L'ús de l'energia del flux d'aigua, el dispositiu d'estructures hidràuliques de les centrals hidroelèctriques (HPP)

L'energia de l'aigua flueix

L'energia (potencial) que té el cabal d'aigua ve determinada per dues magnituds: la quantitat d'aigua que flueix i l'alçada de la seva caiguda a la boca.

En estat natural, l'energia del cabal del riu es gasta en l'erosió del canal, transferència de partícules del sòl, fricció a les ribes i al fons.

D'aquesta manera, l'energia del flux d'aigua es distribueix per tot el flux, encara que de manera desigual, depenent dels pendents del fons i del cabal secundari de l'aigua. Per utilitzar l'energia del flux dins d'una àrea determinada, cal concentrar-la en una secció, en una alineació.

De vegades, aquesta concentració la crea la natura en forma de cascades, però en la majoria dels casos s'ha de crear artificialment, amb l'ajuda de estructures hidràuliques.

La central hidroelèctrica d'Itaipú és la central hidroelèctrica més gran del món per a la producció d'electricitat

L'energia es concentra a l'obra centrals hidroelèctriques (HPP) dues maneres:

• una presa que bloqueja el riu i que aixeca aigua a la conca aigües amunt — aigües amunt N metres des del nivell de la conca aigües avall — aigües avall. La diferència entre els nivells H aigües amunt i aigües avall s'anomena capçalera. Les centrals hidroelèctriques on la capçalera és creada per una presa s'anomenen quasi-presa i solen construir-se sobre rius plans;

• amb l'ajuda d'un canal de derivació especial: un canal de derivació. Les estacions derivades es construeixen principalment en zones muntanyoses. El canal de desviament té un pendent molt reduït, per la qual cosa al seu extrem es concentra tota la capçalera del tram del riu envoltat pel canal quasi completament.

Força de flux en l'alineació de l'estructura està determinada per la quantitat d'aigua que passa per la porta en un segon, Q i la capçalera H. Si Q es mesura en m3/s, i H en metres, el cabal a la secció serà igual a:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Només una part d'aquesta capacitat, igual a l'eficiència de la instal·lació, s'utilitzarà en els generadors elèctrics de la central hidroelèctrica. Per tant, la potència de la central elèctrica a la capçalera H i el flux d'aigua per les turbines Q serà:

P = 9,81*B* H* eficiència kW.

Sala de màquines per a una central hidroelèctrica

En condicions reals de funcionament de les centrals hidroelèctriques, part de l'aigua es pot abocar més enllà de les turbines.

L'energia dels rierols s'ha utilitzat durant segles. L'ús generalitzat de l'energia de l'aigua va ser possible només a finals del segle XIX, quan es va inventar. transformador elèctric i creat sistema de corrent altern trifàsic... La capacitat de transmetre energia a llargues distàncies va permetre aprofitar l'energia dels corrents d'aigua més potents.

La central hidroelèctrica de les Tres Gorges de la Xina, situada al riu Yangtze, és la més gran del món pel que fa a la capacitat instal·lada.

Composició i ordenació de les instal·lacions hidrotècniques de les centrals hidroelèctriques

L'estructura de la unitat d'estructures d'una central hidroelèctrica de presa inclou normalment:

• cap de presa. Als trams superiors de la presa es forma un embassament de major o menor volum en funció de les condicions topogràfiques i de l'alçada de la presa, que regula el cabal d'aigua per les turbines d'acord amb el calendari de càrrega;

• edifici hidroelèctric;

• canalons, amb una finalitat diferent i un disseny corresponentment diferent: abocar l'excés d'aigua que no s'utilitza a les turbines, per exemple durant les inundacions (desbordaments); per rebaixar l'horitzó d'aigua a les aigües de desbordament, que de vegades és necessari, per exemple, en reparar instal·lacions hidràuliques (drenatge); per a la distribució d'aigua entre usuaris d'aigua (instal·lacions de captació d'aigua);

• instal·lacions de transport — rescloses navegables, que proporcionen per la navegació pel riu, prestatgeries i basses per al ràfting de fusta;

• instal·lacions de pas de peix.

Secció de construcció de la central hidroelèctrica

Estructures típiques de la central hidroelèctrica de derivació — canal de derivació i canonades des del canal fins a les turbines.

El principal valor, el més responsable tècnicament i l'enllaç més car del bloc de centrals hidroelèctriques és la presa. Les preses es distingeixen al llarg del camí de pas de l'aigua:

• sordque no permeten el pas de l'aigua;

• sobreeixidoren què l'aigua desborda la cresta de la presa;

• tauler de panellque deixen entrar aigua quan s'obren els escuts (portes).

Cornalvo és una presa d'Espanya, a la província de Badajoz, que porta gairebé 2.000 anys en funcionament.

Les preses solen ser de terra i formigó.

El perfil transversal de la presa de terra: 1 — dent; 2 — capa protectora de sorra i grava; 3 — quadrícula d'argila: 4 — cos de presa; 5 — Capa base impermeable

La figura mostra el perfil d'una presa d'argila construïda sobre una capa permeable de poc gruix. El cos de la presa es descarrega de qualsevol sòl que no contingui una gran quantitat d'impureses orgàniques i sals solubles en aigua.

Quan s'omple una presa amb sòls permeables, es col·loca una reixeta d'argila al cos de la presa per evitar la filtració de l'aigua. La capa permeable sobre la qual es construeix la presa es talla amb una dent impermeable per les mateixes raons.

Si la presa està completament plena d'argila o sòl sorrenc, no cal que hi hagi una barrera de filtració. A la part superior, la pantalla està coberta amb una capa protectora de sorra i grava, que al seu torn està protegida de l'erosió de les ones per un paviment de pedra (des de la cresta de la presa fins a una marca que es troba entre 0,5 i 0,7 m per sota de l'horitzó d'aigua més baix possible). a les aigües superiors).

En omplir una presa d'argila, cada capa es compacta acuradament amb rodets. És inadmissible drenar l'aigua a través de la cresta d'una presa d'argila, ja que hi ha perill d'erosió. Normalment es construeix una carretera al llarg de la carena d'una presa de terra, que defineix l'amplada de la carena. La carena està asfaltada de la manera habitual.

L'amplada de la base de la presa depèn de la seva alçada i de la inclinació assumida dels talussos cap a l'horitzó. El vessant aigües amunt es torna més pla que el vessant aigües avall.

Actualment, el mètode d'hidromecanització s'utilitza àmpliament en la construcció de grans preses de terra.

Willow Creek Dam, Oregon, EUA, una presa de gravetat feta de formigó

Esquema d'una presa cega de formigó: 1 — drenatge de la presa; 2 — galeria de visualització; 3 — col·lector; 4 — drenatge de la base

La figura mostra una presa de formigó buida de perfil regular amb un carril de circulació al damunt. Per a una connexió més fiable de la presa amb el sòl i els bancs, la base de la presa es fa en forma de diverses cornisas. Una dent amb una profunditat de 0,05 a 1,0 Z es troba al costat de pressió.

Per combatre la filtració, es col·loquen cortines antifiltració sota la dent, per la qual cosa, mitjançant un sistema de forats amb un diàmetre de 5 a 15 cm, la solució de ciment s'injecta a les esquerdes de la base (sòl).

Tot i que el cos de la presa és de formigó massís, l'aigua sempre s'hi filtra. Per drenar aquesta aigua aigües avall, a la presa es disposa un sistema de drenatge, format per pous verticals - desguassos (amb un diàmetre de 20 - 30 cm) fets al cos de la presa cada 1,5 - 3 m.

L'aigua drenada a través d'elles entra a les cubetes de la galeria d'observació 2, des d'on es condueix a través dels col·lectors horitzontals 3 fins a la piscina inferior. La galeria d'observació, que recorre el cos de la presa en tota la seva longitud, està feta per controlar l'estat del formigó i la filtració de l'aigua.

Les estructures de subministrament d'aigua derivades s'implementen més sovint en forma de canal obert. En sòls tous, la secció del canal sol ser trapezoïdal. Les parets i el fons del canal estan revestits amb formigó o asfalt per reduir la filtració, prevenir l'erosió, reduir la rugositat i les pèrdues de pressió associades. També s'utilitza un revestiment de llambordes.

Els canals de derivació en sòls rocosos tenen una secció rectangular. Si no és possible realitzar un canal obert, s'utilitzen rebaixats de secció rectangular o circular. L'aigua del canal de derivació a les turbines s'alimenta per conductes. Les canonades són metall, formigó armat i fusta.