L'uso dell'energia del flusso d'acqua, il dispositivo delle strutture idrauliche delle centrali idroelettriche (HPP)

Energia dei flussi d'acqua

L'energia (potenziale) che ha il flusso d'acqua è determinata da due quantità: la quantità di acqua che scorre e l'altezza della sua caduta alla foce.

In uno stato naturale, l'energia del flusso del fiume viene spesa per l'erosione del canale, il trasferimento di particelle di terreno, l'attrito sulle sponde e sul fondo.

In questo modo l'energia del flusso d'acqua viene distribuita lungo tutto il flusso, anche se in modo non uniforme, a seconda delle pendenze del fondo e della portata secondaria dell'acqua. Per utilizzare l'energia del flusso all'interno di una certa area, è necessario concentrarla in una sezione, in un allineamento.

A volte una tale concentrazione è creata dalla natura sotto forma di cascate, ma nella maggior parte dei casi deve essere creata artificialmente, con l'aiuto di strutture idrauliche.

La centrale idroelettrica di Itaipu è la più grande centrale idroelettrica al mondo per la produzione di energia elettrica

L'energia è concentrata nel cantiere centrali idroelettriche (HPP) due strade:

• una diga che sbarra il fiume e sollevi l'acqua nel bacino a monte — a monte N metri dal livello del bacino a valle — a valle. La differenza tra i livelli H a monte ea valle è chiamata prevalenza. Gli impianti idroelettrici in cui il battente è creato da una diga sono detti quasi-diga e sono generalmente costruiti su fiumi piatti;

• con l'aiuto di uno speciale canale di bypass, un canale di derivazione. Le stazioni di derivazione sono costruite principalmente in zone montuose. Il canale di deviazione ha una pendenza molto ridotta, quindi alla sua estremità è quasi completamente concentrata l'intera testata del tratto fluviale circondato dal canale.

Forza di flusso nell'allineamento della struttura è determinato dalla quantità di acqua che attraversa la paratoia in un secondo, Q e prevalenza H. Se Q è misurata in m3/sec, e H in metri, allora la portata nella sezione sarà pari a:

Pp = 9,81 * Q* 3kW.

Solo una parte di questa capacità, pari al rendimento dell'impianto, sarà utilizzata nei generatori elettrici della centrale idroelettrica. Pertanto, la potenza della centrale al salto H e il flusso d'acqua attraverso le turbine Q saranno:

P = 9.81*B* H* rendimento kW.

Sala macchine per centrale idroelettrica

Nelle reali condizioni di funzionamento degli impianti idroelettrici, parte dell'acqua può essere scaricata oltre le turbine.

L'energia dei corsi d'acqua è stata utilizzata per secoli. L'uso diffuso dell'energia idrica divenne possibile solo alla fine del XIX secolo, quando fu inventato trasformatore elettrico e creato sistema a corrente alternata trifase... La capacità di trasmettere energia su lunghe distanze ha permesso di sfruttare l'energia delle correnti d'acqua più potenti.

La centrale idroelettrica cinese delle Tre Gole, situata sul fiume Yangtze, è la più grande al mondo in termini di capacità installata.

Composizione e disposizione degli impianti idrotecnici delle centrali idroelettriche

La struttura dell'unità di strutture di una centrale idroelettrica di diga comprende solitamente:

• testa di dannazione. Nel corso superiore della diga si forma un serbatoio di volume maggiore o minore a seconda delle condizioni topografiche e dell'altezza della diga, che regola il flusso dell'acqua attraverso le turbine secondo il programma di carico;

• edificio idroelettrico;

• grondaie, avente uno scopo diverso e corrispondentemente diverso design: scaricare l'acqua in eccesso che non viene utilizzata nelle turbine, ad esempio durante le piene (sfioramenti); per abbassare l'orizzonte idrico nelle acque di straripamento, che a volte è necessario, ad esempio, durante la riparazione di impianti idraulici (drenaggio); per la distribuzione dell'acqua tra gli utenti dell'acqua (impianti di presa dell'acqua);

• mezzi di trasporto — chiuse navigabili, che forniscono mediante la navigazione fluviale, mensole e zattere per il rafting in legno;

• strutture per il passaggio dei pesci.

Sezione sulla costruzione della centrale idroelettrica

Strutture tipiche dell'impianto idroelettrico di derivazione — canale di deviazione e tubazioni dal canale alle turbine.

Il valore principale, l'anello tecnicamente più responsabile e più costoso nel blocco delle centrali idroelettriche è la diga. Le dighe si distinguono lungo il percorso del passaggio dell'acqua:

• sordoche non consentono il passaggio dell'acqua;

• sfioratorein cui l'acqua straripa sulla cresta della diga;

• pannelloche lasciano entrare l'acqua quando gli scudi (cancelli) vengono aperti.

Cornalvo è una diga in Spagna, nella provincia di Badajoz, in funzione da quasi 2000 anni.

Le dighe sono generalmente di terra e cemento.

Il profilo trasversale della diga di terra: 1 — dente; 2 — strato protettivo di sabbia e ghiaia; 3 - griglia in argilla: 4 - corpo diga; 5 — strato di base impermeabile

La figura mostra il profilo di una diga in argilla costruita su uno strato permeabile di basso spessore. Il corpo della diga viene scaricato da qualsiasi terreno che non contenga una grande quantità di impurità organiche e sali idrosolubili.

Quando si riempie una diga con terreni permeabili, una griglia di argilla viene posta nel corpo della diga per impedire la filtrazione dell'acqua. Lo strato permeabile su cui è costruita la diga è tagliato da un dente impermeabile per gli stessi motivi.

Se la diga è completamente riempita con terreno argilloso o sabbioso, non è necessaria una barriera di infiltrazione. In cima, lo schermo è ricoperto da uno strato protettivo di sabbia e ghiaia, che a sua volta è protetto dall'erosione delle onde da una pavimentazione in pietra (dalla cresta della diga a un segno che si trova 0,5 - 0,7 m sotto l'orizzonte idrico più basso possibile nelle acque superiori).

Quando si riempie una diga di argilla, ogni strato viene accuratamente compattato con rulli. Il drenaggio dell'acqua attraverso la cresta di una diga di argilla è inammissibile, poiché vi è il pericolo della sua erosione. Una strada è solitamente costruita lungo la cresta di una diga di terra, che definisce la larghezza della cresta. La cresta è asfaltata come di consueto.

La larghezza della base della diga dipende dalla sua altezza e dalla presunta inclinazione dei pendii rispetto all'orizzonte. Il versante a monte diventa più pianeggiante del versante a valle.

Attualmente, il metodo dell'idromeccanizzazione è ampiamente utilizzato nella costruzione di grandi dighe in terra.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, una diga a gravità in cemento

Schema di una diga cieca in calcestruzzo: 1 — drenaggio della diga; 2 — galleria di visualizzazione; 3 — collettore; 4 — drenaggio della fondazione

La figura mostra una diga vuota in calcestruzzo a profilo regolare con sopra una corsia di traffico. Per un collegamento più affidabile della diga con il suolo e le sponde, la fondazione della diga è realizzata sotto forma di diverse sporgenze. Un dente con una profondità di 0,05 - 1,0 Z si trova sul lato della pressione.

Per contrastare la filtrazione, sotto il dente vengono poste delle tende antifiltrazione, per le quali, attraverso un sistema di fori del diametro di 5 — 15 cm, viene iniettata la soluzione cementizia nelle fessure del basamento (terreno).

Sebbene il corpo della diga sia realizzato in solido cemento, l'acqua filtra sempre attraverso di esso. Per drenare quest'acqua a valle, nella diga è predisposto un sistema di drenaggio, costituito da pozzi - drenaggi verticali (del diametro di 20 - 30 cm) ricavati nel corpo della diga ogni 1,5 - 3 m.

L'acqua drenata attraverso di essi entra nelle cuvette della galleria di osservazione 2, da dove viene condotta attraverso i collettori orizzontali 3 alla vasca inferiore. La galleria di osservazione, che corre nel corpo della diga per tutta la sua lunghezza, è realizzata per monitorare lo stato del calcestruzzo e la filtrazione dell'acqua.

Le strutture di approvvigionamento idrico derivate sono spesso implementate sotto forma di un canale aperto. Nei terreni soffici, la sezione del canale è generalmente trapezoidale. Le pareti e il fondo del canale sono rivestiti con cemento o asfalto per ridurre la filtrazione, prevenire l'erosione, ridurre la rugosità e le perdite di carico associate. Viene utilizzato anche il rivestimento in ciottoli.

I canali di derivazione in terreni rocciosi sono a sezione rettangolare, se non è possibile realizzare un canale a cielo aperto, si utilizzano nicchie a sezione rettangolare o circolare, l'acqua dal canale di derivazione alle turbine viene convogliata tramite tubazioni, le tubazioni sono metallo, cemento armato e legno.