Centrală hidroelectrică

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Barajul lacului Campotosto , cel mai mare bazin artificial din Italia

O centrală hidroelectrică este un set de lucrări de inginerie hidraulică poziționate într-o anumită succesiune, cuplate la o serie de mașini electrice adecvate (de exemplu, alternator și transformator ) pentru a obține producția de energie electrică din mase de apă în mișcare sau adecvate. energie cinetică la energie electrică .

Descriere

Centralele hidroelectrice au particularitatea de a putea fi activate și dezactivate în câteva minute cu deschiderea imediată a obloanelor hidraulice , oferind astfel posibilitatea de a acoperi cu ușurință vârfurile de cerere bruscă care pot apărea. Dimpotrivă, majoritatea centralelor termoelectrice și nucleare au timpi de aprindere mai mari, chiar și zeci de ore, necesare pentru reglarea termică a utilajelor și, prin urmare, sunt un tip de centrale „mereu pornite” (sau „de bază”). .

Dezavantaje

O problemă legată de hidrocentrale este îngroparea progresivă în care bazinele de acumulare se întâlnesc inevitabil în timp. Pentru a evita acest lucru, acestea trebuie dragate periodic.

Problemele de mediu pot fi constituite de faptul că barierele (barajele) blochează transportul solid al râurilor (nisipuri și pietrișuri) prin modificarea echilibrului dintre alimentarea solidă și activitatea erozivă din cursul de apă din aval (eroziunea râului albiei râului și, uneori, , "tăiere meandră " datorită vitezei mai mari) la mare unde, datorită alimentării reduse sau lipsite de soliditate asistăm la fenomenul eroziunii de coastă. [ Atribuirea fenomenului cel puțin pentru a fi susținută cu sursă. Vezi discuția ] Bazinele hidroelectrice mari pot avea, în unele cazuri, și impacturi asupra mediului și socio-economice de diferite magnitudini sau severitate asupra zonelor înconjurătoare (modificarea peisajului și distrugerea habitatelor naturale, deplasările populației, pierderea zonelor agricole etc.) și studiul de fezabilitate trebuie să fie deosebit de precis, în special în ceea ce privește analiza precisă a geologiei versanților și a „umerilor” pe care se va lipi barajul, fără a neglija niciun detaliu. Numai în acest fel va fi posibil să se evite tragedii precum cea a văii Vajont , care în toamna anului 1963 a distrus orașul Longarone și alte două orașe din vale, provocând 1970 de victime. Multe dintre aceste probleme de mediu nu apar la uzinele „MINI-HYDRO”, care în majoritatea cazurilor nu necesită construirea barajelor (a se vedea 1.1 centrale electrice de râu ).

Clasificare după tip

Plantele sunt clasificate în funcție de diferite tipuri de sisteme:

Plante de apă curgătoare

Centrală hidroelectrică (mijlocul anilor 1800) în Villa Castelli (Br)

Se găsesc mai presus de toate acolo unde mase mari de apă ale râurilor depășesc diferențe modeste de înălțime; apa este transportată într - un canal de derivație (nu un stăvilar ) și prin aceasta a trimis la turbine care datorita rotatiei in împingerea apei, producând astfel deplasarea turbinelor, fiecare dintre care este cuplat la un alternator care transformă mișcarea de de rotație în electricitate.

Viteza conferită de apă turbinelor este generată printr-o diferență de altitudine, numită "salt", care se traduce prin presiune hidrodinamică la altitudinea în care sunt poziționate turbinele.

Bazinul central

Baraj cu arc folosit pentru a produce curent electric

Spre deosebire de „centralele electrice cu apă curentă”, se creează un lac artificial , denumit bazin de încărcare, prin digul unui defileu fluvial cu un baraj , din care pleacă stâlpi , care sunt îmbogățiți cu un puț piezometric (interpus înainte de turbină) care amortizează și evită efectele perturbatoare ale ciocanului cu apă (suprapresiuni enorme care sunt generate atunci când turbina este oprită prin închiderea conductei). În aval există un bazin calm în care apele turbulente care tocmai au ieșit din centrală sunt calmate înainte de a fi reintroduse în debitul normal al râului.

Centrale electrice cu sisteme de stocare

Spre deosebire de „centralele electrice de rezervor”, centralele electrice cu sisteme de stocare sunt echipate cu un bazin de colectare și în aval: apa care a generat electricitate în timpul zilei trecând prin turbine poate fi readusă din bazinul văii în bazinul din amonte. În timpul orelor de cerere mai mică de energie (de exemplu noaptea), prin pompare, folosind pentru această operație excesul de energie electrică produsă de centralele de tip „mereu pornit” care nu pot fi acumulate altfel. Cu alte cuvinte, bazinul din amonte este „reîncărcat” în timpul nopții și, prin urmare, masele de apă readuse în amonte pot fi reutilizate în orele cu cea mai mare cerere de energie [1] [2] .

Istorica centrală hidroelectrică Esterle din Porto d'Adda, o fracțiune din Cornate , (MB) , situată pe malul drept al râului Adda
Exemplu de centrală hidroelectrică echipată cu un sistem de pompare

În aceste instalații de acumulare , se fac grupuri ternare de mașini, adică turbina, pompa și mașinile electrice care, fiind reversibile, funcționează ca generator sau motor, dacă este necesar. Dacă centrala este echipată exclusiv cu un bazin în amonte și un bazin de vale (fără, prin urmare, o componentă „curgătoare”), centrala se numește centrală hidroelectrică cu ciclu închis sau chiar stație de pompare . În unele instalații este, de asemenea, posibil să se exploateze reversibilitatea unor turbine, cum ar fi turbina Francis , care în funcționarea sa inversă funcționează ca o pompă, reducând costurile instalației și întreținerea, împotriva unei pierderi acceptabile de eficiență. De acest tip este instalația de pompare de 1000 MW din Edolo, în provincia Brescia, care folosește 8 turbopompe Francis de 125 MW.

Există instalații ale acestei tehnologii la scară mică, adică în clădiri, chiar dacă acestea nu par a fi avantajoase din punct de vedere economic din cauza economiilor de scară nefavorabile. [3] În plus, pentru o capacitate semnificativă de stocare este necesară o rezervă mare de apă, ceea ce reprezintă o adaptare dificilă în realitățile urbane. [3] Cu toate acestea, unii autori își apără simplitatea tehnologică și apreciază furnizarea sigură a apei necesară ca o externalitate importantă. [3]

Clasificarea puterii

Puterea unei centrale hidroelectrice depinde de doi termeni:

  • saltul sau capul: diferența de înălțime între altitudinea la care este disponibilă resursa de apă care urmează a fi exploatată și nivelul la care este returnată după trecerea prin sistem
  • debitul: masa de apă care curge prin sistem într-o unitate de timp.

În funcție de puterea nominală, se disting următoarele:

  • microimplante: putere < 100 kW p;
  • mini-centrale: 100 kWp - 1 MWp
  • centrale mici: 1 - 10 MWp
  • centrale mari:> 10 MWp.

Implanturile pot fi, de asemenea, clasificate în funcție de cădere sau salt (H):

  • Cădere scăzută: H < 20 m
  • Căderea medie: H = 20–100 m
  • Cădere mare: H = 100-1000 m
  • Cădere foarte mare: H> 1000 m

În cele din urmă, acestea pot fi clasificate în domeniul de aplicare (Q)

  • Gama mică: Q < 10 / s
  • Debit mediu: Q = 10–100 m³ / s
  • Debit mare: Q = 100-1000 m³ / s
  • Debit foarte mare: Q> 1000 m³ / s

Producția mondială de hidroelectricitate

Capacitatea instalată a energiei hidroelectrice (MW) [4]
# Țară 2020
1 China China 370.160
2 Brazilia Brazilia 109.318
3 Statele Unite Statele Unite 103.058
4 Canada Canada 81.058
5 Rusia Rusia 51.811
6 India India 50.680
7 Japonia Japonia 50.016
8 Norvegia Norvegia 33.003
9 curcan curcan 30.984
10 Franţa Franţa 25.897
11 Italia Italia 22,448
12 Spania Spania 20.114
13 Vietnam Vietnam 18.165
14 Venezuela Venezuela 16.521
15 Suedia Suedia 16,479
16 elvețian elvețian 15.571
17 Austria Austria 15.147
18 Iran Iran 13,233
19 Mexic Mexic 12,671
20 Columbia Columbia 12,611
21 Argentina Argentina 11,348
22 Germania Germania 10.720
23 Pakistan Pakistan 10.002
24 Paraguay Paraguay 8.810
25 Australia Australia 8,528
26 Laos Laos 7.376
27 Portugalia Portugalia 7.262
28 Chile Chile 6.934
29 România România 6.684
30 Coreea de Sud Coreea de Sud 6.506
31 Ucraina Ucraina 6.329
32 Malaezia Malaezia 6.275
33 Indonezia Indonezia 6.210
34 Peru Peru 5.735
35 Noua Zeelanda Noua Zeelanda 5.389
36 Tadjikistan Tadjikistan 5,273
37 Ecuador Ecuador 5.098

Mini-hidrocentrale

Cele mai mari posibilități ale noilor instalații hidroelectrice sunt în prezent la scară mică, prin utilizarea centralelor care pot fi clasificate ca minihidro, adică cu o dimensiune mai mică de 10 MW (prin urmare, acestea includ mici, mini și micro, conform clasificare anterioară).

În 2003, potrivit datelor de la GRTN ( Manager Național de Rețea de Transmisie ), în Italia erau activi:

  • 1 122 centrale de la 0 la 1 MW
  • 583 centrale de la 1 la 10 MW

pentru o putere instalată de aproximativ 2 300 MW.

Minidro este considerat, în documentele de planificare a surselor regenerabile, ca unul dintre sectoarele în care este posibil să se realizeze dezvoltări majore.

Unii factori care fac această categorie de implanturi interesantă:

  • Acoperirea cererii naționale de energie electrică . Deși au o putere unitară limitată, acestea pot deveni foarte numeroase în general și, prin urmare, aduc o contribuție deloc neglijabilă. În contextul actual al liberalizării pieței energiei electrice, acestea contribuie, de asemenea, pozitiv la generarea distribuită și la extinderea mixului energetic;
  • Protejarea mediului . Centralele hidroelectrice mici se caracterizează prin construcție și metode organizatorice cu impact redus asupra teritoriului; în plus, pot fi gestionate, cel puțin pentru funcționarea obișnuită, și de comunități mici (unele plante, de exemplu, sunt gestionate de administratorii colibelor alpine) și, de asemenea, integrate într-o utilizare multiplă și echilibrată a resurselor de apă;
  • Protecția teritoriului : prezența plantelor mici pe teritoriu duce la observarea și întreținerea teritoriului;
  • Tehnologie : mini-hidro sunt centrale hidroelectrice care se bazează pe tehnologiile consolidate ale centralelor majore; în cazul dimensiunilor „micro”, tehnologiile sunt mai inovatoare și oferă un spațiu amplu pentru dezvoltare;
  • Costuri competitive de instalare și timpi de recuperare în comparație cu alte surse de energie regenerabile, datorită și formelor de stimulente.

Configurarea mini-sistemelor hidro

Subdiviziunea în funcție de dimensiunea centralelor hidroelectrice se bazează pe puterea instalată, care este proporțională cu produsul dintre debitul și capul de apă. În consecință, minihidrocentralele nu sunt toate cele cu cele mai scăzute niveluri de scufundare sau cele mai mici debituri. De exemplu, o instalație cu o putere apropiată de 10 MW poate fi construită prin exploatarea căderilor medii și a debitelor mici sau a căderilor mici și a debitelor medii.

Minihidrocentralele cu putere cuprinsă între 100 kW și 10 MW au o configurație similară cu centralele mai mari.

Dimensiunea redusă a plantelor necesită ca, pentru a fi convenabil din punct de vedere economic, următoarele costuri sunt minime:

  • Investiții inițiale:
    • Pentru utilaje, s-au dezvoltat turbine hidraulice sau grupuri complete compuse din turbină, generator și echipamente de comandă și control, cu caracteristici de construcție în masă mai mult sau mai puțin împinse. În ceea ce privește lucrările civile, unele plante, de tipul râului, exploatează sărituri foarte limitate (de la 2-3 m până la 20-30 m), deja disponibile în natură sau lucrări preexistente, asemănătoare traverse. În aceste aplicații, se utilizează turbine axiale verticale (elicoidale sau Kaplan ), care sunt mai potrivite pentru construcții standardizate cu posibilitatea reducerii semnificative a costurilor. Există, de asemenea, mini-instalații hidro care utilizează capete medii, cu axe orizontală Francis , Pelton sau turbine cu flux transversal.
  • Costuri de gestionare: pentru a minimiza costurile de operare și întreținere, asigurând în același timp utilizarea maximă a resurselor hidraulice disponibile, principalele măsuri sunt:
    • construcția de instalații destinate să funcționeze cu funcționare automată fără pilot, deci fără personal de tură desemnat să le conducă;
    • definirea atentă a condițiilor funcționale reale și suficiente, care trebuie îndeplinite, chiar și prin renunțarea la operațiuni grele pentru a adapta funcționarea instalației la situații de exploatare ocazionale;
    • realizarea simplificării maxime a diagramelor sistemelor automate indispensabile, electrice și hidraulice la serviciul grupurilor, printr-o proiectare corectă coordonată a sistemelor, pentru a reduce numărul de componente, pentru a facilita căutarea și eliminarea defecțiunilor , contribuind astfel la creșterea fiabilității;
    • alegerea atentă și adoptarea componentelor extrem de fiabile instalate corect și reglate cu atenție în fiecare detaliu înainte de începerea operațiunii, pentru a reduce cât mai mult posibil intervențiile pentru control și întreținere și pentru a evita cauzele defecțiunilor cu producția pierdută.

Micro-plante

În ceea ce privește „microhidro”, adică centralele sub 100 kW de putere, valoarea nu constă atât în ​​contribuția energetică pe care o pot da nevoilor naționale de energie electrică, cât mai degrabă în valorificarea resurselor de apă la nivel local ele reprezintă o modalitate de exploatare a unei surse de energie regenerabilă, care altfel ar fi dispersată, cu un impact foarte mic asupra mediului.

Principalele avantaje sunt următoarele:

  • exploatează resursele de apă mai mici, disponibile în mai multe site-uri, iar instalarea lor este foarte simplă
  • au nevoie de o resursă de apă limitată pentru a produce electricitate
  • produc electricitate aproape de utilizatori prin generare distribuită
  • nu sunt voluminoase și relativ ușor de transportat.

Steffturbina face parte din micro plante.

Turbine pentru mini-hidro

În minihidro, se utilizează turbine similare din punct de vedere conceptual cu cele pentru instalațiile mai mari, proiectate cu măsuri de precauție adecvate. Turbinele aplicate pe această dimensiune de plante au următoarele caracteristici.

O altă soluție pentru mini-sistemele hidro cu capete foarte joase este turbina VLH ( Very Low Head ), capabilă să exploateze sărituri începând de la 1,4 m. [5]

Turbină cu melc (sau șurub Archimedean)

Funcționează pe principiul „invers” al pergamentului lui Arhimede, brevetat recent ca turbină hidroelectrică. Este deosebit de potrivit pentru funcționarea în prezența resturilor, simplitatea instalării și întreținerii, costurile reduse de instalare și gestionare, posibilitatea de a funcționa chiar și cu debituri minime de apă, deci în cursuri de apă cu debit discontinuu. Turbinele cu melc sunt utilizate pentru capete de la 1 la 10 metri și debitele de apă de la 0,5 la 5,5 / s .

Turbină cu cap foarte scăzut (VLH)

Turbina VLH ( Very Low Head ) este o turbină care vizează în principal o gamă îngustă de capete (de la 1,4 la 3,4 m) și debitele (de la 10 la 27 m³ / s), o versiune armată este de asemenea disponibilă pentru salturi în sus până la 4,5 m. Acest lucru are ca rezultat un domeniu de putere pe unitate de la 100 la 500 kW (la nivel de rețea). În plus față de aproape unicitatea gamei incluse de turbina VLH, acest tip de instalație este deosebit de eficient în locurile în care este necesar să se dezvolte un sistem cu impact redus asupra mediului (turbina și generatorul sunt scufundate), cu o reducere substanțială a lucrărilor civile și protecția peștilor. [6]

Roată hidraulică

Roata de apă este o mașină gravitațională care folosește greutatea apei (energia potențială) și o parte a energiei cinetice pentru a produce energie. Roțile de dedesubt pot fi utilizate în locuri cu salturi sub 1,5 m și debite maxime de 1 m³ / s pe metru de lățime ( https://www.youtube.com/watch?v=f-AfK2Bl4NY ), roțile din lateral în site-uri cu salturi de până la 4 m și debite maxime de 600 l / s pe metru de lățime ( https://www.youtube.com/watch?v=dCVWwPHCENc ) și roțile de sus pentru salturi între 3 - 6 m și debite maxime de 100-200 l / s pe metru de lățime ( https://www.youtube.com/watch?v=O5CQ6wjZ02U ). Performanțele hidraulice maxime variază între 70 și 85%.

Microturbină Pelton cu axă orizontală sau verticală

Foarte similar cu turbinele utilizate în fabricile mai mari. Datorită numărului relativ mic de rotații, este potrivit pentru sistemele cu salturi de apă de câteva sute de metri. Construcție simplă și robustă, cu dimensiuni reduse și performanțe excelente, funcționează la presiune atmosferică și nu pune probleme de etanșare. Este echipat cu lame duble de lingură, cu un număr de jeturi de până la șase. În general, toate componentele mecanice principale sunt realizate din oțel inoxidabil. Turbinele Pelton sunt cele mai frecvent utilizate în micro-plante, deoarece sunt cele mai potrivite pentru a exploata potențialul asociat cu debitele limitate.

Microturbină Turgo

Este o turbină cu acțiune de tip Pelton și este potrivită pentru sărituri de la 30 la 300m. Este potrivit pentru situații cu variații considerabile ale fluxurilor de apă și pentru apele tulburi.

Microturbină cu flux radial sau transversal

Este utilizat pentru sisteme de putere redusă, deoarece este potrivit pentru salturi de la câțiva metri până la 100 de metri și pentru debitele de la 20 la 1000 litri / secundă. Admisia de apă este radială, cu particularitatea unei acțiuni duble a fluidului asupra lamelor. Transmiterea mișcării către generator este încredințată unei curele dințate. În general componentele metalice sunt fabricate din oțel inoxidabil. Eficiența turbinelor cu flux transversal este mai mică decât a turbinelor Pelton, dar au o ușurință mai mare de construcție și o adaptabilitate mai bună la salturi mici.

Francis miniturbine

Miniturbina Francis este o turbină de reacție valabilă pentru centralele cu putere de aproximativ 100 kW. Conceptul de construcție este foarte similar cu turbinele pentru instalațiile mai mari. Avantajul acestei mașini constă în exploatarea tuturor capetelor disponibile, până la canalul de descărcare. Construcția complexă, viteza mare de rotație care provoacă frecare și uzură și unele probleme de etanșare fac ca instalarea acestor turbine în instalații mici să fie problematică.

Lege

Operatorul unei centrale hidroelectrice trebuie să plătească organismelor publice locale (municipalități, provincie și regiune) taxe, așa-numitele taxe pentru apă , pentru concesionarea și exploatarea apelor publice.

Notă

  1. ^ Vârfurile consumului apar de obicei la jumătatea dimineții și la jumătatea după-amiezii.
  2. ^ Arduino , p. 472 .
  3. ^ a b c Guilherme de Oliveira e Silva și Patrick Hendrick, Depozitare hidroenergetică pompată în clădiri , în Energia aplicată , vol. 179, 1 octombrie 2016, pp. 1242-1250, DOI : 10.1016 / j.apenergy.2016.07.046 . Adus pe 10 martie 2017 .
  4. ^ STATISTICI PRIVIND CAPACITATEA RENOVABILĂ 2021 pag. 17
  5. ^ http://www.vlh-turbine.com/gamma .
  6. ^ Amabilitatea peștilor®

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Thesaurus BNCF 40581 · GND (DE) 4064745-6