
Компания «МНТО ИНСЭТ» около 20 лет специализируется на разработке, серийном производстве, комплектной поставке и монтаже микроГЭС мощностью от 3 до 100 кВт и гидроагрегатов для малых ГЭС единичной мощностью до 5000 кВт. Более 250 комплектов оборудования поставлены в различные регионы России, страны СНГ, а также в 12 стран дальнего зарубежья. В различные страны Европы, Азии и Латинской Америки за последнее время экспортировано более 50 гидроагрегатов для малых и микроГЭС.
В 2002 г. в Республике Алтай под руководством специалистов «МНТО ИНСЭТ» возведена и пущена в эксплуатацию гидростанция «Кайру» мощностью в 400 кВт. В следующем году в Кош-Агачском районе республики в рамках программы развития малой энергетики осуществлен пуск второй мини-ГЭС в поселке Джазатор на реке Тюнь. Мощность станции составила 630 кВт.
Одновременно специалисты «МНТО ИНСЭТ» работают над проектами строительства объектов малой энергетики в Бурятии, Читинской области, Тыве, Северной Осетии. В Республиках Тыва, Алтай и Бурятия на основе предварительного обследования потенциала малых рек в верховье бассейнов Енисея, Катуни, Чуй, Баргузина, Джнды, Моген-Бурена компанией «МНТО ИНСЭТ» разработаны «Концепции развития и схемы размещения объектов малой гидроэнергетики», которые предусматривают сооружение соответственно 18 и 35 гидроузлов суммарной установленной мощностью 132,5 МВт. В результате составлено 19 бизнес-планов и разработано 6 проектов малых ГЭС.
Благодаря тому, что все работы по сооружению систем энергоснабжения выполняются поэтапно, в комплексе – от обследования местности, проектирования, создания оборудования, его поставки на площадку и монтажа – капитальные затраты на строительство малых ГЭС снижаются на 12-15%.
ЗАО Гидроэнергопром (г. Санкт-Петербург) реализовал несколько проектов строительства малых ГЭС в России и Индии. Спроектирована МГЭС КАРАМ мощностью 400 кВт (напор около 4 м) на реке Киренга в Иркутской области (село Карам). В настоящее время строительство заморожено.
При строительстве низконапорных деривационных ГЭС необходимо выполнение большого объема земляных работ по строительству плотины, изменению русла реки или созданию деривационного канала (рукава), что существенно повышает стоимость объекта. Для таких ГЭС серийно могут производиться только энергоблоки. Все остальные работы по монтажу и созданию напора воды увеличивают общие капиталовложения примерно вдвое.
В настоящее время представляют интерес бесплотинные микроГЭС, оказывающие минимальное воздействие на природную среду. Разновидностью микроГЭС являются рукавные электростанции. Они состоят из водозаборника, напорного трубопровода и энергоблока и могут применяться на участках с относительно большим перепадом высот местности.
Другой разновидностью микроГЭС являются гирляндные свободно-поточные ГЭС, которые работают без специальных устройств для направления водного потока и без гидротехнических сооружений (плотин). Их мощность – от 0,5 до 30 кВт в зависимости от скорости воды в реке (1,2-3 м/с). Такие ГЭС оказывают минимальное воздействие на окружающую среду, они мобильны, практически не требуют земляных работ.
Бесплотинная ГЭС в комплекте с аккумулятором обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую. Обычно роторная установка выводится на стремнину, притапливается на придонную «лыжу» и тросами закрепляется с двух берегов. Опытно-промышленный образец такой ГЭС создан в Красноярском государственном техническом университете.