Il principio di funzionamento di una centrale idroelettrica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il principio di funzionamento di una centrale idroelettrica è abbastanza semplice. Le strutture idrauliche di una centrale idroelettrica forniscono il flusso d'acqua necessario che entra nelle pale di una turbina idraulica, che conduce ad un generatore che genera energia elettrica.

Fig. 1. Schema di uno dei tipi di turbine idrauliche

La pressione dell'acqua richiesta viene generata da una diga (nel caso di una centrale idroelettrica del tipo a diga) o da una deviazione - il flusso naturale dell'acqua (centrali idroelettriche diversificate). In alcuni casi, per ottenere la pressione dell’acqua richiesta, si utilizzano insieme sia una diga che una deviazione:

• centrali idroelettriche dighe (Fig. 2). Questi sono i tipi più comuni di grandi centrali idroelettriche in Kirghizistan. La pressione dell'acqua al loro interno viene creata installando una diga che blocca completamente il fiume e aumenta il livello dell'acqua all'altezza richiesta. In questo caso, l'edificio stesso della centrale idroelettrica si trova dietro la diga, nella sua parte inferiore. L'acqua, in questo caso, viene fornita alle turbine attraverso appositi tunnel a pressione.
• centrali idroelettriche di derivazione (fig. 3). Tali centrali elettriche sono costruite in luoghi dove c'è una pendenza del fiume. La quantità d'acqua necessaria per creare pressione viene rimossa dal letto del fiume attraverso appositi sistemi di drenaggio (canali, diramazioni, fossati). La loro pendenza è significativamente inferiore alla pendenza media del fiume. Di conseguenza, l'acqua, dopo un certo percorso, sale all'altezza richiesta e viene raccolta in una vasca a pressione. Da lì, attraverso una condotta in pressione, l'acqua entra nella turbina e, infine, finisce nuovamente nello stesso fiume. In alcuni casi, all'inizio del canale di deviazione, viene creata una diga e un piccolo bacino idrico.

Riso. 2. Tipo di diga idroelettrica

Riso. 3. Centrale idroelettrica di tipo di derivazione

Tutte le apparecchiature elettriche si trovano direttamente nell'edificio della centrale idroelettrica stessa. A seconda dello scopo, ha una propria divisione specifica. Gli idrogeneratori si trovano nella sala turbine e convertono direttamente l'energia idrica in energia elettrica. Sono presenti anche apparecchiature elettriche, che comprendono dispositivi di controllo e monitoraggio per il funzionamento di centrali idroelettriche, una stazione di trasformazione, quadri e molto altro.

Le centrali idroelettriche si dividono in base alla potenza generata:

• potente: produce da 30 MW e oltre;
• piccoli HPP - da 1 MW a 30 MW;
• mini HPP - da 100 kW a 1 MW;
• micro HPP - da 5 kW a 100 kW;
• centrale idroelettrica pico - fino a 5 kW.

La potenza di una centrale idroelettrica dipende dalla pressione e dal flusso dell'acqua, nonché dall'efficienza (coefficiente di efficienza) delle turbine e dei generatori utilizzati. A causa del fatto che, per ragioni naturali, il flusso dell'acqua cambia costantemente, a seconda della stagione, così come per una serie di altri motivi, è consuetudine considerare la potenza ciclica come espressione della potenza di una centrale idroelettrica. Ad esempio, esistono cicli di funzionamento annuali, mensili, settimanali o giornalieri di una centrale idroelettrica.

A seconda del flusso e della pressione dell'acqua, nelle centrali idroelettriche vengono utilizzati diversi tipi di turbine. Per alta pressione - turbine a tazza e radiali-assiali con camere a spirale metallica. Nelle centrali idroelettriche a media pressione sono installate turbine a pale rotanti e radiali-assiali, nelle centrali idroelettriche a bassa pressione, turbine a pale rotanti sono installate in camere di cemento armato o acciaio. Il principio di funzionamento di tutti i tipi di turbine è lo stesso: l'acqua sotto pressione (pressione dell'acqua) entra nelle pale della turbina, che iniziano a ruotare. L'energia meccanica viene così trasferita al generatore, che genera elettricità. Le turbine differiscono per alcune caratteristiche tecniche, così come per le camere: acciaio o cemento armato, e sono progettate per diverse pressioni dell'acqua.

Le centrali idroelettriche, a seconda del loro scopo, possono includere anche strutture aggiuntive, come chiuse, passaggi per i pesci, strutture di presa dell'acqua utilizzate per l'irrigazione e molto altro.

Il valore delle centrali idroelettriche risiede nel fatto che utilizzano risorse naturali rinnovabili per produrre energia elettrica. Dato che per le centrali idroelettriche non è necessario alcun combustibile aggiuntivo, il costo finale dell'elettricità generata è significativamente inferiore rispetto all'utilizzo di altri tipi di centrali elettriche.

Caratteristiche delle centrali idroelettriche (pro e contro)

• (+) il costo dell'elettricità nelle centrali idroelettriche è più di due volte inferiore rispetto alle centrali termiche.
• (+) Le turbine idroelettriche consentono il funzionamento in tutte le modalità dalla potenza zero alla potenza massima e consentono di modificare rapidamente la potenza se necessario, fungendo da regolatore della generazione di elettricità.
• (+) il deflusso del fiume è una fonte di energia rinnovabile
• (+) impatto significativamente inferiore sull'aria e sui ghiacciai rispetto ad altri tipi di centrali elettriche.
• (-) spesso le centrali idroelettriche efficienti sono più distanti dai consumatori e richiedono la costruzione di costose linee di trasmissione di energia (PTL).
• (-) i serbatoi occupano spesso vaste aree.
• (-) le dighe spesso modificano la natura della pesca, poiché bloccano il percorso verso le zone di riproduzione dei pesci migratori, ma spesso favoriscono un aumento degli stock ittici nel bacino stesso e l'attuazione della piscicoltura.

Autori: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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