O aproveitamento da energia do fluxo de água, o dispositivo de estruturas hidráulicas de usinas hidrelétricas (UHE)

Energia dos fluxos de água

A energia (potencial) que o fluxo de água possui é determinada por duas grandezas: a quantidade de água corrente e a altura de sua queda até a foz.

Em estado natural, a energia do fluxo do rio é gasta na erosão do canal, transferência de partículas do solo, atrito nas margens e no fundo.

Desta forma, a energia do fluxo de água é distribuída ao longo do fluxo, embora de forma desigual — dependendo das inclinações do fundo e da vazão secundária da água. Para usar a energia do fluxo dentro de uma determinada área, é necessário concentrá-la em uma seção - em um alinhamento.

Às vezes, essa concentração é criada pela natureza na forma de cachoeiras, mas na maioria dos casos deve ser criada artificialmente, com a ajuda de estruturas hidráulicas.

A Usina Hidrelétrica de Itaipu é a maior usina hidrelétrica do mundo para produção de energia elétrica

A energia é concentrada no canteiro de obras Usinas Hidrelétricas (UHE) dois caminhos:

• uma barragem bloqueando o rio e elevando a água na bacia a montante - a montante N metros do nível da bacia a jusante - a jusante. A diferença nos níveis a montante e a jusante H é chamada de cabeça. Usinas hidrelétricas onde a cabeceira é criada por uma barragem são chamadas de near-dam e geralmente são construídas em rios rasos;

• com a ajuda de um canal de derivação especial — um canal de derivação. As estações de derivação são construídas principalmente em áreas montanhosas. O canal de desvio tem um declive muito pequeno, de modo que no seu final concentra-se quase totalmente toda a nascente do trecho do rio circundado pelo canal.

Força de fluxo no alinhamento da estrutura é determinado pela quantidade de água que passa pela comporta em um segundo, Q e altura H. Se Q for medido em m3/seg, e H em metros, então a vazão na seção será igual a:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Apenas uma parte dessa capacidade, igual à eficiência da instalação, será utilizada nos geradores elétricos da hidrelétrica. Portanto, a potência da usina na queda H e o fluxo de água pelas turbinas Q serão:

P = 9,81*B* H* eficiência kW.

Casa de máquinas para uma usina hidrelétrica

Em condições reais de operação de usinas hidrelétricas, parte da água pode ser descarregada pelas turbinas.

A energia dos riachos é usada há séculos. O uso generalizado da energia hidráulica tornou-se possível apenas no final do século XIX, quando foi inventado transformador elétrico e criou sistema trifásico de corrente alternada... A capacidade de transmitir energia a longas distâncias possibilitou o aproveitamento da energia das mais poderosas correntes de água.

A Usina Hidrelétrica de Três Gargantas da China, localizada no rio Yangtze, é a maior do mundo em termos de capacidade instalada.

Composição e arranjo de instalações hidrotécnicas de usinas hidrelétricas

A estrutura da unidade de estruturas de uma usina hidrelétrica de barragem geralmente inclui:

• cabeça de barragem. Nos trechos superiores da barragem forma-se um reservatório de maior ou menor volume dependendo das condições topográficas e da altura da barragem, que regula o fluxo de água pelas turbinas de acordo com o cronograma de carga;

• construção hidrelétrica;

• calhas, tendo uma finalidade diferente e design correspondentemente diferente: para descarregar o excesso de água que não é usado nas turbinas, por exemplo durante as cheias (transbordamentos); para rebaixamento do horizonte de água nas águas de transbordamento, o que às vezes é necessário, por exemplo, na reparação de instalações hidráulicas (drenagem); para distribuição de água entre usuários de água (instalações de captação de água);

• facilidades de transporte — eclusas navegáveis, fornecendo pela navegação no rio, prateleiras e jangadas para rafting de madeira;

• facilidades de passagem de peixes.

Seção sobre a construção da usina hidrelétrica

Estruturas típicas da usina hidrelétrica de derivação — canal de desvio e tubulação do canal para as turbinas.

O principal valor, o mais responsável tecnicamente e o elo mais caro no bloco das hidrelétricas é a barragem. As barragens distinguem-se ao longo do percurso de passagem das águas:

• surdoque não permitem a passagem de água;

• vertedouroem que a água transborda sobre a crista da barragem;

• Placa de painelque deixam a água entrar quando os escudos (portões) são abertos.

Cornalvo é uma barragem em Espanha, na província de Badajoz, que está em funcionamento há quase 2.000 anos.

As barragens são geralmente de terra e concreto.

O perfil transversal da barragem de terra: 1 — dente; 2 — camada protetora de areia e cascalho; 3 — grade de argila: 4 — corpo da barragem; 5 — camada de base impermeável

A figura mostra o perfil de uma barragem de argila construída sobre uma camada permeável de baixa espessura. O corpo da barragem é descarregado de qualquer solo que não contenha grande quantidade de impurezas orgânicas e sais solúveis em água.

Ao encher uma barragem com solos permeáveis, uma grade de argila é colocada no corpo da barragem para evitar a filtração da água. A camada permeável sobre a qual a barragem é construída é cortada por um dente à prova d'água pelas mesmas razões.

Se a barragem for totalmente preenchida com solo argiloso ou arenoso, não há necessidade de barreira contra infiltração. No topo, a tela é coberta com uma camada protetora de areia e cascalho, que por sua vez é protegida da erosão das ondas por um pavimento de pedra (desde o topo da barragem até uma marca que fica 0,5 — 0,7 m abaixo do horizonte de água mais baixo possível). nas águas superiores).

Ao encher uma barragem de argila, cada camada é cuidadosamente compactada com rolos. A drenagem de água pela crista de uma barragem de argila é inadmissível, pois existe o perigo da sua erosão. Uma estrada geralmente é construída ao longo da crista de uma barragem de terra, que define a largura da crista. O cume é asfaltado da maneira usual.

A largura da base da barragem depende de sua altura e da suposta inclinação das encostas em relação ao horizonte. O declive a montante torna-se mais plano do que o de jusante.

Atualmente, o método de hidromecanização é amplamente utilizado na construção de grandes barragens de terra.

Barragem de Willow Creek, Oregon, EUA, uma barragem do tipo gravidade feita de concreto

Esquema de uma barragem cega de concreto: 1 — drenagem da barragem; 2 — galeria de visualização; 3 — coletor; 4 — drenagem da fundação

A figura mostra uma barragem de concreto vazia com um perfil regular com uma faixa de tráfego no topo. Para uma conexão mais confiável da barragem com o solo e as margens, a fundação da barragem é feita na forma de várias saliências. Um dente com uma profundidade de 0,05 - 1,0 Z está localizado no lado da pressão.

Para combater a filtração, são colocadas cortinas anti-filtração sob o dente, para as quais, através de um sistema de furos com diâmetro de 5 a 15 cm, a solução de cimento é injetada nas fissuras da base (solo).

Embora o corpo da barragem seja feito de concreto maciço, a água sempre vaza por ele. Para escoar esta água a jusante, é disposto na barragem um sistema de drenagem, constituído por poços verticais - drenos (com diâmetro de 20 - 30 cm) feitos no corpo da barragem a cada 1,5 - 3 m.

A água escoada por eles entra nas cubas da galeria de observação 2, de onde é conduzida por coletores horizontais 3 até a piscina inferior. A galeria de observação, que percorre o corpo da barragem em toda a sua extensão, é feita para monitorar o estado do concreto e da filtração da água.

Estruturas de abastecimento de água derivadas são mais frequentemente implementadas na forma de um canal aberto. Em solos moles, a seção do canal é geralmente trapezoidal. As paredes e o fundo do canal são revestidos com concreto ou asfalto para reduzir a filtração, evitar a erosão, reduzir a rugosidade e as perdas de pressão associadas. O revestimento de paralelepípedos também é usado.

Os canais de desvio em solos rochosos têm uma seção retangular. Se não for possível realizar um canal aberto, são usadas reentrâncias com seção transversal retangular ou circular. A água do canal de desvio para as turbinas é alimentada através de dutos. Os dutos são metal, concreto armado e madeira.