Una panoramica di a generazione di energia idroelettrica

L'energia idroelettrica serve à cunvertisce l'energia idrica di i fiumi naturali in elettricità per l'usu da parte di e persone. Ci sò diverse fonti d'energia aduprate in a generazione d'energia, cum'è l'energia solare, l'energia idrica in i fiumi è l'energia eolica generata da u flussu d'aria. U costu di a generazione d'energia idroelettrica cù l'energia idroelettrica hè economicu, è a custruzione di centrale idroelettriche pò ancu esse cumminata cù altri prughjetti di cunservazione di l'acqua. U nostru paese hè assai riccu di risorse idroelettriche è e cundizioni sò ancu assai bone. L'energia idroelettrica ghjoca un rolu impurtante in a custruzione di l'ecunumia naziunale.
U livellu di l'acqua à monte di un fiume hè più altu ch'è u so livellu di l'acqua à valle. Per via di a differenza in u livellu di l'acqua di u fiume, si genera energia idrica. Sta energia hè chjamata energia putenziale o energia putenziale. A differenza trà l'altezza di l'acqua di u fiume hè chjamata a goccia, chjamata ancu a differenza di livellu di l'acqua o a testa d'acqua. Sta goccia hè una cundizione basica per a furmazione di putenza idraulica. Inoltre, a magnitudine di a putenza idraulica dipende ancu da a magnitudine di u flussu d'acqua in u fiume, chì hè un'altra cundizione basica altrettantu impurtante cum'è a goccia. Sia a goccia sia u flussu influenzanu direttamente a putenza idraulica; più grande hè u vulume d'acqua di a goccia, più grande hè a putenza idraulica; se a goccia è u vulume d'acqua sò relativamente chjuchi, a pruduzzione di a centrale idroelettrica serà più chjuca.
A goccia hè generalmente espressa in metri. U gradiente hè u rapportu trà a goccia è a distanza, chì pò indicà u gradu di cuncentrazione di a goccia. A goccia hè più cuncintrata, è l'usu di a putenza idraulica hè più cunveniente. A goccia aduprata da una centrale idroelettrica hè a differenza trà a superficia di l'acqua à monte di a centrale idroelettrica è a superficia di l'acqua à valle dopu avè passatu per a turbina.

U flussu hè a quantità d'acqua chì scorre in un fiume per unità di tempu, è hè espressu in metri cubi in un secondu. Un metru cubicu d'acqua hè una tunnellata. U flussu di un fiume cambia in ogni mumentu, dunque quandu parlemu di u flussu, duvemu spiegà u tempu di u locu specificu induve scorre. U flussu cambia assai significativamente in u tempu. I fiumi in u nostru paese anu generalmente un grande flussu durante a stagione di e piogge in estate è autunnu, è relativamente chjucu in invernu è primavera. In generale, u flussu di u fiume hè relativamente chjucu in u corsu di monte; perchè l'affluenti si uniscenu, u flussu à valle aumenta gradualmente. Dunque, ancu s'è a goccia à monte hè cuncintrata, u flussu hè chjucu; u flussu à valle hè grande, ma a goccia hè relativamente sparsa. Dunque, hè spessu più ecunomicu utilizà l'energia idraulica in i tratti medii di u fiume.
Cunnoscendu a caduta è u flussu utilizati da una centrale idroelettrica, a so pruduzzione pò esse calculata cù a formula seguente:
N= GQH
In a formula, N-output, in kilowatt, pò ancu esse chjamatu putenza;
Q–flussu, in metri cubi per seconda;
H – caduta, in metri;
G = 9,8, hè l'accelerazione di gravità, unità: Newton/kg
Sicondu a formula sopra, a putenza teorica hè calculata senza deduce alcuna perdita. In fatti, in u prucessu di generazione di energia idroelettrica, e turbine, l'apparecchi di trasmissione, i generatori, ecc. anu tutti perdite di putenza inevitabili. Dunque, a putenza teorica deve esse scartata, vale à dì, a putenza reale chì pudemu aduprà deve esse multiplicata per u cuefficiente di efficienza (simbulu: K).
A putenza cuncipita di u generatore in a centrale idroelettrica hè chjamata putenza nominale, è a putenza effettiva hè chjamata putenza effettiva. In u prucessu di trasfurmazione di l'energia, hè inevitabile perde una parte di l'energia. In u prucessu di generazione di energia idroelettrica, ci sò principalmente perdite di turbine è generatori (ci sò ancu perdite in e pipeline). E varie perdite in a microcentrale idroelettrica rurale rapprisentanu circa u 40-50% di a putenza teorica tutale, dunque a pruduzzione di a centrale idroelettrica pò in realtà aduprà solu u 50-60% di a putenza teorica, vale à dì, l'efficienza hè di circa 0,5-0,60 (di a quale l'efficienza di a turbina hè 0,70-0,85, l'efficienza di i generatori hè da 0,85 à 0,90, è l'efficienza di e pipeline è di l'equipaggiamenti di trasmissione hè da 0,80 à 0,85). Dunque, a putenza effettiva (pruduzzione) di a centrale idroelettrica pò esse calculata cusì:
K – l'efficienza di a centrale idroelettrica, (0,5～0,6) hè aduprata in u calculu apprussimativu di a microcentrale idroelettrica; stu valore pò esse simplificatu cum'è:
N=(0,5～0,6)QHG Putenza attuale=efficienza×flussu×caduta×9,8
L'usu di l'energia idroelettrica hè di utilizà l'energia di l'acqua per propulsà una macchina, chì si chjama turbina idraulica. Per esempiu, l'antica rota idraulica in u nostru paese hè una turbina idraulica assai simplice. E diverse turbine idrauliche attualmente aduprate sò adattate à diverse cundizioni idrauliche specifiche, in modu chì possinu rotà più efficacemente è cunvertisce l'energia di l'acqua in energia meccanica. Un altru tipu di macchina, un generatore, hè cunnessu à a turbina, in modu chì u rotore di u generatore gira cù a turbina per generà elettricità. U generatore pò esse divisu in duie parti: a parte chì gira cù a turbina è a parte fissa di u generatore. A parte chì hè cunnessa à a turbina è gira hè chjamata rotore di u generatore, è ci sò parechji poli magnetichi intornu à u rotore; un cerchju intornu à u rotore hè a parte fissa di u generatore, chjamata statore di u generatore, è u statore hè avvoltu cù parechje bobine di rame. Quandu parechji poli magnetichi di u rotore giranu in u mezu di e bobine di rame di u statore, una corrente hè generata nantu à i fili di rame, è u generatore cunverte l'energia meccanica in energia elettrica.
L'energia elettrica generata da a centrale elettrica hè trasfurmata in energia meccanica (motore elettricu o motore), energia luminosa (lampada elettrica), energia termica (fornu elettricu) è cusì via da diverse apparecchiature elettriche.
a cumpusizione di a centrale idroelettrica
A cumpusizione di una centrale idroelettrica include: strutture idrauliche, apparecchiature meccaniche è apparecchiature elettriche.
(1) Strutture idrauliche
Hà dighe, porte di aspirazione, canali (o tunnel), serbatoi di pressione (o serbatoi di regulazione), tubi di pressione, centrali elettriche è canali di coda, ecc.
Una diga hè custruita in u fiume per bluccà l'acqua di u fiume è alzà a superficia di l'acqua per furmà un reservoir. In questu modu, si forma una goccia cuncintrata trà a superficia di l'acqua di u reservoir nantu à a diga è a superficia di l'acqua di u fiume sottu à a diga, è dopu l'acqua hè introdutta in a centrale idroelettrica per mezu di tubi d'acqua o tunnelli. In i fiumi relativamente ripidi, l'usu di canali di deviazione pò ancu furmà una goccia. Per esempiu: In generale, a goccia per chilometru di un fiume naturale hè di 10 metri. Sè un canale hè apertu à l'estremità superiore di sta sezione di u fiume per introdurre l'acqua di u fiume, u canale serà scavatu longu u fiume, è a pendenza di u canale serà più piatta. Sè a goccia in u canale hè fatta per chilometru, hè cascata solu 1 metru, cusì chì l'acqua scorria 5 chilometri in u canale, è a superficia di l'acqua hè cascata solu 5 metri, mentre chì l'acqua hè cascata 50 metri dopu avè viaghjatu 5 chilometri in u canale naturale. À questu tempu, l'acqua di u canale hè cundutta torna à a centrale elettrica da u fiume cù una pipa d'acqua o una galleria, è ci hè una caduta cuncintrata di 45 metri chì pò esse aduprata per generà elettricità. Figura 2

L'usu di canali di deviazione, tunnel o tubi d'acqua (cum'è tubi di plastica, tubi d'acciaio, tubi di cimentu, ecc.) per furmà una centrale idroelettrica cù una goccia cuncintrata hè chjamatu centrale idroelettrica di canali di deviazione, chì hè un layout tipicu di e centrale idroelettriche.
(2) Attrezzatura meccanica è elettrica
In più di l'opere idrauliche sopra menzionate (dighe, canali, piazzali, tubi di pressione, officine), a centrale idroelettrica hà ancu bisognu di i seguenti equipaggiamenti:
(1) Attrezzatura meccanica
Ci sò turbine, regulatori, valvole à saracinesca, apparecchiature di trasmissione è apparecchiature micca generatrici.
(2) Apparecchi elettrici
Ci sò generatori, pannelli di distribuzione, trasformatori è linee di trasmissione.
Ma micca tutte e piccule centrale idroelettriche anu e strutture idrauliche è l'equipaggiamenti meccanichi è elettrici sopra menzionati. Sè a testa d'acqua hè menu di 6 metri in a centrale idroelettrica à bassa testa, u canale di guida di l'acqua è u canale d'acqua à canale apertu sò generalmente aduprati, è ùn ci hè micca pozza d'acqua in pressione è tubi d'acqua in pressione. Per e centrale elettriche cù una piccula gamma di alimentazione è una corta distanza di trasmissione, si aduttà a trasmissione diretta di a putenza è ùn hè necessariu alcun trasformatore. E centrale idroelettriche cù riservori ùn anu micca bisognu di custruisce dighe. L'usu di prese d'acqua prufonde, tubi interni di dighe (o tunnel) è sfioratori elimina a necessità di strutture idrauliche cum'è dighe, porte di presa d'acqua, canali è pozze d'acqua in pressione.
Per custruisce una centrale idroelettrica, prima di tuttu, ci vole à fà un travagliu di rilievu è di cuncepimentu attenti. In u travagliu di cuncepimentu, ci sò trè tappe di cuncepimentu: cuncepimentu preliminare, cuncepimentu tecnicu è dettagli di custruzzione. Per fà un bon travagliu in u travagliu di cuncepimentu, hè prima necessariu fà un travagliu di rilievu approfonditu, vale à dì, capisce cumpletamente e cundizioni naturali è ecunomiche lucali - vale à dì topografia, geologia, idrologia, capitale è cusì. A currettezza è l'affidabilità di u cuncepimentu ponu esse garantite solu dopu avè ammaestratu queste situazioni è analizatu.
I cumpunenti di e piccule centrale idroelettriche anu diverse forme secondu u tipu di centrale idroelettrica.
3. Rilevamentu topograficu
A qualità di u travagliu di rilievu topograficu hà una grande influenza nantu à u layout ingegneristicu è a stima di a quantità ingegneristica.
L'esplorazione geologica (capienza di e cundizioni geologiche) in più di a capienza generale è di a ricerca nantu à a geologia di u bacinu idrograficu è longu u fiume, hè ancu necessariu capisce se a fundazione di a sala macchine hè solida, ciò chì affetta direttamente a sicurezza di a centrale elettrica stessa. Una volta chì u sbarramentu cù un certu vulume di u reservoir hè distruttu, ùn solu danneggerà a centrale idroelettrica stessa, ma causerà ancu enormi perdite di vite umane è di pruprietà à valle.
4. Prova idrologica
Per e centrale idroelettriche, i dati idrologichi i più impurtanti sò i registri di u livellu di l'acqua di u fiume, u flussu, u cuntenutu di sedimenti, e cundizioni di ghjacciu, i dati meteorologichi è i dati di l'indagine nantu à l'inundazioni. A dimensione di u flussu di u fiume influenza a cunfigurazione di u sfioratore di a centrale idroelettrica. Sottovalutà a gravità di l'inundazione pruvucarà danni à a diga; i sedimenti purtati da u fiume ponu riempie rapidamente u reservoir in u peghju casu. Per esempiu, u canale di afflussu farà chì u canale si insabbi, è i sedimenti à grana grossa passeranu per a turbina è causeranu l'usura di a turbina. Dunque, a custruzzione di e centrale idroelettriche deve avè dati idrologichi sufficienti.
Dunque, prima di decide di custruisce una centrale idroelettrica, duvemu prima investigà a direzzione di u sviluppu ecunomicu in a zona di furnimentu d'energia è a dumanda futura d'elettricità. À u listessu tempu, stimà a situazione di altre fonti d'energia in a zona di sviluppu. Solu dopu a ricerca è l'analisi di a situazione sopra citata pudemu decide se a centrale idroelettrica deve esse custruita è quantu deve esse grande a scala.
In generale, u scopu di u travagliu di rilevamentu idroelettricu hè di furnisce informazioni basiche precise è affidabili necessarie per a cuncepzione è a custruzzione di centrali idroelettriche.
5. Cundizioni generali per a selezzione di u situ
E cundizioni generali per a selezzione di un situ ponu esse spiegate da i quattru aspetti seguenti:
(1) U situ sceltu deve esse capace di utilizà l'energia idrica in u modu u più ecunomicu è rispettà u principiu di u risparmiu di i costi, vale à dì, dopu chì a centrale elettrica hè cumpletata, si spende a minima quantità di soldi è si genera a più elettricità. Di solitu si pò misurallu stimendu l'ingressi annuali di generazione di energia è l'investimentu in a custruzzione di a stazione per vede quantu tempu si pò recuperà u capitale investitu. Tuttavia, e cundizioni idrologiche è topografiche sò diverse in lochi diversi, è ancu i bisogni di elettricità sò diversi, dunque u costu di custruzzione è l'investimentu ùn devenu micca esse limitati da certi valori.
(2) E cundizioni topografiche, geologiche è idrologiche di u situ sceltu devenu esse relativamente superiori, è ci devenu esse pussibilità in a cuncepzione è a custruzzione. In a custruzzione di piccule centrale idroelettriche, l'usu di materiali di custruzzione deve esse in cunfurmità cù u principiu di i "materiali lucali" u più pussibule.
(3) U situ sceltu deve esse vicinu à l'alimentazione elettrica è à a zona di trasfurmazione u più pussibule per riduce l'investimentu in l'equipaggiu di trasmissione di putenza è a perdita di putenza.
(4) Quandu si sceglie u situ, e strutture idrauliche esistenti devenu esse aduprate u più pussibule. Per esempiu, a goccia d'acqua pò esse aduprata per custruisce una centrale idroelettrica in un canale d'irrigazione, o una centrale idroelettrica pò esse custruita accantu à un reservoir d'irrigazione per generà elettricità da u flussu d'irrigazione, ecc. Siccome queste centrale idroelettriche ponu risponde à u principiu di generà elettricità quandu ci hè acqua, a so impurtanza ecunomica hè più evidente.