El uso de la energía del flujo de agua, el dispositivo de estructuras hidráulicas de centrales hidroeléctricas (HPP)

Energía de los flujos de agua

La energía (potencial) que tiene el flujo de agua está determinada por dos magnitudes: la cantidad de agua que fluye y la altura de su caída a la boca.

En estado natural, la energía del caudal del río se gasta en la erosión del cauce, transferencia de partículas del suelo, fricción en las orillas y el fondo.

De esta manera, la energía del flujo de agua se distribuye por todo el flujo, aunque de manera desigual, según las pendientes del fondo y el caudal secundario del agua. Para usar la energía del flujo dentro de un área determinada, es necesario concentrarla en una sección, en una alineación.

A veces, tal concentración es creada por la naturaleza en forma de cascadas, pero en la mayoría de los casos debe crearse artificialmente, con la ayuda de estructuras hidraulicas.

La Usina Hidroeléctrica de Itaipú es la mayor usina hidroeléctrica del mundo para la producción de energía eléctrica

La energía se concentra en el sitio de construcción centrales hidroeléctricas (HPP) dos caminos:

• una presa que bloquea el río y eleva el agua en la cuenca aguas arriba — aguas arriba N metros desde el nivel de la cuenca aguas abajo — aguas abajo. La diferencia en los niveles aguas arriba y aguas abajo H se denomina cabeza. Las plantas hidroeléctricas en las que una presa crea el cabezal se denominan presas cercanas y generalmente se construyen en ríos planos;

• con la ayuda de un canal de derivación especial, un canal de derivación. Las estaciones de derivación se construyen principalmente en zonas montañosas. El canal de derivación tiene una pendiente muy pequeña, por lo que en su extremo se concentra casi por completo toda la cabecera del tramo de río rodeado por el canal.

Fuerza de flujo en la alineación de la estructura está determinada por la cantidad de agua que pasa por la compuerta en un segundo, Q y altura H. Si Q se mide en m3/seg y H en metros, entonces el caudal en la sección será igual a:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Sólo una parte de esta capacidad, igual a la eficiencia de la instalación, será utilizada en los generadores eléctricos de la central hidroeléctrica. Por tanto, la potencia de la central en cabeza H y caudal de agua a través de las turbinas Q será:

P = 9,81*B* H* eficiencia kW.

Sala de máquinas para una central hidroeléctrica

En condiciones reales de operación de las centrales hidroeléctricas, parte del agua puede descargarse más allá de las turbinas.

La energía de los arroyos se ha utilizado durante siglos. El uso generalizado de la energía hidráulica solo fue posible a fines del siglo XIX, cuando se inventó transformador electrico y creado sistema de corriente alterna trifasica... La capacidad de transmitir energía a largas distancias hizo posible aprovechar la energía de las corrientes de agua más poderosas.

La planta hidroeléctrica Three Gorges de China, ubicada en el río Yangtze, es la más grande del mundo en términos de capacidad instalada.

Composición y disposición de las instalaciones hidrotécnicas de las centrales hidroeléctricas

La estructura de la unidad de estructuras de una central hidroeléctrica de presa suele incluir:

• cabeza de presa. En los tramos superiores de la presa se forma un embalse de mayor o menor volumen según las condiciones topográficas y la altura de la presa, que regula el flujo de agua a través de las turbinas de acuerdo con el programa de carga;

• edificio hidroelectrico;

• canalones, tener un propósito diferente y un diseño correspondientemente diferente: para descargar el exceso de agua que no se usa en las turbinas, por ejemplo durante inundaciones (desbordamientos); para bajar el horizonte de agua en las aguas de desbordamiento, lo que a veces es necesario, por ejemplo, cuando se reparan instalaciones hidráulicas (drenaje); para la distribución de agua entre los usuarios del agua (instalaciones de toma de agua);

• instalaciones de transporte — esclusas navegables, proporcionando por navegación en el río, plataformas y balsas para rafting de madera;

• instalaciones de paso de peces.

Sección sobre la construcción de la central hidroeléctrica

Estructuras típicas de la central hidroeléctrica de derivación — canal de desviación y tubería desde el canal hasta las turbinas.

El principal valor, el eslabón técnicamente más responsable y el más caro del bloque de centrales hidroeléctricas es la represa. Las presas se distinguen a lo largo del camino del paso del agua:

• sordoque no permitan el paso del agua;

• aliviaderoen que el agua se desborda por encima de la cresta de la presa;

• panel del tecladoque dejan entrar agua cuando se abren los escudos (puertas).

Cornalvo es un embalse de España, en la provincia de Badajoz, que lleva en funcionamiento casi 2.000 años.

Las presas suelen ser de tierra y hormigón.

El perfil transversal de la presa de tierra: 1 — diente; 2 — capa protectora de arena y grava; 3 — rejilla de arcilla: 4 — cuerpo de presa; 5 — capa base impermeable

La figura muestra el perfil de una presa de arcilla construida sobre una capa permeable de bajo espesor. El cuerpo de la presa se descarga de cualquier suelo que no contenga una gran cantidad de impurezas orgánicas y sales solubles en agua.

Cuando se llena una presa con suelos permeables, se coloca una rejilla de arcilla en el cuerpo de la presa para evitar la filtración de agua. La capa permeable sobre la que se construye la presa está cortada por un diente impermeable por las mismas razones.

Si la presa está completamente llena de tierra arcillosa o arenosa, entonces no hay necesidad de una barrera contra filtraciones. En la parte superior, la pantalla está cubierta con una capa protectora de arena y grava, que a su vez está protegida de la erosión de las olas por un pavimento de piedra (desde la cresta de la presa hasta una marca que se encuentra entre 0,5 y 0,7 m por debajo del horizonte de agua más bajo posible). en las aguas superiores).

Al llenar una presa de arcilla, cada capa se compacta cuidadosamente con rodillos. El drenaje de agua a través de la cresta de una presa de arcilla es inadmisible, ya que existe el peligro de su erosión. Por lo general, se construye un camino a lo largo de la cresta de una presa de tierra, que define el ancho de la cresta. La cresta está asfaltada de la forma habitual.

El ancho de la base de la presa depende de su altura y de la supuesta inclinación de los taludes hacia el horizonte. La pendiente aguas arriba se vuelve más plana que la pendiente aguas abajo.

Actualmente, el método de hidromecanización es muy utilizado en la construcción de grandes presas de tierra.

Presa de Willow Creek, Oregón, EE. UU., una presa de gravedad hecha de hormigón

Esquema de una presa ciega de hormigón: 1 — drenaje de la presa; 2 — galería de observación; 3 — colector; 4 — drenaje de los cimientos

La figura muestra una presa de hormigón vacía con un perfil regular con un carril de tráfico en la parte superior. Para una conexión más confiable de la presa con el suelo y las orillas, la base de la presa se realiza en forma de varias repisas. Un diente con una profundidad de 0,05 — 1,0 Z se encuentra en el lado de presión.

Para combatir la filtración, se colocan cortinas antifiltración debajo del diente, para lo cual, a través de un sistema de perforaciones de 5 a 15 cm de diámetro, se inyecta la solución de cemento en las grietas de la base (suelo).

Aunque el cuerpo de la presa es de hormigón macizo, siempre se filtra agua a través de él. Para drenar esta agua aguas abajo, se dispone un sistema de drenaje en la presa, que consiste en pozos verticales - drenajes (con un diámetro de 20 - 30 cm) hechos en el cuerpo de la presa cada 1,5 - 3 m.

El agua escurrida por ellos entra en las cubetas de la galería de observación 2, desde donde es conducida a través de los colectores horizontales 3 hasta la piscina inferior. La galería de observación, que recorre el cuerpo de la presa en toda su longitud, se realiza para monitorear el estado del concreto y la filtración del agua.

Las estructuras de suministro de agua derivadas se implementan con mayor frecuencia en forma de un canal abierto. En suelos blandos, la sección del canal suele ser trapezoidal. Las paredes y el fondo del canal están revestidos con hormigón o asfalto para reducir la filtración, evitar la erosión, reducir la aspereza y las pérdidas de presión asociadas. También se utiliza el revestimiento de adoquines.

Los canales de desvío en suelos rocosos son de sección rectangular, si no es posible realizar un canal abierto, se utilizan rebajes de sección rectangular o circular, el agua del canal de desvío hacia las turbinas se alimenta a través de tuberías. metálicas, de hormigón armado y de madera.