Концепция перехода к зеленой экономике многих стран предусматривает развитие гидроэнергетики, в качестве одного из альтернативных источников энергии.

Гидроэнергия представляет собой энергию, сосредоточенную в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используются энергия падающей воды [36].

Не вдаваясь подробно в историю, стоит отметить, что современная гидроэнергетика возникла в конце XIX века, когда появился электрический генератор, который совместно с гидротурбиной позволяют преобразовывать энергию водного потока в механическую энергию, а затем и в электрическую. Однако интенсивное развитие гидроэнергетика получила в XX веке. Так в 1940 году общая мощность ГЭС достигла 1537 МВт, с выработкой 5,1 млрд. кВт*ч, что составляло 10,6 % общего производства электроэнергии. С середины XX века развитие гидроэнергетики характеризуется широким строительством крупных ГЭС и увеличением использования гидроэнергии, что связано с необходимостью удовлетворения резко возросших потребностей в электроэнергии. Производство электроэнергии в мире с 1950 по 2000 г. увеличилось в 14 раз, достигнув 14100 млрд. кВт·ч, в том числе использование гидроэнергетических ресурсов увеличилось в 8 раз, достигнув 2650 млрд.кВт·ч., что составляет около 19% общего производства электроэнергии. Общее потребление водных ресурсов в мире в этот период увеличилось более чем в 5 раз, достигнув 6000 км³ [37].

Тенденцию развития мощностей гидроэлектростанций можно посмотреть на диаграмме рисунка 1. Доля гидроэнергетике составляет 46% от общей мощности возобновляемой энергетики – 1118,9448 ГВт из 2536,854 ГВт [44].

Рисунок 1 – Динамика мощностей гидроэлектростанций с 2010 по 2019 год (ГВт)

Высокий уровень использования гидроэнергетических ресурсов обусловлен рядом преимуществ ГЭС:

- возобновляемость гидроэнергии;

- низкая себестоимость производства электроэнергии (себестоимость электроэнергии, произведенной на ГЭС, в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС);

- легко контролируемая производительность ГЭС, которую возможно изменить с помощью скорости водяного потока (объем воды подводимый к турбинам);

- при работе ГЭС отсутствуют выбросы загрязняющих веществ (оксиды углерода, азота и серы, пыль и т.д.) в атмосферный воздух [38].

Однако наряду с положительными сторонами для крупных ГЭС характерны следующие недостатки:

- изменение среды обитания – большие резервуары, необходимые для работы ГЭС приводят к затоплению обширных земельных участков, расположенных выше по течению плотины; плотина нарушает нерестовый цикл рыб;

- разрушение плотин вызывает катастрофическое наводнение территории ниже по течению реки;

- установка плотин приводит к замедлению или остановке нормального течения реки, вследствие чего снижается уровень растворенного в воде кислорода, что в свою очередь вызывает гибель рыбы и водной растительности;

- высокая капиталоемкость и большие сроки строительства;

- существует риск значительного снижения производительности энергии в результате протяженной засухи.

Выше перечисленные недостатки являются с одной стороны основными сдерживающими факторами для развития гидроэнергетики на базе крупных ГЭС, а с другой стимулом для широкомасштабного строительства малых ГЭС [38].

Малые ГЭС обычно обладают всеми преимуществами крупных ГЭС, но при этом предоставляют возможность подавать энергию децентрализовано. Помимо этого малые ГЭС отличаются отсутствием значительного негативного влияния на окружающую среду.

Малая гидроэнергетика позволяет отдельным регионам использовать собственные ресурсы. На сегодняшний день в мире эксплуатируется несколько тысяч малых ГЭС. Согласно Европейской Ассоциации Малой Гидроэнергетики к малым ГЭС относятся станции с гидроэнергетическими установками малой мощностью до 10 МВт. Малые станции производят электроэнергию в тех случаях, когда уровень воды в реке достаточен для этого. Если малая ГЭС дополнена аккумуляторной системой, то существует возможность накопления полученной энергии, что помогает избежать перебоев в подаче электричества. Особый интерес малая гидроэнергетика представляет для развивающихся стран, поскольку не требует сложного и дорогостоящего оборудования [36].

Малая гидроэнергетика 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 (около 5 лет) [36].

Поэтому разумен курс на использование именно малых и микрогидроэлектростанций в связи с тем, что они:

• являются альтернативным, надежным и экологически чистым источником электрической энергии;
• просты в изготовлении;
• не загрязняют водоемы и окружающую среду;
• имеют максимально упрощенную конструкцию с минимальным числом регулирующих органов.
• полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации;
• требуют минимум затрат на установку и обслуживание в процессе 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 области, так и в составе этой электросети;
• полный ресурс работы станции – не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта).

По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разделить на следующие категории:

- новые русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

- станции, использующие скоростную энергию свободного течения рек;

- станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства – от судоходных сооружений до водоочистных комплексов.

Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии в контексте перехода к зеленой экономике [36].