En los ríos naturales, el agua fluye de aguas arriba a aguas abajo mezclada con sedimentos, y a menudo erosiona el lecho y las laderas, lo que demuestra que existe una cierta cantidad de energía latente en el agua. En condiciones naturales, esta energía potencial se consume en la erosión, el empuje de sedimentos y la superación de la resistencia por fricción. Si construimos algunos edificios e instalamos el equipo necesario para que un flujo constante de agua pase a través de una turbina hidráulica, esta será impulsada por la corriente de agua, como un molino de viento, que puede girar continuamente, y la energía del agua se convertirá en energía mecánica. Cuando la turbina hidráulica impulsa el generador para que gire conjuntamente, se puede generar electricidad, y la energía del agua se convierte en energía eléctrica. Este es el principio básico de la generación de energía hidroeléctrica. Las turbinas hidráulicas y los generadores son los equipos más básicos para la generación de energía hidroeléctrica. Permítanme darles una breve introducción a los conocimientos básicos sobre la generación de energía hidroeléctrica.
1. Energía hidroeléctrica y energía del flujo de agua
En el diseño de una central hidroeléctrica, para determinar su escala, es necesario conocer su capacidad de generación de energía. Según los principios básicos de la generación de energía hidroeléctrica, es fácil ver que la capacidad de generación de energía de una central está determinada por la cantidad de trabajo que puede realizar la corriente. Llamamos energía hidráulica al trabajo total que el agua puede realizar en un período de tiempo determinado, y potencia de corriente al trabajo que puede realizar en una unidad de tiempo (segundo). Obviamente, cuanto mayor sea la potencia del flujo de agua, mayor será la capacidad de generación de energía de la central. Por lo tanto, para conocer la capacidad de generación de energía de la central, primero debemos calcular la potencia del flujo de agua. La potencia del flujo de agua en un río se puede calcular de esta manera, suponiendo que el desnivel de la superficie del agua en una sección determinada del río es H (metros), y que el volumen de agua H que pasa por la sección transversal del río en la unidad de tiempo (segundos) es Q (metros cúbicos/segundo), entonces la potencia de la sección de flujo es igual al producto del peso del agua y el desnivel. Obviamente, cuanto mayor sea la altura de la caída de agua, mayor será el caudal y mayor la potencia del flujo de agua.
2. La producción de las centrales hidroeléctricas
Bajo una determinada altura de caída y caudal, la electricidad que puede generar una central hidroeléctrica se denomina potencia hidroeléctrica de salida. Obviamente, la potencia de salida depende de la fuerza del flujo de agua a través de la turbina. En el proceso de conversión de la energía del agua en energía eléctrica, el agua debe superar la resistencia de los lechos de los ríos o las construcciones a lo largo de su recorrido desde aguas arriba hasta aguas abajo. Las turbinas, los generadores y los equipos de transmisión también deben superar numerosas resistencias durante su funcionamiento. Para superar la resistencia, se debe realizar trabajo, y la fuerza del flujo de agua se consume, lo cual es inevitable. Por lo tanto, la fuerza del flujo de agua que se puede utilizar para generar electricidad es menor que el valor obtenido mediante la fórmula; es decir, la potencia de salida de la central hidroeléctrica debe ser igual a la fuerza del flujo de agua multiplicada por un factor menor que 1. Este coeficiente también se denomina eficiencia de la central hidroeléctrica.
El valor específico de la eficiencia de una central hidroeléctrica está relacionado con la cantidad de energía que se pierde cuando el agua fluye a través del edificio, la turbina, el equipo de transmisión, el generador, etc. Cuanto mayor sea la pérdida, menor será la eficiencia. En una pequeña central hidroeléctrica, la suma de estas pérdidas representa entre el 25 % y el 40 % de la potencia del flujo de agua. Es decir, si el flujo de agua que ingresa a la central hidroeléctrica puede generar 100 kilovatios de electricidad, el generador solo puede generar entre 60 y 75 kilovatios, por lo que la eficiencia de la central hidroeléctrica es equivalente a entre el 60 % y el 75 %.
Como se desprende de la introducción anterior, cuando el caudal y la diferencia de nivel del agua de la central hidroeléctrica son constantes, la potencia de salida depende de la eficiencia. La práctica ha demostrado que, además del rendimiento de las turbinas hidráulicas, los generadores y los equipos de transmisión, otros factores que afectan la eficiencia de las centrales hidroeléctricas, como la calidad de la construcción y la instalación de los equipos, la calidad de la operación y la gestión, y la correcta planificación del diseño, influyen en dicha eficiencia. Por supuesto, algunos de estos factores son primarios y otros secundarios, y bajo ciertas condiciones, los factores primarios y secundarios pueden transformarse entre sí.
Sin embargo, independientemente del factor, lo decisivo es que las personas no son objetos, las máquinas son controladas por humanos y la tecnología se rige por el pensamiento. Por lo tanto, en el diseño, la construcción y la selección de equipos de las centrales hidroeléctricas, es necesario aprovechar al máximo el papel subjetivo de los seres humanos y esforzarse por alcanzar la excelencia tecnológica para minimizar al máximo la pérdida de energía del flujo de agua. Esto es especialmente importante para algunas centrales hidroeléctricas donde la caída de agua es relativamente baja. Al mismo tiempo, es necesario fortalecer eficazmente la operación y la gestión de las centrales hidroeléctricas para mejorar su eficiencia, aprovechar al máximo los recursos hídricos y permitir que las pequeñas centrales hidroeléctricas desempeñen un papel más relevante.
Fecha de publicación: 9 de junio de 2021
