Le principali problematiche della costruzione di microcentrali idroelettriche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il progetto per la costruzione di una microcentrale idroelettrica dipende da molti parametri: idrotecnici, naturali, dal tipo e dalla complessità delle apparecchiature utilizzate, dalle condizioni di consumo di elettricità e da altri fattori.

Di norma, se si prevede di installare una microcentrale idroelettrica con una capacità fino a 10 kW e le condizioni naturali non richiedono la costruzione di strutture idrauliche complesse, non è necessario attrarre specialisti per la progettazione. Un impianto che produce tali microcentrali idroelettriche spesso include nella fornitura, oltre all'unità idroelettrica stessa, una condotta flessibile (tubo flessibile) in pressione realizzata in vari materiali (Fig. 39). In questo caso è sufficiente realizzare una piccola presa d'acqua, collegarvi una tubazione in pressione o costruire inoltre un piccolo canale di deviazione e un bacino a pressione.

Se è prevista la costruzione di una microcentrale idroelettrica di maggiore potenza, in questo caso è più opportuno invitare specialisti (o un'organizzazione appaltatrice specializzata) con le qualifiche e l'esperienza adeguate per progettare e costruire una microcentrale idroelettrica. Per selezionare correttamente un appaltatore, sarà utile familiarizzare con i suoi documenti di qualificazione (licenze Gosarchstroy per la costruzione di centrali idroelettriche o lavori di costruzione), con i lavori precedentemente completati (micro centrali idroelettriche progettate o costruite). Se esiste una tale opportunità, puoi vedere personalmente questi oggetti, parlare con i loro proprietari o utenti e scoprire problemi pratici o difficoltà durante la costruzione e il funzionamento.

Fig.39. Micro HPP di tipo manica

Quando si costruisce una micro centrale idroelettrica con una capacità installata, ad esempio, superiore a 10 kW, oltre alla questione del costo delle apparecchiature, è necessario valutare realisticamente le proprie capacità e risorse tecniche e lavorative, i materiali che verranno utilizzati per la costruzione di un impianto di presa dell'acqua, di un canale di deviazione, di un bacino a pressione, di una fondazione di sostegno sotto le attrezzature. Queste strutture, oltre ai requisiti sui materiali, hanno requisiti abbastanza rigidi per dimensioni, metodo di produzione e costruzione.

È anche molto importante considerare la questione delle strade di accesso al cantiere - per il trasporto di materiali da costruzione, macchinari e attrezzature. Costruire anche una semplice strada tecnica o liberare l'area da pietre e alberi, livellando la superficie, può aumentare notevolmente i costi e complicare la costruzione di una micro centrale idroelettrica.

presa d'acqua

Lo scopo di una presa d'acqua è quello di prelevare l'acqua da un fiume o da un bacino idrico e consegnarla a una conduttura in pressione. Il requisito principale è che la presa funzioni a tutti i livelli di flusso, da quello più basso (bassa acqua) a quello delle piene, per far fronte di volta in volta a una grande quantità di ghiaia, sassi o altri detriti portati dalla corrente - da foglie e detriti a interi alberi.

La corretta progettazione della presa d'acqua è un fattore decisivo per il corretto funzionamento dell'intera centrale idroelettrica e una condizione importante per ridurre i costi di funzionamento e riparazione.

La presa d'acqua deve rispettare i seguenti parametri:

• essere durevole e affidabile al fine di prevenire danni alla struttura dovuti a inondazioni, colate di fango o detriti portati e garantire un funzionamento a lungo termine;
• essere dotato di vari dispositivi e meccanismi per proteggere la microcentrale idroelettrica da detriti e sedimenti del fiume;
• essere protetto da fanghiglia e ghiaccio per il funzionamento in inverno;
• essere in grado di modificare il flusso dell'acqua nel canale di deviazione in modo rapido e controllato.

Per garantire la fornitura del volume d'acqua richiesto all'unità idraulica, è necessario il ristagno dell'acqua (innalzamento del livello dell'acqua a causa del blocco completo o parziale del letto del fiume (corso d'acqua)). Il ristagno nel caso di dighe di microcentrali idroelettriche viene creato da una diga (diga), quando il canale è bloccato da una diga e viene raggiunto il livello e la fornitura d'acqua richiesti.

Nel caso delle microcentrali idroelettriche di deviazione, tale ristagno viene creato costruendo una barriera nel letto del fiume davanti all'ingresso del canale di deviazione. Tale supporto può essere creato:

• regolabile - grazie all'installazione di cancelli-regolatori (serrature);
• non regolamentato - attraverso l'uso di materiali improvvisati (pietre, strutture in cemento, ecc.).

Le figure seguenti mostrano due esempi comuni di progettazione di prese d'acqua, in cui è possibile regolare il ristagno per garantirne l'immissione nel canale di deviazione. Nel primo caso (Fig. 40), il necessario ristagno è fornito e regolato da serrature.

Fig.40. La progettazione della presa d'acqua con l'uso di porte-regolatori (serrature)

Nel secondo caso (Fig. 41), il sostegno necessario è fornito da travi di legno disposte orizzontalmente nel percorso del flusso d'acqua. Le travi sono sostenute da strutture a canale. Un cambiamento nella pressione dell'acqua (regolazione) viene fornito aggiungendo ulteriori travi per aumentare il livello dell'acqua o rimuovendole per ridurre il livello dell'acqua che ristagna.

Fig.41. Il progetto della presa d'acqua con travi in ​​legno e canale

In altri casi è possibile creare un ristagno d'acqua non regolato, posando pietre (sbarramento) o altri materiali (pezzi di cemento armato, ecc.) sul fondo del fiume immediatamente dopo l'ingresso nel canale di deviazione. La Figura 42 seguente mostra, a titolo di esempio, il disegno di un impianto di presa d'acqua sul fiume Taldy-Suu (distretto di Tyup) per una microcentrale idroelettrica con una capacità di 60 kW.

Fig.42. Disegno di un'opera di presa dell'acqua sul fiume Taldy-Suu (distretto di Tyupsky) per una microcentrale idroelettrica con una capacità di 60 kW

L'imbocco del canale deviatore deve essere ben rinforzato contro l'erosione idrica e realizzato in cemento armato o pietrisco. Deve essere dotato di un regolatore a saracinesca (gateway) per garantire una variazione del volume di acqua immessa nel canale di deviazione, nonché per chiudere completamente l'acqua fornita all'unità idroelettrica per il periodo di riparazione o manutenzione dell'impianto micro HPP (Fig. 43).

Fig. 43 Chiusa di presa d'acqua del canale di deviazione sul fiume Taldy-Suu (distretto di Tyup) per una microcentrale idroelettrica con una capacità di 60 kW

L'ingresso al canale di deviazione dovrebbe avere una sporgenza (Fig. 44), come trappola per pietre, ghiaia, sabbia e altri sedimenti. Tuttavia, la sporgenza non può fornire una protezione al 100% dai sedimenti, questa è la prima barriera sul loro percorso. La progettazione delle strutture idrauliche può prevedere altri dispositivi di protezione dai sedimenti installati oltre l'opera di presa. La cengia è realizzata nella zona dell'imbocco del canale di deviazione, sotto forma di una depressione sul fondo. Deve essere periodicamente controllato per la sua pienezza e richiede una pulizia regolare.

Fig. 44 La versione classica dell'opera di presa d'acqua (vista in sezione della struttura)

canale di derivazione

Il canale di deviazione viene utilizzato per portare l'acqua dall'impianto di presa alla condotta forzata. Può essere realizzato sotto forma di un canale di terra o di cemento, oppure costruito con vassoi o ricci di cemento - sotto forma di una tubazione di plastica o metallo, come viene praticato nei paesi scandinavi.

Il canale di deviazione può avere qualsiasi lunghezza: da zero (se la conduttura in pressione inizia immediatamente dalla presa d'acqua o dalla diga) a diversi chilometri.

I canali di deviazione più economicamente validi sono i canali terrestri aperti. Ma presentano una serie di problemi associati agli elevati requisiti di manutenzione; perdita d'acqua; frane causate da infiltrazioni d'acqua dalle pareti dei canali non rivestite, la necessità di avere una pendenza stabile e relativamente pianeggiante. Per questo, quando si costruisce un canale di deviazione in terra, è necessario tenere conto del calcolo della sua pendenza entro i valori di 0,002.0,003, cioè un dislivello di 2-3 m ogni 1000 m del lunghezza del canale. L'aumento della pendenza può portare alla successiva erosione delle pareti di terra del canale, mentre la sua riduzione può provocarne il congelamento in inverno.

I canali di deviazione in cemento armato (compresi vassoi e sezioni di correnti ad alta velocità), così come in metallo o plastica, non presentano gli svantaggi inerenti ai canali di deviazione in terra: sono più resistenti e più durevoli, richiedono meno manutenzione e riparazione. Tali canali possono avere una pendenza più ripida rispetto ai canali terrestri e quindi essere meno soggetti al congelamento. Per evitare il congelamento, i canali di derivazione realizzati con tali materiali possono essere ulteriormente isolati (coperti con lastre, materiali isolanti, approfonditi nel terreno.

Tuttavia, in fase di progettazione è necessario tenere presente che un'ampia pendenza del canale di deviazione (e, di conseguenza, una portata elevata) presenta alcuni svantaggi.

In primo luogo, una progettazione più complessa del bacino a pressione - l'acqua deve entrarvi rispettando un certo regime, di regola - in uno stato calmo, in modo da non formare interruzioni all'interno del bacino a pressione, e anche per non distruggerlo nel tempo . Un'ampia pendenza del canale di deviazione e, di conseguenza, un'elevata portata, in generale, possono portare alla rapida distruzione delle strutture idrauliche delle micro centrali idroelettriche.

In secondo luogo, una grande pendenza riduce la pressione (differenza di altezza tra monte e valle). Di conseguenza, ciò ridurrà la capacità della microcentrale idroelettrica. L'altezza della testata è un fattore importante per la potenza e, soprattutto, per il costo di una microcentrale idroelettrica. Le attrezzature a bassa prevalenza sono molto più costose di quelle ad alta prevalenza. Inoltre è di grandi dimensioni e comporta la realizzazione di strutture più grandi per la sua installazione (fondazione di sostegno, sala macchine, ecc.).

La tabella seguente riassume i principali dati sui materiali per la realizzazione di un canale di deviazione, con i loro pregi e difetti.

Un progetto utile per garantire il funzionamento di una microcentrale idroelettrica è uno scivolo per i fanghi. Il dispositivo di scarico dei fanghi impedisce ai fanghi che si formano durante la stagione fredda di entrare nella vasca di pressione e nella camera della turbina. Viene posizionato nel dispositivo di presa davanti al canale deviatore con canale deviatore sufficientemente corto e a condizione che i fanghi si formino solo nel fiume. Con canali di deviazione lunghi esiste la possibilità che si formino fanghi nel canale stesso. In questo caso i dispositivi di scarico dei fanghi sono posti davanti alla vasca a pressione.

Il dispositivo di scarico del rumore sotto forma di vassoio trasversale è installato perpendicolarmente o con una certa angolazione rispetto alla direzione del flusso dell'acqua nel canale di deviazione (Fig. 45).

Fig.45 Un esempio di scarica di rumore su un canale di derivazione

Il fondo della vasca dei fanghi è posizionato sotto l'orizzonte dell'acqua in modo che i fanghi non passino sotto di esso, ma vengano scaricati dalla parete posteriore nel canale dei fanghi, che devierà l'acqua raccolta con i fanghi nel fiume. Il dispositivo di rilascio dei fanghi viene rimosso quando non sono presenti fanghi.

bacino di pressione

Il bacino a pressione di una microcentrale idroelettrica è una struttura per collegare un canale di deviazione con una tubazione a pressione, per creare la pressione e il volume d'acqua necessari, nonché per pulire il flusso da rifiuti, sedimenti e scaricare l'acqua in eccesso. Garantisce inoltre il mantenimento del regime idrico necessario per il corretto funzionamento dell'unità idraulica.

Il design classico del bacino a pressione comprende (Fig. 46):

• interfaccia con il canale di deviazione (ingresso dell'acqua nella vasca in pressione);
• muro di troppopieno - per scaricare l'acqua in eccesso e detriti galleggianti;
• cancelli (serrature) per regolare il flusso d'acqua nella conduttura in pressione e scaricare acqua e sedimenti di fondo;
• sfioratore - per il drenaggio dell'acqua;
• griglia per i rifiuti - per evitare che detriti e legni entrino nella tubazione in pressione.

Fig.46 Progetto di un bacino pressurizzato per una microcentrale idroelettrica con una capacità di 60 kW sul fiume Taldy-Suu (distretto di Tyupsky)

Il bacino di pressione deve essere realizzato in cemento armato. La dimensione del bacino a pressione viene solitamente determinata in base alle specifiche del produttore dell'apparecchiatura. Deve avere un'altezza minima per far fronte ai rapidi cambiamenti del flusso della turbina senza abbassare eccessivamente il livello dell'acqua nella vasca di carico. Come regola generale, il margine di volume richiesto corrisponde a 30 secondi di flusso di progetto della turbina.

Conduttura a pressione

Le tubazioni in pressione forniscono l'acqua dal bacino a pressione alla camera della turbina. Possono essere installati sia sulla superficie della terra che nel sottosuolo.

L'installazione fuori terra è l'opzione preferita se il percorso del gasdotto si trova su un terreno roccioso dove lo scavo della trincea sarebbe troppo costoso. È inoltre preferibile posizionare le tubazioni metalliche in pressione fuori terra per facilitare i lavori di riparazione e prevenzione della corrosione.

Una tubazione in pressione sotterranea può presentare numerosi vantaggi per i seguenti motivi:

• nessuna necessità di giunti di dilatazione;
• non sono richiesti supporti intermedi su cui è posata la tubazione;
• i materiali di imbottitura (lettiera di sabbia) che circondano la tubazione possono assorbire i carichi d'urto.

Gli svantaggi delle condotte sotterranee sono i costi aggiuntivi e che nei tratti ripidi i materiali del tampone possono essere dilavati, quindi è necessario realizzare recinzioni per contenere il materiale.

La tabella seguente fornisce informazioni di base sui materiali per le tubazioni in pressione.

costruzione della stazione

L'edificio della microcentrale idroelettrica è il luogo di installazione dell'unità idroelettrica e del sistema di controllo della microcentrale idroelettrica. Fornisce inoltre protezione all'attrezzatura da pioggia, neve e basse temperature.

Esistono molti modi per costruire fuori terra, che devono essere realizzati in base ai codici e ai regolamenti locali, alla disponibilità dei materiali e alle condizioni climatiche. Per le condizioni climatiche di montagna sono generalmente adatte pareti in mattoni o muratura o blocchi di cemento armato.

I trasformatori dovrebbero essere posizionati all'esterno dell'edificio della stazione o in una stanza separata.

L'opzione migliore per costruire una fondazione per un edificio e una fondazione portante per un'unità idraulica è il cemento armato. Con attrezzature di piccole dimensioni è consentito costruire una fondazione in pietrisco di cemento.

L'opzione migliore è utilizzare il disegno dettagliato della fondazione portante per la sua corretta costruzione e il rispetto delle specifiche necessarie per il fissaggio dell'attrezzatura. Questo di solito viene fornito dal produttore dell'apparecchiatura o dall'organizzazione appaltante. La Figura 47 di seguito mostra un micro edificio HPP con una capacità di 60 kW sul fiume Taldy-Suu (villaggio Taldy-Suu, distretto di Tyup).

Fig. 47 Schema per la costruzione di una microcentrale idroelettrica con una capacità di 60 kW sul fiume Taldy-Suu (distretto di Tyup)

Questo disegno mostra gli elementi principali dell'edificio della centrale e la fondazione portante dell'unità idroelettrica. Questa micro HPP ha una turbina radiale-assiale con albero verticale.

I seguenti punti dovrebbero essere considerati quando si progetta qualsiasi edificio della stazione:

• adeguata ventilazione per eliminare le dispersioni di calore del generatore;
• un blocco per il sollevamento della turbina, del generatore e dei cancelli durante le riparazioni e manutenzioni periodiche;
• spazio di lavoro sufficiente all'interno dell'edificio per riparare le apparecchiature;
• porte d'ingresso di dimensioni sufficienti per accogliere le attrezzature più grandi;
• una trincea o un abbeveratoio per una conduttura in pressione con drenaggio in modo che le perdite d'acqua non allaghino l'edificio della stazione;
• messa a terra nelle fondamenta dell'edificio, oppure picchetti di terra interrati in più punti attorno all'edificio.

Particolare attenzione dovrà essere posta nella realizzazione di un tratto di deviazione per la corretta deviazione dell'acqua dalla turbina nel fiume. Il tratto di efflusso deve essere rinforzato in modo che l'acqua in uscita non eroda sia il tratto stesso che i punti di immissione dell'acqua nel fiume. Può essere realizzato in cemento armato. È consentito fabbricarlo da macerie di cemento, fatta salva la relativa bassa potenza della microcentrale idroelettrica.

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

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