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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Los principales problemas de la construcción de microcentrales hidroeléctricas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El proyecto para la construcción de una microcentral hidroeléctrica depende de muchos parámetros: hidrotécnicos, naturales, del tipo y complejidad del equipo utilizado, de las condiciones de consumo de electricidad y otros factores. Como regla general, si se planea instalar una microcentral hidroeléctrica con una capacidad de hasta 10 kW y las condiciones naturales no requieren la construcción de estructuras hidráulicas complejas, entonces no es necesario atraer especialistas para el diseño. Una planta que fabrica tales microcentrales hidroeléctricas a menudo incluye en la entrega, además de la propia unidad hidroeléctrica, una tubería de presión flexible (manguera) hecha de varios materiales (Fig. 39). En este caso, basta con hacer una pequeña toma de agua, conectarle una tubería de presión o, además, construir un pequeño canal de desviación y un depósito de presión. Si se planea construir una micro HPP de mayor capacidad, entonces en este caso es más conveniente invitar a especialistas (o una organización de contratistas especializados) con las calificaciones y experiencia apropiadas para el diseño y construcción de una micro HPP. Para elegir el contratista adecuado, será útil familiarizarse con sus documentos de calificación (licencias de Gosarchstroy para la construcción de centrales hidroeléctricas o trabajos de construcción), con trabajos previamente completados (microcentrales hidroeléctricas diseñadas o construidas). Si existe tal oportunidad, puede ver personalmente estos objetos, hablar con sus propietarios o usuarios, descubrir problemas prácticos o dificultades en la construcción y operación.
Al construir una micro CH con una capacidad instalada de, por ejemplo, más de 10 kW, además del tema del costo del equipo, es necesario evaluar de manera realista sus capacidades y recursos técnicos y laborales, materiales que se utilizarán para la construcción. de una instalación de toma de agua, un canal de derivación, un depósito de presión, una base de apoyo debajo del equipo. Estas estructuras, además de los requisitos de materiales, tienen requisitos bastante estrictos de tamaño, método de fabricación y construcción. También es muy importante considerar el tema de las vías de acceso al sitio de construcción, para el transporte de materiales de construcción, maquinaria y equipo. Construir incluso un camino técnico simple o limpiar el área de piedras y árboles, nivelando la superficie, puede aumentar significativamente el costo y complicar la construcción de una microcentral hidroeléctrica. La ingesta de agua El propósito de una toma de agua es tomar agua de un río o embalse y entregarla a una tubería de presión. El requisito principal es que la bocatoma debe funcionar en todos los niveles de flujo, desde el más bajo (bajamar) hasta el nivel de las inundaciones, de vez en cuando para hacer frente a una gran cantidad de grava, piedras u otros desechos traídos por la corriente - de hojas y escombros a árboles enteros. El correcto diseño de la toma de agua es un factor decisivo para el buen funcionamiento de toda la central hidroeléctrica y una condición importante para reducir el coste de su operación y reparación. La toma de agua debe cumplir con los siguientes parámetros:
Para garantizar el suministro del volumen de agua requerido a la unidad hidráulica, se requiere un remanso de agua (elevación del nivel del agua debido al bloqueo total o parcial del cauce del río (cauce de agua)). El remanso en el caso de las microcentrales hidroeléctricas de represa es creado por una represa (presa), cuando el canal está bloqueado por una represa y se alcanza el nivel requerido y el suministro de agua. En el caso de las microcentrales hidroeléctricas de desvío, dicho remanso se crea mediante la construcción de una barrera en el lecho del río frente a la entrada del canal de desvío. Dicho apoyo se puede crear:
Las siguientes figuras muestran dos ejemplos comunes del diseño de tomas de agua, en las que es posible regular el remanso para asegurar su toma en el canal de derivación. En el primer caso (Fig. 40), se proporciona el remanso necesario y se regula mediante esclusas.
En el segundo caso (Fig. 41), el soporte necesario lo proporcionan vigas de madera colocadas horizontalmente en el camino del flujo de agua. Las vigas están sujetas por estructuras de canales. Se proporciona un cambio en la presión del agua (regulación) agregando vigas adicionales para elevar el nivel del agua, o quitándolas, para reducir el nivel de agua que se acumula.
En otros casos, es posible crear un remanso de agua no regulado, colocando piedras (barrera) u otros materiales (piezas de hormigón armado, etc.) en el fondo del río inmediatamente después de la entrada al canal de desviación. La figura 42 a continuación muestra, como ejemplo, un dibujo de una instalación de toma de agua en el río Taldy-Suu (distrito de Tyup) para una microcentral hidroeléctrica con una capacidad de 60 kW.
La entrada al canal de derivación debe estar bien reforzada contra la erosión hídrica y ser de hormigón armado o de escombros. Debe estar equipado con un regulador de compuerta (gateway) para asegurar un cambio en el volumen de agua tomada en el canal de derivación, así como para cerrar completamente el suministro de agua a la unidad hidroeléctrica durante el período de reparación o mantenimiento de la misma. micro HPP (Fig. 43).
La entrada al canal de desvío debe tener una cornisa (Fig. 44), como trampa para piedras, grava, arena y otros sedimentos. Sin embargo, la cornisa no puede proporcionar una protección de sedimentos del 100%, esta es la primera barrera en su camino. El diseño de estructuras hidráulicas puede prever otros dispositivos para proteger contra los sedimentos instalados más allá de la estructura de toma. La cornisa se realiza en la zona de entrada al canal de desvío, en forma de depresión en el fondo. Debe revisarse periódicamente para ver si está lleno y requiere una limpieza regular.
canal de derivación El canal de desvío se utiliza para entregar agua desde la instalación de toma de agua hasta la tubería forzada. Puede hacerse en forma de un canal de tierra o concreto, o construirse a partir de bandejas o erizos de concreto, en forma de tubería de plástico o metal, como se practica en los países escandinavos. El canal de desviación puede tener cualquier longitud, desde cero (si la tubería de presión comienza inmediatamente desde la toma de agua o la presa) hasta varios kilómetros. Los canales de desvío económicamente más viables son los canales terrestres abiertos. Pero tienen una serie de problemas asociados con los altos requisitos de mantenimiento; perdida de agua; deslizamientos de tierra causados por la filtración de agua de las paredes del canal sin revestimiento, la necesidad de tener una pendiente estable y relativamente plana. Para ello, al construir un canal de desvío de tierra, es necesario tener en cuenta el cálculo de su pendiente dentro de los valores de 0,002.0,003, es decir, un cambio de altura de 2-3 m por cada 1000 m de la longitud del canal El aumento de la pendiente puede provocar la erosión posterior de las paredes de tierra del canal, y reducirla puede provocar que se congele en invierno. Los canales de desviación hechos de hormigón armado (incluyendo bandejas y secciones de corrientes de alta velocidad), así como de metal o plástico, no tienen las desventajas inherentes a los canales de desviación de tierra: son más resistentes y duraderos, requieren menos mantenimiento y reparación. Dichos canales pueden tener una pendiente más pronunciada que los canales de tierra y, por lo tanto, ser menos propensos a congelarse. Para evitar la congelación, los canales de desvío hechos de dichos materiales pueden aislarse adicionalmente (cubiertos con losas, materiales aislantes, profundizados en el suelo). Sin embargo, al diseñar, debe tenerse en cuenta que una gran pendiente del canal de desviación (y, en consecuencia, un alto caudal) tiene ciertas desventajas. En primer lugar, un diseño más complejo de la cuenca de presión: el agua debe ingresar de acuerdo con un cierto régimen, por regla general, en un estado de calma, para no formar interruptores dentro de la cuenca de presión y también para no destruirlo con el tiempo. . Una gran pendiente del canal de desviación y, en consecuencia, un alto caudal, en general, pueden conducir a la rápida destrucción de las estructuras hidráulicas de las microcentrales hidroeléctricas. En segundo lugar, una gran pendiente reduce la presión (diferencia de altura entre aguas arriba y aguas abajo). En consecuencia, esto reducirá la capacidad de la microcentral hidroeléctrica. La altura del cabezal es un factor importante en la potencia y, lo que es más importante, en el costo de una microcentral hidroeléctrica. El equipo de cabeza baja es mucho más caro que el equipo de cabeza alta. También es de grandes dimensiones y conlleva la construcción de estructuras mayores para su instalación (cimentación de apoyo, sala de máquinas, etc.). La siguiente tabla resume los principales datos sobre los materiales para la construcción de un canal de derivación, con sus fortalezas y debilidades.
Un diseño útil para garantizar el funcionamiento de una microcentral hidroeléctrica es una canaleta de lodos. El dispositivo de descarga de lodos evita que los lodos que se forman durante la estación fría entren en el depósito de presión y en la cámara de la turbina. Se coloca en el dispositivo de toma frente al canal de desviación con un canal de desviación suficientemente corto y siempre que los lodos se formen únicamente en el río. Con canales de desvío largos, existe la posibilidad de que se formen lodos en el propio canal. En este caso, los dispositivos de descarga de lodos se colocan frente a la balsa de presión. El dispositivo de descarga de ruido en forma de bandeja transversal se instala perpendicularmente o en algún ángulo con respecto a la dirección del flujo de agua en el canal de desviación (Fig. 45).
El fondo de la bandeja de lodos se coloca debajo del horizonte de agua para que los lodos no pasen por debajo, sino que se descarguen desde la pared posterior hacia el canal de lodos, que desviaría el agua recolectada con los lodos hacia el río. El dispositivo de liberación de lodos se retira cuando no hay lodos. cuenca de presión La cuenca de presión de una micro central hidroeléctrica es una estructura para conectar un canal de derivación con una tubería de presión, para crear la presión y el volumen de agua necesarios, así como para limpiar la corriente de basura, sedimentos y descargar el exceso de agua. También asegura que se mantenga el régimen hídrico necesario para el correcto funcionamiento del grupo hidráulico. El diseño clásico del depósito de presión incluye (Fig. 46):
El depósito de presión debe ser de hormigón armado. El tamaño del depósito de presión generalmente se determina según las especificaciones del fabricante del equipo. Debe tener un espacio libre mínimo para hacer frente a los cambios rápidos en el flujo de la turbina sin bajar excesivamente el nivel del agua en la cámara de carga. Como regla general, el margen de volumen de espacio libre requerido corresponde a 30 segundos de flujo de diseño de turbina. Tubería de presión Las tuberías de presión suministran agua desde el depósito de presión hasta la cámara de la turbina. Se pueden instalar tanto en la superficie de la tierra como bajo tierra. La instalación sobre el suelo es la opción preferida si la ruta de la tubería se encuentra en un terreno rocoso donde la excavación de la zanja sería demasiado costosa. Las tuberías de presión metálicas también se ubican preferentemente sobre el suelo para facilitar el trabajo de mantenimiento y prevención de la corrosión. Una tubería de presión subterránea puede tener una serie de ventajas por las siguientes razones:
Las desventajas de las tuberías subterráneas son los costos adicionales y que en las secciones empinadas los materiales de la plataforma se pueden lavar, por lo que es necesario hacer cercas para contener el material. La siguiente tabla proporciona información básica sobre materiales para tuberías a presión.
edificio de la estación El edificio de la microcentral hidroeléctrica es el lugar de instalación de la unidad hidroeléctrica y del sistema de control de la microcentral hidroeléctrica. También proporciona protección al equipo contra la lluvia, la nieve y las bajas temperaturas. Hay muchas maneras de construir sobre el suelo, lo que debe hacerse según los códigos y regulaciones locales, la disponibilidad de materiales y las condiciones climáticas. Para las condiciones climáticas de montaña, suelen ser adecuadas las paredes de ladrillo o mampostería, o los bloques de hormigón armado. Los transformadores deben ubicarse fuera del edificio de la estación o en una habitación separada. La mejor opción para construir los cimientos de un edificio y los cimientos de soporte para una unidad hidráulica es el hormigón armado. Con equipos de tamaño pequeño, se permite construir una base de hormigón de escombros. La mejor opción es utilizar el plano de detalle de la cimentación portante para su correcta construcción y cumplimiento de las especificaciones necesarias para la fijación del equipo. Esto generalmente lo proporciona el fabricante del equipo o la organización contratante. La Figura 47 a continuación muestra un edificio micro HPP con una capacidad de 60 kW en el río Taldy-Suu (pueblo de Taldy-Suu, distrito de Tyup).
Este dibujo muestra los elementos principales del edificio de la central y la base de apoyo de la unidad hidroeléctrica. Esta micro HPP tiene una turbina radial-axial con un eje de turbina vertical. Los siguientes puntos deben ser considerados al diseñar cualquier edificio de la planta:
Debe prestarse especial atención a la construcción de una vía de derivación para el correcto desvío del agua de la turbina al río. El tramo de salida debe reforzarse para que el agua de salida no erosione tanto el propio tramo como los lugares por donde desemboca el agua en el río. Puede ser de hormigón armado. Está permitido fabricarlo a partir de hormigón de escombros, sujeto a la potencia relativamente baja de la microcentral hidroeléctrica. Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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