A energia hidrelétrica consiste em converter a energia hídrica dos rios naturais em eletricidade para uso humano. Existem diversas fontes de energia utilizadas na geração de energia, como a energia solar, a energia hidráulica dos rios e a energia eólica gerada pelo fluxo de ar. O custo da geração de energia hidrelétrica é baixo, e a construção de usinas hidrelétricas também pode ser combinada com outros projetos de conservação de água. Nosso país é muito rico em recursos hidrelétricos e as condições também são muito boas. A energia hidrelétrica desempenha um papel importante na construção da economia nacional.
O nível da água a montante de um rio é mais alto do que o nível da água a jusante. Devido à diferença no nível da água do rio, a energia da água é gerada. Essa energia é chamada de energia potencial ou energia potencial. A diferença entre a altura da água do rio é chamada de queda, também chamada de diferença de nível de água ou carga d'água. Essa queda é uma condição básica para a formação de energia hidráulica. Além disso, a magnitude da energia hidráulica também depende da magnitude do fluxo de água no rio, que é outra condição básica tão importante quanto a queda. Tanto a queda quanto o fluxo afetam diretamente a energia hidráulica; quanto maior o volume de água da queda, maior a energia hidráulica; se a queda e o volume de água forem relativamente pequenos, a saída da usina hidrelétrica será menor.
A queda é geralmente expressa em metros. O gradiente é a razão entre a queda e a distância, o que pode indicar o grau de concentração da queda. A queda é mais concentrada e o uso de energia hidráulica é mais conveniente. A queda utilizada por uma usina hidrelétrica é a diferença entre a superfície da água a montante da usina hidrelétrica e a superfície da água a jusante após passar pela turbina.
A vazão é a quantidade de água que flui em um rio por unidade de tempo e é expressa em metros cúbicos por segundo. Um metro cúbico de água equivale a uma tonelada. A vazão de um rio muda a qualquer momento; portanto, quando falamos sobre vazão, precisamos explicar o horário do local específico em que ela flui. A vazão varia significativamente com o tempo. Os rios em nosso país geralmente têm uma grande vazão na estação chuvosa, no verão e no outono, e relativamente pequena no inverno e na primavera. Geralmente, a vazão do rio é relativamente pequena a montante; como os afluentes se fundem, a vazão a jusante aumenta gradualmente. Portanto, embora a queda a montante seja concentrada, a vazão é pequena; a vazão a jusante é grande, mas a queda é relativamente dispersa. Portanto, geralmente é mais econômico utilizar energia hidráulica no curso médio do rio.
Conhecendo a queda e a vazão utilizadas por uma usina hidrelétrica, sua produção pode ser calculada através da seguinte fórmula:
N= GQH
Na fórmula, N–saída, em quilowatts, também pode ser chamada de potência;
Q–fluxo, em metros cúbicos por segundo;
H – queda, em metros;
G = 9,8, é a aceleração da gravidade, unidade: Newton/kg
De acordo com a fórmula acima, a potência teórica é calculada sem deduzir quaisquer perdas. De fato, no processo de geração de energia hidrelétrica, turbinas, equipamentos de transmissão, geradores, etc., todos sofrem perdas de potência inevitáveis. Portanto, a potência teórica deve ser descontada, ou seja, a potência real que podemos utilizar deve ser multiplicada pelo coeficiente de eficiência (símbolo: K).
A potência projetada do gerador na usina hidrelétrica é chamada de potência nominal, e a potência real é chamada de potência real. No processo de transformação de energia, é inevitável perder uma parte da energia. No processo de geração de energia hidrelétrica, há principalmente perdas de turbinas e geradores (também há perdas em dutos). As várias perdas na micro-usina hidrelétrica rural representam cerca de 40-50% da potência teórica total, de modo que a saída da usina hidrelétrica pode, na verdade, usar apenas 50-60% da potência teórica, ou seja, a eficiência é de cerca de 0,5-0,60 (dos quais a eficiência da turbina é de 0,70-0,85, a eficiência dos geradores é de 0,85 a 0,90 e a eficiência dos dutos e equipamentos de transmissão é de 0,80 a 0,85). Portanto, a potência real (saída) da usina hidrelétrica pode ser calculada da seguinte forma:
K–a eficiência da estação hidrelétrica, (0,5～0,6) é usada no cálculo aproximado da microestação hidrelétrica; este valor pode ser simplificado como:
N=(0,5～0,6)QHG Potência real=eficiência×fluxo×queda×9,8
A energia hidrelétrica utiliza a força da água para impulsionar uma máquina, chamada turbina hidráulica. Por exemplo, a antiga roda d'água em nosso país é uma turbina hidráulica muito simples. As diversas turbinas hidráulicas utilizadas atualmente são adaptadas a diversas condições hidráulicas específicas, permitindo que girem com mais eficiência e convertam a energia da água em energia mecânica. Outro tipo de máquina, o gerador, é conectado à turbina, de modo que o rotor do gerador gira com a turbina para gerar eletricidade. O gerador pode ser dividido em duas partes: a parte que gira com a turbina e a parte fixa do gerador. A parte que está conectada à turbina e gira é chamada de rotor do gerador, e há muitos polos magnéticos ao redor do rotor; um círculo ao redor do rotor é a parte fixa do gerador, chamada de estator do gerador, e o estator é envolto por muitas bobinas de cobre. Quando muitos polos magnéticos do rotor giram no meio das bobinas de cobre do estator, uma corrente é gerada nos fios de cobre, e o gerador converte energia mecânica em energia elétrica.
A energia elétrica gerada pela usina é transformada em energia mecânica (motor elétrico ou motor), energia luminosa (lâmpada elétrica), energia térmica (forno elétrico) e assim por diante por vários equipamentos elétricos.
a composição da usina hidrelétrica
A composição de uma usina hidrelétrica inclui: estruturas hidráulicas, equipamentos mecânicos e equipamentos elétricos.
(1) Estruturas hidráulicas
Ela possui barragens, comportas de captação, canais (ou túneis), tanques de pressão (ou tanques de regulação), tubulações de pressão, casas de força e canais de escape, etc.
Uma barragem é construída no rio para bloquear a água do rio e elevar a superfície da água para formar um reservatório. Desta forma, uma queda concentrada é formada entre a superfície da água do reservatório na barragem e a superfície da água do rio abaixo da barragem, e então a água é introduzida na usina hidrelétrica através do uso de tubos de água ou túneis. Em rios relativamente íngremes, o uso de canais de desvio também pode formar uma queda. Por exemplo: Geralmente, a queda por quilômetro de um rio natural é de 10 metros. Se um canal for aberto na extremidade superior desta seção do rio para introduzir água do rio, o canal será escavado ao longo do rio, e a inclinação do canal será mais plana. Se a queda no canal for feita por quilômetro, ela caiu apenas 1 metro, de modo que a água fluiu 5 quilômetros no canal, e a superfície da água caiu apenas 5 metros, enquanto a água caiu 50 metros após percorrer 5 quilômetros no canal natural. Nesse momento, a água do canal é conduzida de volta à usina pelo rio por meio de uma tubulação ou túnel, e há uma queda concentrada de 45 metros que pode ser usada para gerar eletricidade. Figura 2
O uso de canais de desvio, túneis ou tubulações de água (como tubos de plástico, tubos de aço, tubos de concreto, etc.) para formar uma usina hidrelétrica com uma queda concentrada é chamado de usina hidrelétrica de canal de desvio, que é um layout típico de usinas hidrelétricas.
(2) Equipamentos mecânicos e elétricos
Além das obras hidráulicas acima mencionadas (barreiras, canais, pátios, tubulações de pressão, oficinas), a usina hidrelétrica também precisa dos seguintes equipamentos:
(1) Equipamento mecânico
Há turbinas, reguladores, válvulas de gaveta, equipamentos de transmissão e equipamentos não geradores.
(2) Equipamentos elétricos
Há geradores, painéis de controle de distribuição, transformadores e linhas de transmissão.
Mas nem todas as pequenas centrais hidrelétricas possuem as estruturas hidráulicas e os equipamentos mecânicos e elétricos mencionados acima. Se a queda d'água for inferior a 6 metros em uma central hidrelétrica de baixa queda, geralmente são utilizados o canal guia de água e o canal de água de canal aberto, sem reservatório de pressão e tubulação de água pressurizada. Para usinas com pequeno alcance de fornecimento de energia e curta distância de transmissão, a transmissão direta de energia é adotada, dispensando transformadores. Usinas hidrelétricas com reservatórios não precisam construir barragens. O uso de captações profundas, tubulações internas de barragens (ou túneis) e vertedouros elimina a necessidade de estruturas hidráulicas como vertedouros, comportas de captação, canais e reservatórios de pressão.
Para construir uma usina hidrelétrica, é necessário, antes de tudo, realizar um levantamento e projeto cuidadosos. O projeto envolve três etapas: projeto preliminar, projeto técnico e detalhamento da construção. Para um bom desempenho no projeto, é necessário, primeiramente, realizar um levantamento completo, ou seja, compreender plenamente as condições naturais e econômicas locais – ou seja, topografia, geologia, hidrologia, capital, etc. A correção e a confiabilidade do projeto só podem ser garantidas após o domínio e a análise dessas situações.
Os componentes de pequenas centrais hidrelétricas têm várias formas dependendo do tipo de central hidrelétrica.
3. Levantamento Topográfico
A qualidade do trabalho de levantamento topográfico tem grande influência no layout de engenharia e na estimativa da quantidade de engenharia.
A exploração geológica (compreensão das condições geológicas), além do conhecimento geral e da pesquisa sobre a geologia da bacia hidrográfica e ao longo do rio, também é necessária para entender se a fundação da casa de máquinas é sólida, o que afeta diretamente a segurança da própria usina. Uma vez destruída a barragem com um determinado volume de reservatório, isso não só danificará a própria usina hidrelétrica, como também causará enormes perdas de vidas e bens a jusante.
4. Teste hidrológico
Para usinas hidrelétricas, os dados hidrológicos mais importantes são os registros do nível do rio, vazão, teor de sedimentos, condições de formação de gelo, dados meteorológicos e dados de levantamentos de inundações. A magnitude da vazão do rio afeta o traçado do vertedouro da usina hidrelétrica. Subestimar a gravidade da enchente causará danos à barragem; o sedimento transportado pelo rio pode, na pior das hipóteses, encher rapidamente o reservatório. Por exemplo, o canal de entrada causará assoreamento, e o sedimento de granulação grossa passará pela turbina, causando desgaste. Portanto, a construção de usinas hidrelétricas deve contar com dados hidrológicos suficientes.
Portanto, antes de decidir construir uma usina hidrelétrica, precisamos primeiro investigar a direção do desenvolvimento econômico na área de fornecimento de energia e a demanda futura por eletricidade. Ao mesmo tempo, avaliar a situação de outras fontes de energia na área de desenvolvimento. Somente após pesquisa e análise da situação acima, poderemos decidir se a usina hidrelétrica precisa ser construída e qual o tamanho ideal para ela.
Em geral, o objetivo do trabalho de levantamento de energia hidrelétrica é fornecer informações básicas precisas e confiáveis, necessárias para o projeto e a construção de usinas hidrelétricas.
5. Condições gerais para seleção do local
As condições gerais para a seleção de um local podem ser explicadas a partir dos quatro aspectos seguintes:
(1) O local selecionado deve ser capaz de utilizar a energia hídrica da forma mais econômica possível e atender ao princípio da economia de custos, ou seja, após a conclusão da usina, o menor gasto financeiro será gasto e a maior quantidade de eletricidade gerada. Geralmente, isso pode ser medido estimando-se a receita anual de geração de energia e o investimento na construção da usina, para verificar em quanto tempo o capital investido pode ser recuperado. No entanto, as condições hidrológicas e topográficas variam de acordo com o local, e as necessidades de eletricidade também variam, portanto, o custo de construção e o investimento não devem ser limitados a determinados valores.
(2) As condições topográficas, geológicas e hidrológicas do local selecionado devem ser relativamente favoráveis, e deve haver possibilidades de projeto e construção. Na construção de pequenas centrais hidrelétricas, o uso de materiais de construção deve estar em conformidade com o princípio de "materiais locais", tanto quanto possível.
(3) O local selecionado deve estar o mais próximo possível da área de fornecimento e processamento de energia para reduzir o investimento em equipamentos de transmissão de energia e a perda de energia.
(4) Ao selecionar o local, as estruturas hidráulicas existentes devem ser aproveitadas ao máximo. Por exemplo, a queda d'água pode ser usada para construir uma usina hidrelétrica em um canal de irrigação, ou uma usina hidrelétrica pode ser construída próxima a um reservatório de irrigação para gerar eletricidade a partir do fluxo de irrigação, e assim por diante. Como essas usinas hidrelétricas podem atender ao princípio de geração de eletricidade quando há água, sua importância econômica é mais evidente.
Data de publicação: 19 de maio de 2022
