Nei fiumi naturali, l'acqua scorre da monte a valle mescolata ai sedimenti e spesso erode il letto del fiume e le sponde, il che dimostra che nell'acqua è presente una certa quantità di energia. In condizioni naturali, questa energia potenziale viene consumata dall'erosione, dallo spostamento dei sedimenti e dal superamento della resistenza d'attrito. Se costruissimo delle strutture e installassimo le attrezzature necessarie per far scorrere un flusso d'acqua costante attraverso una turbina idraulica, quest'ultima, come un mulino a vento, verrebbe azionata dalla corrente, ruotando continuamente e convertendo l'energia dell'acqua in energia meccanica. Quando la turbina idraulica aziona il generatore, insieme a quest'ultimo, si genera elettricità, e l'energia dell'acqua viene convertita in energia elettrica. Questo è il principio di base della produzione di energia idroelettrica. Le turbine idrauliche e i generatori sono le apparecchiature fondamentali per la produzione di energia idroelettrica. Permettetemi di fornirvi una breve introduzione alle nozioni di base sulla produzione di energia idroelettrica.
1. Energia idroelettrica e potenza del flusso d'acqua
Nella progettazione di una centrale idroelettrica, per determinarne la dimensione, è necessario conoscerne la capacità di generazione di energia. In base ai principi fondamentali della produzione di energia idroelettrica, è facile comprendere che la capacità di generazione di energia di una centrale è determinata dalla quantità di lavoro che può essere compiuto dalla corrente. Chiamiamo energia idrica il lavoro totale che l'acqua può compiere in un determinato periodo di tempo, e potenza della corrente il lavoro che può essere compiuto in un'unità di tempo (secondo). Ovviamente, maggiore è la potenza del flusso d'acqua, maggiore è la capacità di generazione di energia della centrale. Pertanto, per conoscere la capacità di generazione di energia della centrale, dobbiamo prima calcolare la potenza del flusso d'acqua. La potenza del flusso d'acqua in un fiume può essere calcolata in questo modo: supponendo che il dislivello del livello dell'acqua in una determinata sezione del fiume sia H (metri) e che il volume d'acqua H che attraversa la sezione trasversale del fiume nell'unità di tempo (secondi) sia Q (metri cubi/secondo), allora la potenza della sezione di flusso è uguale al prodotto del peso dell'acqua e del dislivello. Ovviamente, maggiore è la caduta d'acqua, maggiore è la portata e maggiore è la potenza del flusso d'acqua.
2. La produzione delle centrali idroelettriche
A parità di prevalenza e portata, l'energia elettrica che una centrale idroelettrica può generare è detta potenza idroelettrica in uscita. Ovviamente, la potenza in uscita dipende dalla potenza del flusso d'acqua attraverso la turbina. Nel processo di conversione dell'energia dell'acqua in energia elettrica, l'acqua deve superare la resistenza del letto del fiume o degli edifici lungo il suo percorso da monte a valle. Anche le turbine idrauliche, i generatori e le apparecchiature di trasmissione devono superare numerose resistenze durante il loro funzionamento. Per superare la resistenza, è necessario compiere lavoro e, di conseguenza, viene consumata energia del flusso d'acqua, il che è inevitabile. Pertanto, la potenza del flusso d'acqua utilizzabile per generare elettricità è inferiore al valore ottenuto dalla formula, ovvero la potenza in uscita della centrale idroelettrica dovrebbe essere pari alla potenza del flusso d'acqua moltiplicata per un fattore inferiore a 1. Questo coefficiente è anche chiamato rendimento della centrale idroelettrica.
Il valore specifico dell'efficienza di una centrale idroelettrica è correlato alla quantità di energia persa durante il passaggio dell'acqua attraverso l'edificio, la turbina, le apparecchiature di trasmissione, il generatore, ecc. Maggiore è la perdita, minore è l'efficienza. In una piccola centrale idroelettrica, la somma di queste perdite rappresenta circa il 25-40% della potenza del flusso d'acqua. In altre parole, se il flusso d'acqua in grado di generare 100 kilowatt di elettricità entra nella centrale idroelettrica, il generatore ne può generare solo da 60 a 75, quindi l'efficienza della centrale idroelettrica è pari al 60-75%.
Come si evince dall'introduzione precedente, a parità di portata e differenza di livello dell'acqua, la potenza erogata dalla centrale idroelettrica dipende dall'efficienza. L'esperienza ha dimostrato che, oltre alle prestazioni delle turbine idrauliche, dei generatori e delle apparecchiature di trasmissione, altri fattori che influenzano l'efficienza delle centrali idroelettriche, come la qualità della costruzione e dell'installazione delle apparecchiature, la qualità del funzionamento e della gestione, e la correttezza della progettazione della centrale stessa, incidono sull'efficienza dell'impianto. Naturalmente, alcuni di questi fattori sono primari e altri secondari, e in determinate condizioni, i fattori primari e secondari possono anche influenzarsi reciprocamente.
Tuttavia, a prescindere dal fattore determinante, l'elemento decisivo è che le persone non sono oggetti, le macchine sono controllate dagli esseri umani e la tecnologia è governata dal pensiero. Pertanto, nella progettazione, costruzione e selezione delle attrezzature delle centrali idroelettriche, è necessario valorizzare appieno il ruolo soggettivo dell'essere umano e puntare all'eccellenza tecnologica per minimizzare il più possibile la perdita di energia del flusso d'acqua. Ciò è particolarmente importante per alcune centrali idroelettriche in cui il dislivello idrico è relativamente basso. Allo stesso tempo, è necessario rafforzare efficacemente la gestione e l'operatività delle centrali idroelettriche, in modo da migliorarne l'efficienza, sfruttare appieno le risorse idriche e consentire alle piccole centrali idroelettriche di svolgere un ruolo più rilevante.
Data di pubblicazione: 9 giugno 2021
