Se si immette energia potenziale o cinetica nella turbina idraulica, questa inizia a ruotare. Collegando un generatore alla turbina, quest'ultimo può produrre elettricità. Aumentando il livello dell'acqua per far girare la turbina, la sua velocità di rotazione aumenta. Pertanto, maggiore è la differenza di livello dell'acqua, maggiore è l'energia cinetica acquisita dalla turbina e maggiore è l'energia elettrica convertibile. Questo è il principio fondamentale dell'energia idroelettrica.
Il processo di conversione energetica è il seguente: l'energia potenziale gravitazionale dell'acqua a monte viene convertita in energia cinetica del flusso d'acqua. Quando l'acqua attraversa la turbina, l'energia cinetica viene trasferita alla turbina, che aziona il generatore per trasformare l'energia cinetica in energia elettrica. Si tratta quindi di un processo di conversione dell'energia meccanica in energia elettrica.
A causa delle diverse condizioni naturali delle centrali idroelettriche, la capacità e la velocità dei gruppi idrogeneratori variano notevolmente. In genere, i piccoli gruppi idrogeneratori e quelli ad alta velocità azionati da turbine a impulso adottano per lo più strutture orizzontali, mentre i gruppi idrogeneratori di grandi e medie dimensioni adottano per lo più strutture verticali. Poiché la maggior parte delle centrali idroelettriche è lontana dalle città, di solito devono fornire energia ai carichi tramite lunghe linee di trasmissione; pertanto, il sistema elettrico impone requisiti più elevati per la stabilità operativa dei gruppi idrogeneratori: i parametri del motore devono essere selezionati con cura; i requisiti per il momento d'inerzia del rotore sono elevati. Di conseguenza, l'aspetto di un gruppo idrogeneratore è diverso da quello di un gruppo idrogeneratore a turbina a vapore. Il diametro del rotore è grande e la sua lunghezza è ridotta. Il tempo necessario per l'avviamento e la connessione alla rete dei gruppi idrogeneratori è relativamente breve e la gestione operativa è flessibile. Oltre alla produzione di energia elettrica generale, sono particolarmente adatti per la riduzione dei picchi di domanda e come unità di riserva di emergenza. La capacità massima dei gruppi idrogeneratori a turbina idraulica ha raggiunto i 700.000 kilowatt.
Per quanto riguarda il principio di funzionamento del generatore, la fisica delle scuole superiori lo spiega molto chiaramente: il suo principio di funzionamento si basa sulla legge dell'induzione elettromagnetica e sulla legge della forza elettromagnetica. Pertanto, il principio generale della sua costruzione consiste nell'utilizzare materiali conduttivi e conduttivi con una conduttività magnetica appropriata per formare un circuito magnetico e un circuito di induzione elettromagnetica reciproca, al fine di generare energia elettromagnetica e raggiungere lo scopo della conversione energetica.
Il generatore a turbina idraulica è azionato da una turbina idraulica. Il suo rotore è corto e spesso, il tempo necessario per l'avviamento dell'unità e la connessione alla rete è breve e la gestione operativa è flessibile. Oltre alla produzione di energia elettrica in generale, è particolarmente adatto per la riduzione dei picchi di domanda e come unità di riserva di emergenza. La potenza massima delle unità di generazione a turbina idraulica ha raggiunto gli 800.000 kilowatt.
Il generatore diesel è azionato da un motore a combustione interna. Si avvia rapidamente ed è facile da usare, ma il suo costo di produzione di energia è elevato. Viene utilizzato principalmente come fonte di alimentazione di emergenza, in aree non raggiunte dalla rete elettrica principale o come centrale elettrica mobile. La potenza varia da pochi kilowatt a diversi kilowatt. La coppia erogata sull'albero del motore diesel è soggetta a pulsazioni periodiche, pertanto è necessario prevenire risonanze e rotture dell'albero.
La velocità del generatore idroelettrico determina la frequenza della corrente alternata generata. Per garantire la stabilità di questa frequenza, è necessario stabilizzare la velocità del rotore. A tale scopo, la velocità del motore primo (turbina idraulica) può essere controllata in modalità ad anello chiuso. Il segnale di frequenza della corrente alternata da erogare viene campionato e retroazionato al sistema di controllo, che regola l'angolo di apertura e chiusura delle pale direttrici della turbina idraulica per controllarne la potenza erogata. Attraverso il principio del controllo a retroazione, è possibile stabilizzare la velocità del generatore.
Data di pubblicazione: 08-ott-2022
