El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica es bastante sencillo. Las estructuras hidráulicas de una central hidroeléctrica proporcionan el flujo de agua necesario que ingresa a las palas de una turbina hidráulica, que conduce a un generador que genera electricidad.

Figura 1. Esquema de uno de los tipos de turbinas hidráulicas.

La presión de agua requerida se genera mediante una presa (en el caso de una central hidroeléctrica de tipo presa) o mediante una desviación, el flujo natural del agua (centrales hidroeléctricas de desviación). En algunos casos, para obtener la presión de agua requerida, se utilizan juntos una presa y un desvío:

• Centrales hidroeléctricas de presas (Fig. 2). Estos son los tipos más comunes de grandes centrales hidroeléctricas en Kirguistán. La presión del agua en ellos se crea instalando una presa que bloquea completamente el río y eleva el nivel del agua a la altura requerida. En este caso, el propio edificio de la central hidroeléctrica se sitúa detrás de la presa, en su parte inferior. En este caso, el agua se suministra a las turbinas a través de túneles de presión especiales.
• centrales hidroeléctricas de desvío (Fig. 3). Estas centrales eléctricas se construyen en lugares donde hay una pendiente de río. La cantidad de agua necesaria para crear presión se extrae del lecho del río mediante sistemas de drenaje especiales (canales, ramales, zanjas). Su pendiente es significativamente menor que la pendiente media del río. Como resultado, el agua, después de una cierta distancia, sube a la altura requerida y se recoge en una piscina de presión. Desde allí, a través de una tubería de presión, el agua ingresa a la turbina y, finalmente, termina nuevamente en el mismo río. En algunos casos, se crea una presa y un pequeño embalse al inicio del canal de desvío.

Arroz. 2. Tipo de represa hidroeléctrica

Arroz. 3. Central hidroeléctrica de tipo desvío

Todo el equipo eléctrico está ubicado directamente en el edificio de la central hidroeléctrica. Dependiendo de la finalidad, tiene su propia división específica. Los hidrogeneradores están ubicados en la sala de turbinas y convierten directamente la energía del agua en energía eléctrica. También hay equipos eléctricos, que incluyen dispositivos de control y monitoreo para el funcionamiento de centrales hidroeléctricas, una estación transformadora, aparamentas y mucho más.

Las centrales hidroeléctricas se dividen en función de la energía generada:

• potente: produce a partir de 30 MW;
• pequeñas centrales hidroeléctricas: de 1 MW a 30 MW;
• mini HPP - de 100 kW a 1 MW;
• micro HPP - de 5 kW a 100 kW;
• central hidroeléctrica pico - hasta 5 kW.

La potencia de una central hidroeléctrica depende de la presión y el caudal de agua, así como de la eficiencia (coeficiente de eficiencia) de las turbinas y generadores utilizados. Debido a que, por razones naturales, el caudal de agua cambia constantemente según la estación del año, así como por otras razones, se acostumbra tomar la energía cíclica como expresión de la potencia de una central hidroeléctrica. Por ejemplo, existen ciclos de funcionamiento anual, mensual, semanal o diario de una central hidroeléctrica.

Dependiendo del caudal y la presión del agua, en las centrales hidroeléctricas se utilizan diferentes tipos de turbinas. Para las de alta presión: turbinas de cangilones y radiales-axiales con cámaras en espiral metálicas. En las centrales hidroeléctricas de media presión se instalan turbinas de palas giratorias y radiales-axiales, en las centrales hidroeléctricas de baja presión se instalan turbinas de palas giratorias en cámaras de hormigón armado o de acero. El principio de funcionamiento de todos los tipos de turbinas es el mismo: el agua bajo presión (presión de agua) ingresa a las palas de la turbina, que comienzan a girar. De este modo, la energía mecánica se transfiere al generador, que genera electricidad. Las turbinas difieren en algunas características técnicas, así como en las cámaras: acero u hormigón armado, y están diseñadas para diferentes presiones de agua.

Las centrales hidroeléctricas, según su finalidad, también pueden incluir estructuras adicionales, como esclusas, pasos para peces, estructuras de toma de agua utilizadas para riego y mucho más.

El valor de las centrales hidroeléctricas radica en que utilizan recursos naturales renovables para producir energía eléctrica. Debido a que no hay necesidad de combustible adicional para las centrales hidroeléctricas, el coste final de la electricidad generada es significativamente menor que cuando se utilizan otros tipos de centrales eléctricas.

Características de las centrales hidroeléctricas (pros y contras)

• (+) el coste de la electricidad en las centrales hidroeléctricas es más de dos veces menor que en las centrales térmicas.
• (+) Las turbinas hidroeléctricas permiten el funcionamiento en todos los modos, desde cero hasta máxima potencia y permiten cambiar rápidamente de potencia si es necesario, actuando como regulador de la generación de electricidad.
• (+) la escorrentía de los ríos es una fuente de energía renovable
• (+) impacto significativamente menor en el aire y los glaciares que otros tipos de centrales eléctricas.
• (-) Las centrales hidroeléctricas, a menudo eficientes, están más alejadas de los consumidores y requieren la construcción de costosas líneas de transmisión de energía (PTL).
• (-) Los embalses suelen ocupar grandes superficies.
• (-) las represas a menudo cambian la naturaleza de la pesca, ya que bloquean el camino hacia las zonas de desove de los peces migratorios, pero a menudo favorecen un aumento de las poblaciones de peces en el propio embalse y la implementación de la piscicultura.

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

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