Em rios naturais, a água flui de montante para jusante misturada com sedimentos, e frequentemente erode o leito e as margens, o que demonstra a presença de uma certa quantidade de energia potencial na água. Em condições naturais, essa energia potencial é consumida na erosão, no deslocamento de sedimentos e na superação da resistência ao atrito. Se construirmos estruturas e instalarmos os equipamentos necessários para criar um fluxo constante de água que passe por uma turbina hidráulica, esta será acionada pela correnteza, como um moinho de vento, girando continuamente e convertendo a energia da água em energia mecânica. Quando a turbina hidráulica aciona o gerador, este gera eletricidade, convertendo a energia da água em energia elétrica. Este é o princípio básico da geração de energia hidrelétrica. Turbinas hidráulicas e geradores são os equipamentos mais básicos para a geração de energia hidrelétrica. Permita-me apresentar uma breve introdução aos conceitos básicos de geração de energia hidrelétrica.
1. Energia hidrelétrica e energia do fluxo de água
No projeto de uma usina hidrelétrica, para determinar sua escala, é necessário conhecer sua capacidade de geração de energia. De acordo com os princípios básicos da geração de energia hidrelétrica, não é difícil perceber que a capacidade de geração de uma usina é determinada pela quantidade de trabalho que a correnteza pode realizar. Chamamos o trabalho total que a água pode realizar em um determinado período de tempo de energia hídrica, e o trabalho que pode ser realizado em uma unidade de tempo (segundo) é chamado de potência da correnteza. Obviamente, quanto maior a potência da correnteza, maior a capacidade de geração de energia da usina. Portanto, para conhecer a capacidade de geração de energia da usina, devemos primeiro calcular a potência da correnteza. A potência da correnteza em um rio pode ser calculada da seguinte forma: assumindo que a queda d'água em um determinado trecho do rio seja H (metros) e que o volume de água H que passa pelo trecho do rio em uma unidade de tempo (segundos) seja Q (metros cúbicos/segundo), então a potência da correnteza no trecho é igual ao produto do peso da água pela queda d'água. Obviamente, quanto maior a queda d'água, maior o fluxo e maior a potência da correnteza.
2. A produção das usinas hidrelétricas
Sob determinada queda d'água e vazão, a eletricidade que uma usina hidrelétrica pode gerar é chamada de potência de saída. Obviamente, a potência de saída depende da força da água que passa pela turbina. No processo de conversão da energia da água em energia elétrica, a água precisa vencer a resistência do leito do rio ou de construções ao longo do percurso, da montante à jusante. As turbinas hidráulicas, os geradores e os equipamentos de transmissão também precisam vencer diversas resistências durante o funcionamento. Para vencer a resistência, é necessário realizar trabalho, e a força da água que passa pela turbina será consumida, o que é inevitável. Portanto, a força da água que pode ser usada para gerar eletricidade é menor do que o valor obtido pela fórmula, ou seja, a potência de saída da usina hidrelétrica deve ser igual à força da água multiplicada por um fator menor que 1. Esse coeficiente também é chamado de eficiência da usina hidrelétrica.
O valor específico da eficiência de uma usina hidrelétrica está relacionado à quantidade de perda de energia que ocorre quando a água flui através da estrutura, da turbina hidráulica, dos equipamentos de transmissão, do gerador, etc. Quanto maior a perda, menor a eficiência. Em uma pequena usina hidrelétrica, a soma dessas perdas representa cerca de 25 a 40% da potência da vazão da água. Ou seja, se a vazão da água que pode gerar 100 quilowatts de eletricidade entra na usina hidrelétrica, e o gerador só consegue gerar de 60 a 75 quilowatts de eletricidade, a eficiência da usina hidrelétrica será equivalente a 60 a 75%.
Como demonstrado na introdução anterior, quando a vazão e a diferença de nível da água na usina são constantes, a potência gerada depende da eficiência. A prática comprovou que, além do desempenho das turbinas hidráulicas, geradores e equipamentos de transmissão, outros fatores influenciam a eficiência das usinas hidrelétricas, como a qualidade da construção e instalação dos equipamentos, a qualidade da operação e gestão, e a adequação do projeto da usina. Naturalmente, alguns desses fatores são primários e outros secundários, e sob certas condições, os fatores primários e secundários podem se inter-relacionar.
Contudo, independentemente do fator, o fator decisivo é que as pessoas não são objetos, as máquinas são controladas por humanos e a tecnologia é regida pelo pensamento. Portanto, no projeto, construção e seleção de equipamentos de usinas hidrelétricas, é necessário dar plena importância ao papel subjetivo dos seres humanos e buscar a excelência tecnológica para minimizar ao máximo a perda de energia do fluxo de água. Isso é especialmente importante para algumas usinas hidrelétricas onde a queda d'água em si é relativamente pequena. Ao mesmo tempo, é necessário fortalecer efetivamente a operação e a gestão das usinas hidrelétricas, a fim de melhorar a eficiência das usinas, aproveitar ao máximo os recursos hídricos e permitir que as pequenas hidrelétricas desempenhem um papel mais relevante.
Data da publicação: 09/06/2021
