1. Energia hidroelektrikoen sorreraren ikuspegi orokorra
Energia hidroelektrikoaren sorkuntza ibai naturalen ur-energia energia elektriko bihurtzea da, jendeak erabil dezan. Zentral elektrikoek erabiltzen dituzten energia-iturriak anitzak dira, hala nola eguzki-energia, ibaien ur-energia eta aire-fluxuak sortutako haize-energia. Energia hidroelektrikoa erabiliz energia hidroelektrikoa sortzearen kostua merkea da, eta zentral hidroelektrikoen eraikuntza beste ur-kontserbazio ekimen batzuekin ere konbina daiteke. Txina aberatsa da ur-baliabideetan eta baldintza bikainak ditu. Energia hidroelektrikoak paper garrantzitsua betetzen du eraikuntza ekonomiko nazionalean.
Ibai baten goranzko ur-maila beheranzko ur-maila baino handiagoa da. Ibaiaren ur-mailaren arteko aldea dela eta, ur-energia sortzen da. Energia horri energia potentziala edo energia potentziala deitzen zaio. Ibaiaren ur-azaleraren altueraren arteko aldeari jaitsiera deitzen zaio, ur-mailaren aldea edo goi-maila ere deitzen zaio. Jaitsiera hau oinarrizko baldintza da energia hidraulikoarentzat. Horrez gain, ur-potentziaren tamaina ibaiko ur-emariaren tamainaren araberakoa ere bada, eta hori oinarrizko baldintza bat da, jaitsiera bezain garrantzitsua. Bai jaitsierak bai isurketak zuzenean eragiten diote potentzia hidraulikoaren tamainari; Zenbat eta handiagoa izan ur-jauzia, orduan eta handiagoa izango da potentzia hidraulikoa; Jaitsiera eta ur-bolumena nahiko txikiak badira, zentral hidroelektrikoaren irteera txikiagoa izango da.
Tanta oro har metrotan adierazten da. Uraren gainazalaren malda tanta eta distantziaren arteko erlazioa da, eta tanta kontzentrazio maila adieraz dezake. Tanta nahiko kontzentratua bada, uraren energiaren erabilera komenigarriagoa da. Zentral hidroelektriko batek erabiltzen duen tanta zentral hidroelektrikoko ur-gainazalaren goranzko aldea eta turbina hidraulikotik igaro ondoren ur-gainazalaren beheranzko aldea da.
Emaria denbora-unitate batean ibai batetik igarotzen den ur kantitatea da, metro kubo segundokotan adierazita. Ur metro kubo bat tona bat da. Ibai baten emaria edozein unetan eta edozein lekutan aldatzen da, beraz, emariaz hitz egiten dugunean, isurtzen den leku zehatzaren ordua azaldu behar dugu. Emaria nabarmen aldatzen da denboran. Oro har, Txinako ibaiek emari handia dute udan, udazkenean eta euri-sasoian, baina emari txikia neguan eta udaberrian. Emaria hilabetetik egunera aldatzen da, eta ur-bolumena urtetik urtera. Ibai orokorren emaria nahiko txikia da goi-ibilguan; ibaiadarrak elkartzen diren heinean, behe-ibilguko emaria pixkanaka handitzen da. Beraz, goi-ibilguko jaitsiera kontzentratua egon arren, emaria txikia da; behe-ibilguko emaria handia izan arren, jaitsiera nahiko sakabanatua dago. Horregatik, askotan ekonomikoena da ur-energia ibaiaren erdiko ibilguan erabiltzea.
Zentral hidroelektriko batek erabiltzen duen emaria eta jaitsiera jakinda, bere potentzia formula honen bidez kalkula daiteke:
N= GQH
Formulan, N – irteera, unitatea: kW, potentzia ere deitua;
Q — emaria, metro kubiko segundoko;
H — Jaitsiera, metrotan;
G=9.8, grabitatearen azelerazioa da, Newton/kg-tan
Potentzia teorikoa goiko formularen arabera kalkulatzen da, eta ez da galerarik kentzen. Izan ere, energia hidroelektrikoa sortzeko prozesuan, ur-turbinek, transmisio-ekipoek, sorgailuek, etab. potentzia-galerak saihestezinak dituzte. Beraz, potentzia teorikoa deskontatu egin behar da, hau da, erabil dezakegun benetako potentzia eraginkortasun-koefizientearekin biderkatu behar da (sinboloa: K).
Zentral hidroelektriko bateko sorgailuaren potentzia diseinatuari potentzia nominala deritzo, eta potentzia errealari potentzia erreala. Energia eraldatzeko prozesuan, saihestezina da energia galtzea. Energia hidroelektrikorako prozesuan, batez ere turbina hidraulikoen eta sorgailuen galerak daude (hodien galerak barne). Landa-eremuko mikrozentral hidroelektrikoetan, hainbat galerak potentzia teoriko osoaren % 40~50 dira, beraz, zentral hidroelektrikoen irteerak potentzia teorikoaren % 50~60 baino ezin du erabili, hau da, eraginkortasuna 0,5~0,60 ingurukoa da (turbinaren 0,70~0,85eko eraginkortasuna, sorgailuaren 0,85~0,90eko eraginkortasuna eta hodien eta transmisio-ekipoen 0,80~0,85eko eraginkortasuna barne). Beraz, zentral hidroelektrikoko potentzia erreala (irteera) honela kalkula daiteke:
K – zentral hidroelektrikoaren eraginkortasuna, (0.5~0.6) mikrozentral hidroelektrikoaren gutxi gorabeherako kalkulurako erabiltzen da; Goiko formula honela sinplifikatu daiteke:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG benetako potentzia=eraginkortasuna × emaria × jaitsiera × bederatzi eta zortzi
Energia hidroelektrikoaren erabilera ura erabiltzea da makineria mota bat mugitzeko, eta horri ur-turbina deritzo. Adibidez, Txinako antzinako gurpil hidraulikoa ur-turbina oso sinplea da. Gaur egun erabiltzen diren turbina hidrauliko desberdinak baldintza hidrauliko espezifikoetara egokituta daude, eraginkorrago biratu eta uraren energia energia mekaniko bihur dezaten. Beste makina bat, sorgailua, ur-turbinara konektatzen da sorgailuaren errotorea ur-turbinarekin batera birarazteko, eta orduan elektrizitatea sor daiteke. Sorgailua bi zatitan bana daiteke: turbina hidraulikoarekin batera biratzen den zatia eta sorgailuaren zati finkoa. Turbina hidraulikoarekin batera biratzen den zatiari sorgailuaren errotorea deitzen zaio, eta errotorearen inguruan polo magnetiko asko daude; errotorearen inguruko zirkulua sorgailuaren zati finkoa da, eta horri sorgailuaren estatorea deitzen zaio. Estatorea kobrezko bobina askorekin bilduta dago. Errotorearen polo magnetiko asko estatorearen kobrezko bobinaren erdian biratzen direnean, korrontea sortuko da kobrezko kablean, eta sorgailuak energia mekanikoa energia elektriko bihurtuko du.
Zentralak sortutako energia elektrikoa hainbat ekipo elektrikotatik energia mekaniko (motorra edo motorra), argi-energia (lanpara elektrikoa), bero-energia (labe elektrikoa) eta abar bihurtzen da.
2. Zentral hidroelektrikoaren osaera
Zentral hidroelektrikoa egitura hidraulikoz, ekipo mekanikoez eta ekipo elektrikoez osatuta dago.
(1) Egitura hidraulikoak
Presa (presa), sarrerako atea, ubidea (edo tunela), aurreko badia (edo erregulazio-tangaren), foruzaina, zentraleko etxea eta hustubide-hodia, etab. barne hartzen ditu.
Eraiki presa bat ibaian ibaia blokeatzeko, uraren gainazala igotzeko eta urtegi bat osatzeko. Horrela, presan dagoen urtegiaren uraren gainazaletik presa azpiko ibaiaren uraren gainazalera tanta kontzentratu bat sortzen da, eta ondoren ura zentral hidroelektrikora sartzen da ur-hodien edo tunelen bidez. Ibai-kanal malkartsuan, desbideratze-kanalen erabilerak ere tanta bat sor dezake. Adibidez, ibai natural baten jaitsiera kilometroko 10 metrokoa da. Ibai-zati honen goiko muturrean kanal bat irekitzen bada ura sartzeko, kanala ibaian zehar zulatu egingo da, eta kanalaren malda laua izango da. Kanaleko jaitsiera kilometroko metro 1ekoa baino ez bada, ura 5 kilometro isuriko da kanalean, eta ura 5 metro bakarrik eroriko da, ibai naturalean 5 kilometro egin ondoren 50 metro eroriko den bitartean. Une horretan, kanaleko ura zentral termikora eramaten da ibaiaren bidez ur-hodien edo tunelen bidez, eta 45 metroko tanta kontzentratu bat dago, elektrizitatea sortzeko erabil daitekeena.
Desbideratze-kanalak, tunelak edo ur-hodiak (adibidez, plastikozko hodiak, altzairuzko hodiak, hormigoizko hodiak, etab.) tanta kontzentratu bat eratzeko erabiltzen duen zentral hidroelektriko bati desbideratze-kanal motako zentral hidroelektrikoa deitzen zaio, eta zentral hidroelektrikoen diseinu tipikoa da.
(2) Ekipamendu mekaniko eta elektrikoak
Aipatutako lan hidraulikoez gain (presa, ubidea, aurrealdea, hodi-zuloa eta etxe elektrikoa), zentral hidroelektriko batek honako ekipamendu hauek ere behar ditu:
(1) Ekipamendu mekanikoa
Turbina hidraulikoak, gobernadoreak, ate-balbulak, transmisio-ekipoak eta energia sortzekoak ez diren ekipoak daude.
(2) Ekipamendu elektrikoa
Sorgailuak, banaketa-panelen kontrol-panelen, transformadoreen, transmisio-lineen eta abar daude.
Hala ere, ez dituzte zentral hidroelektriko txiki guztiek aipatutako egitura hidraulikoak eta ekipamendu mekaniko eta elektrikoak. 6 metro baino gutxiagoko ur-jauzi txikiko zentral hidroelektrikoek, oro har, desbideratze-kanala eta kanal irekiko desbideratze-ganbera erabiltzen badituzte, ez da aurrekaldeko badiarik eta forjaturik egongo. Energia-hornidura-eremu txikia eta transmisio-distantzia laburra duen zentral hidroelektrikoek transformadorerik gabeko transmisio zuzena erabiltzen dute. Urtegiak dituzten zentral hidroelektrikoek ez dute presak eraiki beharrik. Ur-sarrera sakona erabiltzen da, eta presaren barneko hodiak (edo tunelak) eta isurketak ez dute egitura hidraulikorik erabili behar, hala nola presa, sarrera-atea, kanala eta aurrekaldeko badia.
Zentral hidroelektriko bat eraikitzeko, lehenik azterketa eta diseinu zaindua egin behar dira. Diseinuan hiru diseinu-etapa daude: aurretiazko diseinua, diseinu teknikoa eta eraikuntza-xehetasunak. Diseinuan lan ona egiteko, lehenik azterketa sakona egin behar dugu, hau da, tokiko baldintza natural eta ekonomikoak guztiz ulertu behar ditugu, hau da, topografia, geologia, hidrologia, kapitala, etab. Diseinuaren zuzentasuna eta fidagarritasuna baldintza horiek menperatu eta aztertu ondoren bakarrik berma daitezke.
Zentral hidroelektriko txikien osagaiek forma desberdinak dituzte zentral hidroelektriko mota desberdinen arabera.
3. Topografia-azterketa
Topografiaren kalitateak eragin handia du proiektuaren diseinuan eta kantitateen estimazioan.
Esplorazio geologikoak (baldintza geologikoak ulertzeak) ez du soilik arroaren geologia eta ibaiertzeko geologiari buruzko ulermen eta ikerketa orokorra eskatzen, baita makina-gelaren zimenduak sendoak diren ala ez ulertzea ere, eta horrek zuzenean eragiten dio zentralaren beraren segurtasunari. Urtegi-bolumen jakin bat duen presak suntsitzen denean, ez du zentral hidroelektrikoari berari kalterik egingo bakarrik, baita bizitza eta ondasunen galera handiak eragingo ere beheko aldean. Hori dela eta, oro har, aurrekaldeko badiaren hautaketa geologikoa lehenesten da.
4. Hidrometria
Zentral hidroelektrikoetarako, datu hidrologiko garrantzitsuenak ibaiaren ur-mailaren, emariaren, sedimentuen kontzentrazioaren, izotzaren, datu meteorologikoen eta uholdeen analisi-datuak dira. Ibai-emariaren tamainak zentral hidroelektrikoko isurketaren diseinuan eragiten du, eta uholdearen larritasuna gutxietsi egiten da, eta horrek presa suntsitzea eragingo du; Ibaiak daraman sedimentuak urtegia azkar bete dezake kasurik txarrenean. Adibidez, kanalera sartzen bada, kanalaren lokatza sortuko da, eta sedimentu lodiak turbina hidraulikotik igaroko dira eta turbina hidraulikoaren higadura eragingo dute. Beraz, zentral hidroelektrikoen eraikuntzan datu hidrologiko nahikoak izan behar dira.
Beraz, zentral hidroelektriko bat eraikitzea erabaki aurretik, beharrezkoa da garapen ekonomikoaren norabidea eta etorkizuneko elektrizitate eskaria ikertzea eta aztertzea energia hornitzeko eremuan. Aldi berean, garapen eremuko beste energia iturrien egoera kalkulatzea. Goiko baldintzak aztertu eta aztertu ondoren bakarrik erabaki dezakegu zentral hidroelektrikoa eraiki behar den ala ez eta zein handia izan behar den eraikuntza eskala.
Oro har, zentral hidroelektrikoen azterketaren helburua zentral hidroelektrikoen diseinu eta eraikuntzarako beharrezkoak diren oinarrizko datu zehatzak eta fidagarriak ematea da.
5. Hautatutako estazio-gunearen baldintza orokorrak
Estazioaren kokapena hautatzeko baldintza orokorrak honako lau alderdi hauetan deskriba daitezke:
(1) Hautatutako estazio-kokapenak ur-energia ahalik eta ekonomikoen erabili ahal izango du eta kostuak aurrezteko printzipioari jarraituko dio, hau da, zentrala amaitu ondoren, gutxieneko kostua gastatuko da eta gehieneko potentzia sortuko da. Oro har, energia-sorkuntzatik eta estazioen eraikuntzan egindako inbertsiotik lortutako urteko diru-sarrerak kalkulatuz neur daiteke, inbertitutako kapitala zenbat denbora berreskura daitekeen ikusteko. Hala ere, baldintza hidrologiko eta topografiko desberdinak eta energia-eskaera desberdinak direla eta, kostua eta inbertsioa ez lirateke balio jakin batzuek mugatu behar.
(2) Hautatutako zentralaren kokapenak baldintza topografiko, geologiko eta hidrologiko bikainak izan behar ditu, eta diseinuan eta eraikuntzan posible izan behar du. Zentral hidroelektriko txikien eraikuntzak "bertako materialen" printzipioari jarraitu beharko dio eraikuntza-materialei dagokienez, ahal den neurrian.
(3) Hautatutako estazio-kokapena ahalik eta gertuen egon behar da energia-hornikuntzatik eta prozesatzeko eremutik, transmisio-ekipoetan egindako inbertsioa eta energia-galerak murrizteko.
(4) Estazioaren kokapena aukeratzerakoan, dauden egitura hidraulikoak ahalik eta gehien erabiliko dira. Adibidez, ur tantaka erabil daiteke ureztapen kanaletan zentral hidroelektrikoetarako, edo zentral hidroelektrikoetarako ureztapen urtegien ondoan eraiki daitezke ureztapen emaria erabiliz elektrizitatea sortzeko, etab. Zentral hidroelektriko hauek ura dagoenean elektrizitatea sortzeko printzipioa bete dezaketenez, haien garrantzi ekonomikoa nabarmenagoa da.
Argitaratze data: 2022ko urriaren 25a
