Sorprende la variedad de opciones y la singularidad de las soluciones técnicas utilizadas en la construcción de centrales hidroeléctricas. De hecho, no es tan fácil encontrar dos estaciones idénticas. Pero todavía existe una clasificación de ellos, basada en ciertas características: criterios.
Método de crear presión.
Quizás el criterio más obvio sea método para crear presión:
- central hidroeléctrica de pasada (HPP);
- central hidroeléctrica de desvío;
- central eléctrica de almacenamiento por bombeo (PSPP);
- Central mareomotriz (TPP).
Existen diferencias características entre estos cuatro tipos principales de centrales hidroeléctricas. Central hidroeléctrica fluvial Está situado sobre un río, bloqueando su caudal con una presa para crear presión y un embalse. Central hidroeléctrica de derivación generalmente ubicado en ríos sinuosos de montaña, donde es posible conectar los brazos del río con un conducto para permitir que parte del flujo fluya por un camino más corto. En este caso, la presión es creada por el desnivel natural del terreno y el depósito puede estar completamente ausente. Central eléctrica de almacenamiento por bombeo Consta de dos piscinas ubicadas a diferentes niveles. Las piscinas están conectadas por conductos a través de los cuales el agua puede fluir hacia la piscina inferior desde la superior y ser bombeada de regreso. central mareomotriz Ubicado en una bahía bloqueada por una presa para crear un embalse. A diferencia de central eléctrica de almacenamiento por bombeo El ciclo de funcionamiento de los TES depende del fenómeno de las mareas.
Valor de presión
En función de la presión generada por la estructura hidráulica (HTS), las centrales hidroeléctricas se dividen en 4 grupos:
- baja presión - hasta 20 m;
- presión media - de 20 a 70 m;
- alta presión - de 70 a 200 m;
- presión ultraalta - desde 200 m.
Cabe señalar que la clasificación según valor de presión es de naturaleza relativa y varía de una fuente a otra.
Potencia instalada
Según la capacidad instalada de la estación, la suma de las capacidades nominales de los equipos generadores instalados en ella. Esta clasificación tiene 3 grupos:
- central microhidráulica: de 5 kW a 1 MW;
- pequeñas centrales hidroeléctricas: de 1 kW a 10 MW;
- grandes centrales hidroeléctricas: más de 10 MW.
Clasificación por Capacidad instalada así como en términos de presión, no es estricto. Una misma emisora puede clasificarse en distintos grupos en distintas fuentes.
Diseño de presas
Hay 4 grupos principales de represas hidroeléctricas:
- gravitacional;
- contrafuerte;
- arqueado;
- gravedad arqueada.
Presa de gravedad Es una estructura masiva que retiene agua en un depósito debido a su peso. presa de contrafuerte utiliza un mecanismo ligeramente diferente: compensa su peso relativamente bajo con el peso del agua que presiona la cara inclinada de la presa desde el lado aguas arriba. presa de arco , quizás el más elegante, tiene forma de arco, la base apoyada en las orillas y la parte redondeada convexa hacia el embalse. El agua se retiene en la presa de arco debido a la redistribución de la presión desde el frente de la presa hacia las orillas del río.
Ubicación de la sala de máquinas
Más precisamente, según Ubicación de la sala de turbinas en relación con la presa., ¡no confundir con diseño! Esta clasificación sólo es relevante para las centrales eléctricas de pasada, de derivación y mareomotrices.
- tipo de canal;
- tipo de presa.
En tipo de canal la sala de turbinas está ubicada directamente en el cuerpo de la presa, tipo de presa - se erige por separado del cuerpo de la presa y suele estar situado inmediatamente detrás de éste.
Disposición
La palabra "diseño" en este contexto significa la ubicación de la sala de turbinas en relación con el lecho del río. Tenga cuidado al leer otra literatura sobre este tema, porque la palabra diseño tiene un significado más amplio. La clasificación es válida únicamente para centrales eléctricas de pasada y de derivación.
- canal;
- llanura aluvial;
- costero.
En diseño del canal el edificio de la sala de turbinas está ubicado en el lecho del río, diseño de llanura aluvial - en la llanura aluvial del río, y cuando disposición costera - en la orilla del río.
Sobre regulación
Es decir, el grado de regulación del caudal del río. La clasificación sólo es relevante para las centrales hidroeléctricas de pasada y de derivación.
- regulación diaria (ciclo de operación - un día);
- regulación semanal (ciclo de trabajo - una semana);
- regulación anual (ciclo de operación - un año);
- regulación a largo plazo (ciclo de operación - varios años).
La clasificación refleja el tamaño del embalse del embalse hidroeléctrico en relación con el volumen del caudal anual del río.
Todos los criterios anteriores no son excluyentes entre sí, es decir, una misma central hidroeléctrica puede ser de tipo fluvial, de alta presión, potencia media, disposición de filo de agua con cuarto de máquinas tipo presa, presa de arco y depósito de regulación anual.
Lista de fuentes utilizadas
- Bryzgalov, V.I. Centrales hidroeléctricas: libro de texto. subsidio / V.I. Bryzgalov, L.A. Gordon - Krasnoyarsk: IPC KSTU, 2002. - 541 p.
- Estructuras hidráulicas: en 2 volúmenes / M.M. Grishin [y otros]. - Moscú: Escuela Superior, 1979. - T.2 - 336 p.
Las centrales hidroeléctricas o centrales hidroeléctricas utilizan la energía potencial del agua de los ríos y hoy en día son un medio común para producir electricidad a partir de fuentes renovables.
La energía hidroeléctrica suministra más del 16% de la electricidad mundial (99% en Noruega, 58% en Canadá, 55% en Suiza, 45% en Suecia, 7% en EE.UU., 6% en Australia) de más de 1.060 GW de potencia instalada. capacidad. La mitad de esta capacidad se ubica en cinco países: China (212 GW), Brasil (82,2 GW), Estados Unidos (79 GW), Canadá (76,4 GW) y Rusia (46 GW). Aparte de estos cuatro países con relativa abundancia (Noruega, Canadá, Suiza y Suecia), la energía hidroeléctrica generalmente se aplica en los picos de carga porque la energía hidroeléctrica se puede detener y encender fácilmente. Esto también significa que es un complemento ideal para el sistema conectado a la red y se utiliza con mayor eficacia en Dinamarca.
Las centrales hidroeléctricas utilizan la energía del agua que cae para generar electricidad. La turbina convierte la fuerza cinética del H2O que cae en fuerza mecánica. Luego, el generador convierte la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica.
La energía hidroeléctrica en el mundo
La energía hidroeléctrica utiliza grandes áreas y no es una opción importante para el futuro en los países desarrollados porque la mayoría de los grandes sitios en estos países con potencial para el desarrollo hidroeléctrico ya están en operación o son inaccesibles por otras razones, como preocupaciones ambientales. Principalmente en China y América Latina, se espera un crecimiento de la energía hidroeléctrica hasta 2030. China ha puesto en marcha centrales hidroeléctricas por valor de 26.000 millones de dólares en los últimos años y ha producido 22,5 GW. La energía hidroeléctrica en China ha contribuido al desplazamiento de más de 1,2 millones de personas de los emplazamientos de las represas.
La principal ventaja de los sistemas hidráulicos es su capacidad para manejar cargas máximas estacionales (y diarias). En la práctica, el uso de la energía hídrica almacenada a veces se complica por los requisitos de riego que pueden ocurrir desfasados con las cargas máximas.
Hacer funcionar sistemas hidráulicos desde un río suele ser mucho más barato que crear presas y tiene aplicaciones potencialmente más amplias. Las pequeñas centrales hidroeléctricas de menos de 10 MW representan aproximadamente el 10% del potencial mundial y la mayoría de ellas funcionan a partir de ríos.
Hay tres tipos de estructuras hidroeléctricas: centrales hidroeléctricas, estaciones de bombeo y centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo.
Principio de funcionamiento de la central hidroeléctrica.
El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica es cuando la energía del agua se convierte en energía mecánica a través de turbinas hidráulicas. El generador convierte esta energía mecánica del agua en electricidad.
El funcionamiento del generador se basa en los principios de Faraday: cuando un imán pasa por un conductor, se genera electricidad. En un generador, los electroimanes se crean mediante corriente continua. Crean campos polares y se instalan alrededor del perímetro del rotor. El rotor está unido a un eje que hace girar las turbinas a una velocidad fija. Cuando el rotor gira, provoca un cambio de polos en el conductor montado en el estator. Este, a su vez, según la ley de Faraday, genera electricidad en los terminales del generador.
Composición de la central hidroeléctrica.
Las centrales hidroeléctricas varían en tamaño, desde “microcentrales hidroeléctricas” que alimentan a unos pocos hogares hasta represas gigantes que suministran electricidad a millones de personas.
La mayoría de las centrales hidroeléctricas convencionales incluyen cuatro componentes principales:
El uso de la energía hidroeléctrica alcanzó su punto máximo a mediados del siglo XX, pero la idea de utilizar H2O para generar electricidad se remonta a miles de años. Hace más de 2.000 años, los griegos utilizaban una rueda hidráulica para moler el trigo y convertirlo en harina. Estas antiguas ruedas son hoy como turbinas, a través de las cuales fluye agua.
Las centrales hidroeléctricas son la mayor fuente de energía renovable del mundo.
¿Qué es una central hidroeléctrica?
Las centrales hidroeléctricas son fuentes de energía muy eficientes. Utilizan recursos renovables: la energía mecánica del agua que cae. El suministro de agua necesario para ello se crea mediante presas que se construyen en ríos y canales. Las instalaciones hidráulicas permiten reducir el transporte y ahorrar combustible mineral (se consumen aproximadamente 0,4 toneladas de carbón por 1 kWh). Son bastante fáciles de operar y tienen una eficiencia muy alta (más del 80%). El coste de este tipo de instalaciones es 5-6 veces menor que el de las centrales térmicas y requieren mucho menos personal de mantenimiento.
Las instalaciones hidráulicas están representadas por centrales hidroeléctricas (HPP), centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo (PSP) y centrales mareomotrices (TPP). Su ubicación depende en gran medida de las condiciones naturales, por ejemplo, la naturaleza y el régimen del río. En las zonas montañosas se suelen construir centrales hidroeléctricas de alta presión en ríos de tierras bajas, se utilizan instalaciones con menor presión pero mayor caudal de agua; La construcción hidráulica en las llanuras es más difícil debido al predominio de cimientos blandos bajo las presas y la necesidad de disponer de grandes embalses para regular el caudal. La construcción de centrales hidroeléctricas en las llanuras provoca inundaciones en las zonas adyacentes, lo que provoca importantes daños materiales.
Una central hidroeléctrica consta de una cadena secuencial de estructuras hidráulicas que aseguran la concentración necesaria del flujo de agua y la creación de presión, y equipos energéticos que convierten la energía del agua que se mueve bajo presión en energía rotacional mecánica, que, a su vez, se convierte en energía eléctrica.
La presión de una central hidroeléctrica se crea por la concentración de la caída del río en el lugar utilizado por una presa, o un desvío, o una presa y un desvío juntos. El equipo de energía principal de una central hidroeléctrica se encuentra en el edificio de la central hidroeléctrica: en la sala de turbinas de la central hidroeléctrica: unidades hidráulicas, equipos auxiliares, dispositivos automáticos de control y monitoreo; en el puesto de control central hay un panel de control para el operador-despachador o un operador automático de la central hidroeléctrica. La subestación transformadora elevadora está ubicada tanto en el interior del edificio de la central hidroeléctrica como en edificios separados o en áreas abiertas. Los conmutadores suelen estar situados en zonas abiertas. El edificio de una central hidroeléctrica se puede dividir en secciones con una o más unidades y equipos auxiliares, separados de las partes adyacentes del edificio. Se crea un sitio de instalación en o dentro del edificio de la central hidroeléctrica para el montaje y reparación de diversos equipos y para operaciones auxiliares para el mantenimiento de la central hidroeléctrica.
Según la capacidad instalada (en MW), las centrales hidroeléctricas se distinguen entre potentes (más de 250), medianas (hasta 25) y pequeñas (hasta 5). La potencia de una central hidroeléctrica depende de la presión Nb (la diferencia entre los niveles de los estanques superior e inferior), del caudal de agua Q (m3/seg) utilizado en las turbinas hidráulicas y de la eficiencia de la unidad hidráulica hg. Por diversas razones (debido, por ejemplo, a cambios estacionales en el nivel del agua en los embalses, fluctuaciones en la carga del sistema eléctrico, reparaciones de unidades hidráulicas o estructuras hidráulicas, etc.), la presión y el flujo de agua cambian continuamente. , y además, el caudal cambia al regular la potencia de una central hidroeléctrica. Existen ciclos anuales, semanales y diarios de funcionamiento de las centrales hidroeléctricas.
Según la presión máxima utilizada, las centrales hidroeléctricas se dividen en centrales hidroeléctricas de alta presión (más de 60 m), media presión (de 25 a 60 m) y baja presión (de 3 a 25 m). En los ríos de tierras bajas, las presiones rara vez superan los 100 m; en condiciones montañosas, se pueden crear presiones de hasta 300 mo más utilizando una presa, y con la ayuda de una desviación, hasta 1500 m. La clasificación por presión corresponde aproximadamente a los tipos. de equipos de energía utilizados: en las centrales hidroeléctricas de alta presión se utilizan turbinas axiales de cubeta y radiales con cámaras en espiral de metal; en las de media presión - turbinas de palas giratorias y radial-axiales con hormigón armado y cámaras en espiral metálicas, en las de baja presión - turbinas de palas giratorias en cámaras en espiral de hormigón armado, a veces turbinas horizontales en cápsulas o en cámaras abiertas. La división de las centrales hidroeléctricas según la presión utilizada es de carácter aproximado y condicional.
Según el esquema de uso de recursos hídricos y concentración de presión, las centrales hidroeléctricas generalmente se dividen en de pasada, de presa, de derivación con presión y desviación de flujo libre, mixtas, de almacenamiento por bombeo y de marea. En las centrales hidroeléctricas de pasada y basadas en represas, la presión del agua se crea mediante una represa que bloquea el río y eleva el nivel del agua en el estanque superior. Al mismo tiempo, es inevitable que se produzcan algunas inundaciones en el valle del río. Si se construyen dos represas en el mismo tramo del río, se reduce el área de inundación. En los ríos de tierras bajas, la mayor superficie de inundación económicamente admisible limita la altura de la presa. Las centrales hidroeléctricas de pasada y cercanas a las presas se construyen tanto en ríos de aguas altas de tierras bajas como en ríos de montaña, en valles estrechos y comprimidos.
Las estructuras de una central hidroeléctrica de pasada incluyen, además de la presa, el edificio de la central hidroeléctrica y las estructuras de aliviadero. La composición de las estructuras hidráulicas depende de la altura del cabezal y de la potencia instalada. En una central hidroeléctrica de pasada, el edificio con las unidades hidráulicas alojadas sirve como continuación de la presa y junto con ella crea un frente de presión. Al mismo tiempo, la piscina superior está adyacente al edificio de la central hidroeléctrica por un lado y la piscina inferior, por el otro. Las cámaras espirales de suministro de las turbinas hidráulicas con sus secciones de entrada están colocadas debajo del nivel de aguas arriba, mientras que las secciones de salida de las tuberías de succión están sumergidas bajo el nivel de aguas abajo.
De acuerdo con el propósito de la obra hidráulica, puede incluir esclusas de embarque o elevador de barcos, estructuras de paso de peces, estructuras de toma de agua para riego y suministro de agua. En las centrales hidroeléctricas de pasada, a veces la única estructura que permite el paso del agua es el edificio de la central. En estos casos, el agua útil pasa secuencialmente a través de la sección de entrada con rejillas de retención de desechos, una cámara en espiral, una turbina hidráulica y una tubería de succión, y los caudales del río se descargan a través de conductos especiales entre cámaras de turbinas adyacentes. Las centrales hidroeléctricas de pasada se caracterizan por presiones de hasta 30-40 m; Las centrales hidroeléctricas de pasada más simples también incluyen centrales hidroeléctricas rurales (centrales hidroeléctricas) de pequeña capacidad previamente construidas. En los grandes ríos de tierras bajas, el canal principal está bloqueado por una presa de tierra, junto a la cual se encuentra una presa de aliviadero de hormigón y se construye una central hidroeléctrica. Esta disposición es típica de muchas centrales hidroeléctricas domésticas situadas en grandes ríos de tierras bajas. Central hidroeléctrica Volzhskaya que lleva el nombre. 22º Congreso del PCUS: el más grande entre las estaciones fluviales.
Las centrales hidroeléctricas más potentes se construyeron en el Volga, Kama, Angara, Yenisei, Ob e Irtysh. Una cascada de centrales hidroeléctricas es un grupo de centrales hidroeléctricas ubicadas escalonadas a lo largo del flujo de agua con el objetivo de utilizar su energía de forma totalmente secuencial. Las instalaciones en cascada suelen estar conectadas por un régimen común en el que los depósitos de las etapas superiores tienen una influencia reguladora sobre los depósitos de las etapas inferiores. En las regiones orientales se están formando complejos industriales especializados en industrias de gran consumo energético sobre la base de centrales hidroeléctricas.
Los recursos más eficientes en términos de indicadores técnicos y económicos se concentran en Siberia. Un ejemplo de esto es la cascada Angara-Yenisei, que incluye las centrales hidroeléctricas más grandes del país: Sayano-Shushenskaya (6,4 millones de kW), Krasnoyarsk (6 millones de kW), Bratsk (4,6 millones de kW), Ust-Ilimskaya (4,3 millones de kW). Se está construyendo la central hidroeléctrica de Boguchanovskaya (4 millones de kW). La capacidad total de la cascada es actualmente de más de 20 millones de kW.
Cuando se construyen centrales hidroeléctricas, el objetivo suele ser generar electricidad, mejorar las condiciones de navegación por el río y regar las tierras. Las centrales hidroeléctricas suelen disponer de embalses que les permiten almacenar agua y regular su caudal y, por tanto, la potencia de funcionamiento de la central de forma que proporcionen el modo más beneficioso para el sistema energético en su conjunto.
El proceso regulatorio es el siguiente. Durante un período de tiempo en el que la carga del sistema eléctrico es baja (o la entrada natural de agua al río es grande), la central hidroeléctrica consume agua en una cantidad menor que la entrada natural. En este caso, el agua se acumula en el depósito y la capacidad operativa de la estación es relativamente pequeña. En otras ocasiones, cuando la carga del sistema es alta (o el aporte de agua es pequeño), la central hidroeléctrica utiliza agua en una cantidad que excede el aporte natural. En este caso, se consume el agua acumulada en el embalse y la potencia operativa de la estación aumenta al máximo. Dependiendo del volumen del embalse, el período de regulación o el tiempo requerido para llenar y operar el embalse puede ser de un día, una semana, varios meses o más. Durante este tiempo, la central hidroeléctrica puede utilizar una cantidad de agua estrictamente definida, determinada por el flujo natural.
Cuando las centrales hidroeléctricas operan junto con centrales térmicas y nucleares, la carga del sistema eléctrico se distribuye entre ellas de modo que, con un caudal de agua determinado durante el período considerado, la demanda de energía eléctrica se satisface con un consumo mínimo de combustible (o costes mínimos de combustible) en el sistema. La experiencia en la operación de sistemas energéticos muestra que durante la mayor parte del año es aconsejable operar las centrales hidroeléctricas en modo pico. Esto significa que durante el día la potencia operativa de una central hidroeléctrica debe variar dentro de amplios límites: desde el mínimo durante las horas en las que la carga del sistema eléctrico es baja hasta el máximo durante las horas de mayor carga en el sistema. Con este uso de las centrales hidroeléctricas se nivela la carga de las centrales térmicas y su funcionamiento se vuelve más económico.
Durante los períodos de crecida, cuando el aporte natural de agua al río es elevado, es recomendable utilizar centrales hidroeléctricas las 24 horas con una capacidad operativa cercana al máximo, y así reducir la descarga de agua ociosa a través de la presa. El modo más rentable de una central hidroeléctrica depende de muchos factores y debe determinarse mediante cálculos adecuados.
El funcionamiento de las centrales hidroeléctricas se caracteriza por frecuentes arranques y paradas de unidades, un cambio rápido en la potencia operativa de cero a nominal. Las turbinas hidráulicas por su naturaleza están adaptadas a este régimen. Para los hidrogeneradores, este modo también es aceptable, ya que, a diferencia de los generadores de turbina de vapor, la longitud axial del hidrogenerador es relativamente pequeña y las deformaciones por temperatura de las varillas de bobinado son menos pronunciadas. El proceso de arrancar la unidad hidráulica y obtener energía está completamente automatizado y requiere solo unos minutos.
La duración de uso de la capacidad instalada de las centrales hidroeléctricas suele ser más corta que la de las centrales térmicas. Es de 1500 a 3000 horas para las estaciones pico y de 5000 a 6000 horas para las estaciones base.
El coste unitario de una central hidroeléctrica (RUB/MW) es mayor que el coste unitario de una central térmica de la misma capacidad debido al mayor volumen de trabajo de construcción. El tiempo de construcción de una central hidroeléctrica también es mayor que el de una central térmica. Sin embargo, el costo de la electricidad generada por las centrales hidroeléctricas es significativamente menor que el costo de la energía de las centrales térmicas, ya que los costos operativos no incluyen el costo del combustible.
Es recomendable construir centrales hidroeléctricas en ríos serranos y sesquicentrales. En los ríos de tierras bajas, su construcción puede provocar la inundación de grandes superficies de praderas y tierras cultivables, bosques, una disminución de las poblaciones de peces y otras consecuencias.
Las pequeñas turbinas hidráulicas tienen un principio de funcionamiento muy específico, a diferencia de las turbinas de las centrales hidroeléctricas convencionales. El proceso de funcionamiento de una turbina microhidráulica es interesante porque las propiedades de su estructura pueden proporcionar para un objeto específico el volumen de masas de agua que fluirán hacia las partes de la turbina hidráulica (álabes) y pondrán el generador en condiciones de funcionamiento. (el generador desempeña la función de generar electricidad).
El proceso de aumento de la presión del agua se garantiza mediante la formación de una "derivación": descargas de agua en flujo libre (siempre que esta microcentral hidroeléctrica sea del tipo desvío) o una presa (siempre que sea una mini central térmica de el tipo de presa).
Potencia de la mini central hidroeléctrica.
El nivel de potencia de una mini central hidroeléctrica depende directamente de las condiciones en las que se encuentran sus propiedades hidráulicas:
- El caudal de agua es el volumen de masa de agua (l) que pasa por la turbina en un determinado periodo de tiempo. Se acostumbra tardar entre 1 y 2 segundos en este período.
- La presión del agua es la distancia entre dos puntos opuestos de la masa de agua (uno está ubicado en la parte superior y el otro en la parte inferior). La presión tiene una serie de características de las que dependen los tipos de microcentrales hidroeléctricas (alta presión, media presión, baja presión).
La peculiaridad del funcionamiento de una microcentral hidroeléctrica se evalúa desde el punto de vista de su ubicación territorial. Por ejemplo, una microcentral hidroeléctrica a presión funciona desviando el flujo de agua a través de un canal especial hecho de madera, ubicado en un cierto ángulo de inclinación, lo que permite que el agua fluya más rápido. La presión del agua en una central hidroeléctrica de este tipo depende de la longitud del canal. Luego, el agua fluye hacia la tubería de presión, después de lo cual ingresa a la unidad hidráulica, que se encuentra en la parte inferior. Luego, el agua reciclada es forzada a regresar a su fuente mediante extrusión.
Ubicación de la mini central hidroeléctrica
Es importante señalar que la posición de la turbina hidráulica puede ser diferente según el tipo de construcción:
- Posicion horizontal. Esta posición de la turbina hidráulica conduce a un aumento natural en el tamaño de la propia mini central hidroeléctrica (con la ayuda del eje de la turbina, que también aumenta el tamaño del sistema de energía durante la rotación, así como un cambio en la escala de la sala de turbinas). Sin embargo, cabe señalar que la construcción de este tipo de turbinas hidráulicas no es más complicada que otras, sino que, por el contrario, la simplifica.
- Disposición vertical. Este tipo de disposición ayuda a reducir el tamaño de la central hidroeléctrica, mejora el equilibrio de las líneas axiales y su compacidad. Esta colocación es más compleja de construir, ya que crea la necesidad de un equilibrio detallado del eje en el elemento rotacional. También en tal situación, es importante tener más cuidado con la posición obligatoria del piso de trabajo, cuando está en la misma línea horizontal, y sus características de resistencia, para que puedan soportar el peso de toda la estructura. La posición vertical aumenta la presión sobre el eje de la estructura.
Aplicación de mini central hidroeléctrica.
En general, las pequeñas centrales hidroeléctricas se utilizan principalmente para su aplicación en zonas remotas de edificios residenciales. No pueden ser competidores serios de las grandes centrales eléctricas, sino que sirven para garantizar el ahorro de energía. Últimamente, muchas personas utilizan tanto centrales hidroeléctricas como baterías solares y diversas instalaciones de control del viento. Las turbinas descritas en este artículo pronto podrían convertirse en una con estas fuentes de energía innovadoras, lo que en última instancia conducirá a la creación de nuevos circuitos y modelos eléctricos.
¿Para qué se pueden utilizar estas estructuras?
- suministrar electricidad a la propiedad privada;
- para zonas industriales remotas;
- para estaciones de carga eléctrica;
- para uso temporal.
Ventajas de las minicentrales hidroeléctricas.
Las pequeñas centrales hidroeléctricas tienen una serie de ventajas especiales:
- Están disponibles en dos versiones: fijadas al fondo del depósito, y también con ganchos especiales que permiten realizar trabajos en superficie.
- la instalación puede alcanzar una potencia de 5 kW, para aumentar la potencia y la eficiencia de las centrales hidroeléctricas, las turbinas se instalan en forma de módulos
- Las centrales hidroeléctricas no afectan negativamente al medio ambiente durante el proceso de construcción, porque Para crearlo se utiliza agua natural, que se dirige a un flujo determinado y pone en movimiento las palas.
Turbinas para minicentrales hidroeléctricas
Ahora hablemos directamente de turbinas hidráulicas para minicentrales hidroeléctricas y lo que necesitamos para su construcción. Características y características de funcionamiento de la turbina hidráulica:
- La temperatura del agua suministrada a la turbina debe superar los +4 °C.
- La temperatura que debe haber en el módulo de bloque es de +15 °C y superior.
- La presión sonora, cuya fuente se encuentra a 1 m de la turbina hidráulica, es de 80 dB y no más.
- La superficie exterior de la turbina hidráulica debe calentarse a una temperatura no superior a +45°C, siempre que la temperatura del aire sea de aproximadamente +25°C.
Consideremos el ejemplo de una turbina hidráulica bien equilibrada y operativa en condiciones ideales.
Supongamos que tenemos una turbina hidráulica de flujo continuo, radial, accionada por presión con presión media, que proporciona un suministro tangencial de agua a las palas, el eje es horizontal. Este tipo de tuberías se clasifican como tuberías “silenciosas”. Tienen la particularidad de adaptarse al entorno, al lugar de instalación y a los distintos desniveles de presión. Si el flujo de agua cambia bruscamente, la turbina utiliza un diseño de bolsa de dos cámaras, lo que hace que el dispositivo funcione mejor.
El cuerpo de cualquier turbina hidráulica está fabricado de acero estructural; Los costes de materiales y construcción se reducen significativamente en comparación con las turbinas hidráulicas para centrales hidroeléctricas convencionales. El material más común utilizado para la construcción de una turbina hidráulica resistirá diferencias de 90 a 120 metros, algunas partes están hechas de acero inoxidable (carcasa, tuberías).
En las turbinas hidráulicas de nueva generación, es posible reemplazar el generador y el impulsor sin deformaciones ni alteraciones graves. Cabe señalar que el impulsor tiene la propiedad de autolimpiarse debido a los flujos de agua que, durante su funcionamiento, pasan por la zona del impulsor. Durante el diseño del generador y de la propia turbina hidráulica, se toman una serie de medidas para reducir el nivel de cavitación. Las turbinas hidráulicas actuales están 100 por ciento libres de este problema.
La parte principal de una turbina hidráulica es el impulsor. El material para la fabricación de palas suele ser acero tipo perfil. Debido a sus propiedades, las palas pueden crear una fuerza axial, facilitando el trabajo de los cojinetes, y los propios impulsores están en constante equilibrio. La duración del funcionamiento del eje del impulsor está determinada por su posición; para un funcionamiento más prolongado, se instala al nivel del cojinete.
Características de las turbinas hidráulicas para minicentrales hidroeléctricas.
- Puede utilizarse en sistemas de depuración para obtener agua potable de alta calidad.
- Es posible conectar un generador industrial.
- Mayores requisitos para la confiabilidad del generador.
Algunas características del plan técnico:
- Diferencia de altura: 3 - 200 m
- Flujo de agua: 0,03 - 13 metros cúbicos por segundo
- Potencia: 5 - 3.000 kW
- Número de palas ubicadas en el sector axial: 37
- Eficiencia: 84% - 87%
Por supuesto, es poco probable que las minicentrales hidroeléctricas se conviertan en la principal fuente de energía, pero su uso es bastante recomendable como medio para reducir la carga en la red principal de suministro de energía, especialmente durante los períodos de consumo máximo.
Una central hidroeléctrica es un complejo de estructuras y equipos hidráulicos complejos. Su finalidad es convertir la energía del flujo de agua en energía eléctrica. La energía hidroeléctrica es una de las llamadas fuentes de energía renovables, es decir, es prácticamente inagotable.
La estructura hidráulica más importante es una presa. Retiene agua en el depósito y crea la presión de agua necesaria. Una turbina hidráulica es el motor principal de una central hidroeléctrica. Con su ayuda, la energía del agua que se mueve bajo presión se convierte en energía de rotación mecánica, que luego (gracias a un generador eléctrico) se convierte en energía eléctrica. Turbina hidráulica, hidrogenerador, dispositivos automáticos de monitoreo y control: las consolas están ubicadas en la sala de turbinas de la central hidroeléctrica. Los transformadores elevadores pueden ubicarse tanto dentro del edificio como en áreas abiertas. Los conmutadores suelen instalarse al aire libre, cerca del edificio de la central eléctrica.
En la Unión Soviética, que cuenta con grandes recursos hidroeléctricos (11112% del total mundial), se ha iniciado una importante construcción de centrales hidroeléctricas. Basado en la capacidad hidroeléctrica instalada. Sólo en los 30 años de la posguerra, a partir de 1950, las centrales se dividieron en pequeñas (hasta 1980, la producción de electricidad aumentó hasta 5 MW, medianas (de 5 a 25) y grandes (las centrales hidroeléctricas aumentaron más de 10 veces). más de 25 MW. En nuestro país existen 20 centrales hidroeléctricas, cada una de las cuales tiene una capacidad instalada superior a 500 MW. Las más grandes son las centrales hidroeléctricas de Krasnoyarsk (6000 MW) y Sayano-Shushenskaya (6400 MW).
La construcción de centrales hidroeléctricas es impensable sin una solución integral a muchos problemas. Es necesario satisfacer las necesidades no sólo de energía, sino también de transporte y abastecimiento de agua, riego y pesca. Estas tareas se cumplen mejor mediante el principio de cascada, cuando en el río se construyen no una, sino varias centrales hidroeléctricas ubicadas a lo largo del río. Esto permite crear varios embalses ubicados sucesivamente en el río a diferentes niveles, lo que significa aprovechar más plenamente el caudal del río, sus recursos energéticos y maniobrar la potencia de las centrales hidroeléctricas individuales. En muchos ríos se han construido cascadas de centrales hidroeléctricas. Además del Volzhsky, se construyeron cascadas en Kama, Dnieper, Chirchik, Hrazdan, Irtysh, Rioni y Svir. La cascada más poderosa de Angara-Yenisei con las centrales hidroeléctricas más grandes del mundo: Bratsk, Krasnoyarsk, Sayano-Shushenskaya y Boguchanskaya con una capacidad total de aproximadamente 17 GW y una producción anual de 76 mil millones de kWh de electricidad.
Existen varios tipos de centrales eléctricas que utilizan la energía del flujo de agua. Además de las centrales hidroeléctricas, también se están construyendo centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo (PSPP) y centrales mareomotrices (TPP). A primera vista, apenas se notará la diferencia entre una central hidroeléctrica convencional y una central de almacenamiento hidráulico. El mismo edificio donde se ubica el equipo eléctrico principal, las mismas líneas eléctricas. No existe una diferencia fundamental en el método de generación de electricidad. ¿Cuáles son las características de las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo?
A diferencia de una central hidroeléctrica, una estación de almacenamiento por bombeo requiere dos embalses (no uno) con una capacidad de varias decenas de millones de metros cúbicos cada uno. El nivel de uno debería ser varias decenas de metros más alto que el del otro. Ambos embalses están conectados entre sí mediante tuberías. En el depósito inferior se está construyendo un edificio de central eléctrica de almacenamiento por bombeo. En él, en el mismo eje se colocan las llamadas unidades hidráulicas reversibles: turbinas hidráulicas y generadores eléctricos. Pueden funcionar tanto como generadores de corriente como bombas de agua eléctricas. Cuando el consumo de energía disminuye, por ejemplo por la noche, las turbinas hidráulicas actúan como bombas, bombeando agua desde el depósito inferior al superior. En este caso, los generadores funcionan como motores eléctricos y reciben energía eléctrica de centrales térmicas y nucleares. Cuando aumenta el consumo de electricidad, las centrales hidroeléctricas de bombeo cambian a rotación inversa. El agua que cae del depósito superior al inferior hace girar turbinas hidráulicas y generadores generan energía eléctrica. Así, por la noche, una central eléctrica de almacenamiento por bombeo acumula, por así decirlo, la electricidad generada por otras centrales eléctricas y durante el día la libera. Por lo tanto, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo suelen servir, como dicen los ingenieros energéticos, para cubrir los "picos" de carga, es decir, proporcionan energía cuando es especialmente necesaria. Hay más de 160 centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en funcionamiento en todo el mundo. En nuestro país, cerca de Kiev se construyó la primera central eléctrica de almacenamiento por bombeo. Tiene un salto bajo, sólo 73 m, y una potencia total de 225 MW.
En la región de Moscú ha entrado en funcionamiento una central eléctrica de almacenamiento por bombeo más grande, con una capacidad de 1,2 GW y una altura de 100 m.
Normalmente, las centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo se construyen en los ríos. Pero resultó que estas centrales eléctricas se pueden construir en las orillas de mares y océanos. Sólo que allí recibieron un nombre diferente: plantas de energía mareomotriz (TPP).
Dos veces al día a la misma hora, el nivel del océano sube y baja. Son las fuerzas gravitacionales de la Luna y el Sol las que atraen masas de agua. Lejos de la costa, las fluctuaciones en el nivel del agua no superan 1 m, pero cerca de la costa pueden alcanzar los 13 m, como, por ejemplo, en la bahía de Penzhinskaya en el mar de Okhotsk.
Si una bahía o la desembocadura de un río se bloquea con una presa, en el momento de mayor aumento del nivel del agua, se pueden encerrar cientos de millones de metros cúbicos de agua en un depósito artificial de este tipo. Cuando la marea baja en el mar, se crea una diferencia entre el nivel del agua en el embalse y en el mar, que es suficiente para hacer girar las turbinas hidráulicas instaladas en los edificios del PES. Si solo hay un embalse, el PES puede generar energía eléctrica continuamente durante 4 a 5 horas con descansos de 1 a 2 horas, respectivamente, cuatro veces al día (el nivel del agua en el embalse cambia muchas veces durante la marea alta y baja). .
Para eliminar la generación desigual de energía, el embalse de la estación está dividido por una presa en 2 o 3 embalses más pequeños. Uno mantiene el nivel de marea baja, el otro mantiene el nivel de marea alta y el tercero sirve como reserva.
En la central se instalan unidades hidráulicas que son capaces de operar con alta eficiencia tanto en modo generador (produciendo electricidad) como en modo bombeo (bombeando agua desde un depósito con un nivel bajo a un depósito con un nivel alto). En el modo de bomba, el PES funciona cuando aparece un exceso de electricidad en el sistema de energía. En este caso, las unidades bombean o bombean agua de un depósito a otro.
En 1968 se construyó la primera central eléctrica industrial piloto de nuestro país en la costa del mar de Barents en la bahía de Kislaya. El edificio de la central eléctrica alberga 2 unidades hidráulicas con una capacidad de 400 kW.
Diez años de experiencia en la operación del primer TPP nos permitieron comenzar a elaborar proyectos para el TPP de Mezen en el Mar Blanco, Penzhinskaya y Tugurskaya en el Mar de Okhotsk.
Aprovechar las grandes fuerzas de las mareas de los océanos del mundo, incluso las propias olas del océano, es un problema interesante. Recién están empezando a solucionarlo. Hay mucho que estudiar, inventar, diseñar.
La construcción de grandes gigantes energéticos, ya sean centrales hidroeléctricas, centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo o centrales eléctricas, es siempre un examen para los constructores. Aquí se combina el trabajo de trabajadores altamente cualificados y de diferentes especialidades, desde maestros del hormigón hasta escaladores.
