O princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica é bastante simples. As estruturas hidráulicas de uma usina hidrelétrica fornecem o fluxo necessário de água que entra nas pás de uma turbina hidráulica, que leva a um gerador que gera eletricidade.

Figura 1. Esquema de um dos tipos de turbinas hidráulicas

A pressão de água necessária é gerada por uma barragem (no caso de uma central hidroeléctrica tipo barragem) ou desvio - o fluxo natural de água (centrais hidroeléctricas diversionais). Em alguns casos, para obter a pressão de água necessária, tanto uma barragem como um desvio são utilizados em conjunto:

• hidrelétricas de barragens (Fig. 2). Estes são os tipos mais comuns de grandes usinas hidrelétricas no Quirguistão. A pressão da água neles é criada através da instalação de uma barragem que bloqueia completamente o rio e eleva o nível da água até a altura necessária. Neste caso, o próprio edifício da central hidroeléctrica localiza-se atrás da barragem, na sua parte inferior. A água, neste caso, é fornecida às turbinas através de túneis de pressão especiais.
• centrais hidroeléctricas de desvio (Fig. 3). Essas usinas são construídas em locais onde há encostas de rios. A quantidade necessária de água para criar pressão é retirada do leito do rio por meio de sistemas especiais de drenagem (canais, ramais, valas). A sua inclinação é significativamente menor que a inclinação média do rio. Como resultado, a água, após uma certa distância, sobe até a altura necessária e é coletada em uma piscina de pressão. A partir daí, por meio de uma tubulação de pressão, a água entra na turbina e, por fim, vai parar novamente no mesmo rio. Em alguns casos, uma barragem e um pequeno reservatório são criados no início do canal de desvio.

Arroz. 2. Tipo de barragem hidrelétrica

Arroz. 3. Usina hidrelétrica do tipo desvio

Todos os equipamentos de energia estão localizados diretamente no próprio prédio da hidrelétrica. Dependendo da finalidade, possui uma divisão específica. Os hidrogeradores estão localizados na sala das turbinas, convertendo diretamente a energia da água em energia elétrica. Há também equipamentos elétricos, que incluem dispositivos de controle e monitoramento do funcionamento de usinas hidrelétricas, posto de transformação, quadros de distribuição e muito mais.

As hidrelétricas são divididas em função da energia gerada:

• poderoso - produza a partir de 30 MW e acima;
• pequenas UHEs - de 1 MW a 30 MW;
• mini UHE - de 100 kW a 1 MW;
• micro UHE - de 5 kW a 100 kW;
• usina hidrelétrica pico - até 5 kW.

A potência de uma usina hidrelétrica depende da pressão e vazão da água, bem como da eficiência (coeficiente de eficiência) das turbinas e geradores utilizados. Pelo facto de, por razões naturais, o fluxo de água estar em constante mudança, consoante a estação do ano, bem como por uma série de outros motivos, costuma-se tomar a potência cíclica como expressão da potência de uma central hidroeléctrica. Por exemplo, existem ciclos anuais, mensais, semanais ou diários de operação de uma central hidroeléctrica.

Dependendo da vazão e da pressão da água, diferentes tipos de turbinas são utilizados nas usinas hidrelétricas. Para alta pressão - turbinas balde e radial-axiais com câmaras espirais metálicas. Nas usinas hidrelétricas de média pressão são instaladas turbinas de pás rotativas e radiais-axiais; nas hidrelétricas de baixa pressão, turbinas de pás rotativas são instaladas em câmaras de concreto armado ou aço. O princípio de funcionamento de todos os tipos de turbinas é o mesmo - a água sob pressão (pressão da água) entra nas pás da turbina, que começam a girar. A energia mecânica é assim transferida para o gerador, que gera eletricidade. As turbinas diferem em algumas características técnicas, assim como nas câmaras - aço ou concreto armado, e são projetadas para diferentes pressões de água.

As centrais hidroeléctricas, dependendo da sua finalidade, também podem incluir estruturas adicionais, como eclusas, passagens para peixes, estruturas de captação de água utilizadas para irrigação e muito mais.

O valor das usinas hidrelétricas está no fato de utilizarem recursos naturais renováveis ​​para produzir energia elétrica. Por não haver necessidade de combustível adicional para usinas hidrelétricas, o custo final da eletricidade gerada é significativamente menor do que quando se utilizam outros tipos de usinas.

Características das usinas hidrelétricas (prós e contras)

• (+) o custo da energia elétrica nas hidrelétricas é mais de duas vezes menor do que nas termelétricas.
• (+) as turbinas hidrelétricas permitem a operação em todos os modos de zero à potência máxima e permitem alterar rapidamente a potência se necessário, atuando como regulador da geração de eletricidade.
• (+) o escoamento fluvial é uma fonte de energia renovável
• (+) impacto significativamente menor no ar e nas geleiras do que outros tipos de usinas.
• (-) muitas vezes usinas hidrelétricas eficientes estão mais distantes dos consumidores e exigem a construção de linhas de transmissão de energia (PTL) caras.
• (-) os reservatórios costumam ocupar grandes áreas.
• (-) as barragens alteram frequentemente a natureza da pesca, uma vez que bloqueiam o caminho para os locais de desova dos peixes migradores, mas muitas vezes favorecem o aumento dos stocks pesqueiros no próprio reservatório e a implementação da piscicultura.

Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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