Planta de energía hidroeléctrica

Central hidroeléctrica ( HPP ) - una central eléctrica que utiliza el movimiento de las masas de agua en los cursos de agua del canal y los movimientos de las mareas como fuente de energía ; tipo de estructura hidráulica . Las plantas hidroeléctricas generalmente se construyen sobre los ríos . Para la producción eficiente de energía eléctrica en las centrales hidroeléctricas, son necesarios dos factores principales: un suministro de agua garantizado durante todo el año y las posibles grandes pendientes del río, favoreciendo la construcción hidroeléctrica con una topografía tipo cañón .

Cómo funciona

El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica es que la energía de la presión del agua se convierte en electricidad mediante una unidad hidroeléctrica .

La presión de agua necesaria se proporciona a través de la construcción de una presa y un embalse y, como resultado, la concentración del río en un lugar determinado; o por un flujo natural de agua, muchas veces con una derivación . En algunos casos, tanto una presa como una derivación se utilizan conjuntamente para obtener la presión necesaria.

En la unidad hidroeléctrica, el agua ingresa a las palas de la hidroturbina , que impulsa el hidrogenerador , y genera electricidad directamente. Todo el equipo de energía está ubicado en el edificio de la central hidroeléctrica. Dependiendo del propósito, el edificio tiene su propia división específica. Un generador eléctrico está ubicado en la sala de máquinas . También existen todo tipo de equipos complementarios, dispositivos para el control y seguimiento del funcionamiento de una central hidroeléctrica, una estación transformadora , aparamenta y mucho más.

Características

• El coste de la electricidad en las centrales hidroeléctricas rusas es más de dos veces inferior al de las centrales térmicas [1] .
• Las turbinas HPP permiten operar en todos los modos desde la primera hasta la máxima potencia y le permiten cambiar suavemente la potencia si es necesario, actuando como un regulador de la generación eléctrica.
• La unidad hidráulica gana potencia muy rápidamente después del suministro de agua (de cero a plena potencia - de 30 segundos a 2 minutos), lo que permite el uso de la central hidroeléctrica en modo maniobrable.
• El caudal del río es una fuente renovable de energía .
• La construcción de centrales hidroeléctricas suele ser más intensiva en capital que las centrales térmicas.
• A menudo, las HPP eficientes están más alejadas de los consumidores que las centrales térmicas.
• Los embalses a menudo ocupan grandes áreas, pero desde aproximadamente 1963, comenzaron a usarse estructuras de protección ( Kievskaya HPP ), que limitaban el área del embalse y, como resultado, limitaban el área de los inundados. superficie (campos, prados, pueblos).
• Las represas a menudo cambian la naturaleza de la economía pesquera , ya que bloquean el camino a las zonas de desove de los peces migratorios, pero a menudo favorecen el aumento de las poblaciones de peces en el propio embalse y la implementación de la piscicultura.
• Los embalses hidroeléctricos, por un lado, mejoran la navegación , pero por otro lado, requieren el uso de esclusas para trasladar los barcos de un estanque a otro.
• Los embalses hacen que el clima sea más templado .

Clasificación

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

• potente: produce a partir de 25 MW ;
• medio - hasta 25 MW;
• pequeñas centrales hidroeléctricas  - hasta 5 MW.

La potencia de una central hidroeléctrica depende de la presión y caudal del agua, así como de la eficiencia de las turbinas y generadores utilizados. Debido al hecho de que, de acuerdo con las leyes naturales, el nivel del agua cambia constantemente, según la estación, y también por una serie de razones, se acostumbra tomar la potencia cíclica como expresión de la potencia de una central hidroeléctrica. Por ejemplo, existen ciclos anuales, mensuales, semanales o diarios de funcionamiento de una central hidroeléctrica.

Las centrales hidroeléctricas también se dividen según el uso máximo de la presión del agua :

• alta presión - más de 60 m;
• presión media - desde 25 m;
• baja presión - de 3 a 25 m.

Dependiendo de la presión del agua, se utilizan varios tipos de turbinas en las centrales hidroeléctricas . Para turbinas de alta presión - de cangilones y radiales-axiales con volutas metálicas. En las UHE de media presión se instalan turbinas de álabes rotativos y radial-axial, en las UHE de baja presión se instalan turbinas de álabes rotativos en cámaras de hormigón armado.

El principio de funcionamiento de todos los tipos de turbinas es similar: el flujo de agua ingresa a las palas de la turbina, que comienzan a girar. La energía mecánica se transfiere así a un generador hidroeléctrico, que genera electricidad. Las turbinas difieren en algunas características técnicas, así como en las cámaras, de acero o de hormigón armado, y están diseñadas para diferentes presiones de agua.

Las centrales hidroeléctricas también se dividen según el principio de uso de los recursos naturales y, en consecuencia, la presión del agua resultante. Aquí están los siguientes HPP:

• centrales hidroeléctricas de represas . Estos son los tipos más comunes de centrales hidroeléctricas. La presión del agua en ellos se crea mediante la instalación de una presa que bloquea completamente el río o eleva el nivel del agua al nivel requerido. Estas centrales hidroeléctricas se construyen en ríos de tierras bajas con aguas altas, así como en ríos de montaña, en lugares donde el lecho del río es más estrecho y comprimido.
• centrales hidroeléctricas de represas . Construido con mayor presión de agua. En este caso, el río está completamente bloqueado por la presa, y el edificio de la propia central hidroeléctrica se encuentra detrás de la presa, en su parte inferior. El agua, en este caso, se suministra a las turbinas a través de túneles especiales de presión, y no directamente, como en las centrales hidroeléctricas de pasada .
• HPP de desvío . Estas centrales eléctricas se construyen en lugares donde la pendiente del río es grande. La presión de agua necesaria en una central hidroeléctrica de este tipo se crea por derivación . El agua se desvía del lecho del río a través de sistemas de drenaje especiales. Estos últimos están enderezados y su pendiente es mucho menor que la pendiente media del río. Como resultado, el agua se suministra directamente al edificio de la central eléctrica. Los HPP de desvío pueden ser de diferentes tipos: sin presión o con desvío de presión. En el caso de desviación de presión, el conducto se tiende con una gran pendiente longitudinal. En otro caso, al comienzo de la derivación, se crea una presa más alta en el río y se crea un embalse; este esquema también se denomina derivación mixta, ya que se utilizan ambos métodos para crear la presión de agua necesaria.
• centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo (PSPP). Este tipo de centrales son capaces de acumular la electricidad generada y ponerla en funcionamiento en momentos de picos de carga. El principio de funcionamiento es el siguiente: durante ciertos períodos (sin carga máxima), las unidades PSP funcionan como bombas de fuentes de energía externas y bombean agua a piscinas superiores especialmente equipadas. Cuando surge la necesidad, el agua de ellos ingresa a la tubería de presión y acciona las turbinas.

La composición de las centrales hidroeléctricas, dependiendo de su finalidad, también puede incluir estructuras adicionales, como esclusas o elevadores de barcos , que facilitan la navegación a través del embalse, pasos de peces , estructuras de toma de agua para riego , y mucho más.

El valor de una central hidroeléctrica radica en el hecho de que utilizan recursos naturales renovables para producir energía eléctrica . Dado que no hay necesidad de combustible adicional para las centrales hidroeléctricas, el costo final de la electricidad generada es mucho menor que cuando se utilizan otros tipos de centrales eléctricas [2] .

Ventajas y desventajas

ventajas:

• uso de energías renovables ;
• electricidad muy barata;
• el trabajo no va acompañado de emisiones nocivas a la atmósfera;
• acceso rápido (en relación con CHP/TPP) al modo de salida de potencia operativa después de encender la estación.
• operación simple
• costes laborales mínimos

Defectos:

• inundaciones de tierras de cultivo ;
• la construcción se lleva a cabo solo donde hay grandes reservas de energía hidráulica;
• los ríos de montaña son peligrosos por la alta sismicidad de las zonas;
• problemas ambientales: descargas reducidas y no reguladas de agua de los embalses durante 10-15 días (hasta su ausencia), conducen a la reestructuración de ecosistemas únicos de llanuras aluviales en todo el lecho del río, como resultado, contaminación del río , reducción de las cadenas alimentarias , disminución de el número de peces , eliminación de animales invertebrados mosquitos (mosquitos) debido a la desnutrición en las etapas larvales, la desaparición de los sitios de anidación para muchas especies de aves migratorias , humedad insuficiente en el suelo de la llanura aluvial , planta negativa sucesiones (agotamiento de fitomasa ), una disminución en el flujo de nutrientes a los océanos.

Historia

La energía hidroeléctrica se ha utilizado desde la antigüedad para moler harina y otras necesidades. En este caso, el mecanismo de la rueda, girado por el flujo de agua, sirvió como accionamiento. A mediados de la década de 1770, el ingeniero francés Bernard Forest de Belidor , en su obra publicada Architecture Hydraulique , describió máquinas hidráulicas con un eje de rotación vertical y horizontal. A finales del siglo XIX aparecieron los generadores eléctricos que podían funcionar en combinación con un accionamiento hidráulico. La creciente demanda de electricidad debido a la Revolución Industrial dio impulso a su desarrollo. En 1878 se puso en funcionamiento “la primera central hidroeléctrica del mundo”, diseñada por el inventor inglés William George Armstrong en Northumberland , Inglaterra. Era una unidad diseñada para alimentar una sola lámpara de arco en su galería de arte. La antigua central eléctrica No. 1 Schoelkopf cerca de las Cataratas del Niágara en los EE. UU. comenzó a producir electricidad en 1881. La primera planta hidroeléctrica de Edison con fines de iluminación, Vulcan Street , comenzó a funcionar el 30 de septiembre de 1882 en Appleton , Wisconsin , EE. UU., y produjo alrededor de 12,5 kilovatios de energía.

Pero cuando surgió la cuestión del uso industrial de la electricidad, resultó que se requería un cableado de cobre demasiado grueso para la corriente continua. Por eso, a la hora de equipar la mina Gold King en Colorado , se prefirió el proyecto de Westinghouse basado en las patentes de Nikola Tesla, es decir, un sistema de corriente alterna bifásica. Hasta el día de hoy, la planta de energía hidroeléctrica Ames en Colorado se considera el primer uso industrial comercialmente significativo y exitoso de la corriente eléctrica. Hasta ahora toda aplicación se ha reducido principalmente a las necesidades domésticas y urbanas de iluminación de casas y calles con corriente continua. Y la central hidroeléctrica de Ames fue incluida en la "Lista de Sitios y Eventos Significativos del IEEE" ( en: List of IEEE hitos ). El propio Tesla escribió en su autobiografía que se negó a participar en el proyecto, porque creía que la frecuencia de la corriente alterna debería ser de 60 Hz, y no de 133, como pretendían los ingenieros de Westinghouse. La opinión de Tesla se tuvo en cuenta a la hora de equipar la central hidroeléctrica de las Cataratas del Niágara dos años después, la frecuencia de 60 Hz sigue siendo el estándar en Estados Unidos. La corriente alterna se convirtió así en el estándar de facto para la construcción de centrales hidroeléctricas, lo que supuso un hito importante en el curso de la " guerra de las corrientes ". Tanto los bifásicos (para los motores de Nikola Tesla) como los trifásicos (para los proyectos de Dolivo-Dobrovolsky ) se utilizaron con transformadores para el número de fases correspondiente. Ahora son tres fases las que se usan en todas partes.

En 1886 ya había 45 centrales hidroeléctricas en EE. UU. y Canadá. Para 1889, había 200 solo en los EE. UU. A principios del siglo XX, muchas pequeñas centrales hidroeléctricas fueron construidas por empresas comerciales en las montañas cercanas a las áreas urbanas. Para 1920, hasta el 40% de la electricidad producida en los Estados Unidos era generada por energía hidroeléctrica. En 1925 se celebró en Grenoble (Francia) la Exposición Internacional de Energía Hidroeléctrica y Turismo , a la que asistieron más de un millón de personas. Uno de los hitos en el desarrollo de la energía hidroeléctrica tanto en los Estados Unidos como en el mundo en general fue la construcción de la presa Hoover en la década de 1930 .

En Rusia

La mas confiable es que la primera central hidroeléctrica en Rusia fue la central hidroeléctrica Berezovskaya (Zyryanovskaya) (ahora el territorio de la República de Kazajstán), construida en Rudny Altai en el río Berezovka (un afluente del río Bukhtarma ) en 1892 . Era una turbina de cuatro, con una capacidad total de 200 kW y estaba destinada a proporcionar electricidad al drenaje de la mina Zyryanovsky [3] . La primera central hidroeléctrica industrial en Rusia fue Bely Ugol HPP en Essentuki, construida en 1903 ( Bely Ugol HPP ).

Para el papel del primero también reclama la central hidroeléctrica Nygrinskaya , que apareció en la provincia de Irkutsk en el río Nygri (un afluente del río Vacha ) en 1896 . El equipo de potencia de la central constaba de dos turbinas de eje horizontal común, que hacían girar tres dínamos de 100 kW. La tensión primaria se convertía mediante cuatro transformadores de corriente trifásicos de hasta 10 kV y se transmitía a través de dos líneas de alta tensión a las minas vecinas . Estas fueron las primeras líneas de transmisión de alto voltaje en Rusia . Una línea (9 km de largo) se tendió a través de la mina Goltsy hasta la mina Negadanny, la otra (14 km) subió por el valle Nygri hasta la desembocadura del manantial Sukhoi Log, donde operó la mina Ivanovsky en esos años. En las minas, el voltaje se transformó a 220 V. Gracias a la electricidad de la HPP Nygrinskaya, se instalaron ascensores eléctricos en las minas. Además, se electrificó el ferrocarril minero, que servía para transportar la roca estéril, lo que se convirtió en el primer ferrocarril electrificado de Rusia [4] .

Una de las primeras puede considerarse una central hidroeléctrica , construido en 1897 por industriales mineros belgas en el desfiladero de Alagir de Osetia del Norte , a 7 km de la moderna HPP-1 de Zaramagskaya . Fue utilizado para las necesidades de la Administración Minera de Sadon . Su potencia era de 552 kW. [5]

Rusia tenía una experiencia bastante rica en hidroconstrucción industrial, principalmente por empresas privadas y concesiones . La información sobre estas centrales hidroeléctricas construidas en Rusia durante la última década del siglo XIX y los primeros 20 años del siglo XX es bastante dispersa, contradictoria y requiere una investigación histórica especial.

En el período soviético de desarrollo energético, se hizo hincapié en el papel especial del plan económico nacional unificado para la electrificación del país - GOELRO , que fue aprobado el 22 de diciembre de 1920 . Este día fue declarado feriado profesional en la URSS - Día del Ingeniero de Energía . El capítulo del plan dedicado a la energía hidroeléctrica se denominó "Electrificación y Energía Hidráulica". Señaló que las centrales hidroeléctricas pueden ser económicamente beneficiosas, principalmente en el caso de uso complejo: para generar electricidad, mejorar las condiciones de navegación o recuperación de terrenos . Se asumió que dentro de 10 a 15 años sería posible construir centrales hidroeléctricas en el país con una capacidad total de 21,254 mil caballos de fuerza (15632 MW), incluso en la parte europea de Rusia, con una capacidad de 5438 MW, en Turkestán  - 2221 MW, en Siberia  - 7972 MW Para los próximos 10 años, se planeó construir HPP con una capacidad de 950 MW, pero posteriormente se planeó construir diez HPP con una capacidad operativa total de las primeras etapas de 535 MW .

Aunque ya un año antes, en 1919 , el Consejo de Defensa Obrera y Campesina reconoció la construcción de las centrales hidroeléctricas de Volkhov y Svir como objetos de importancia defensiva . En el mismo año, comenzaron los preparativos para la construcción de la central hidroeléctrica Volkhovskaya, la primera de las centrales hidroeléctricas construidas según el plan GOELRO [7] .

Centrales hidroeléctricas en el mundo

Las mayores centrales hidroeléctricas

Las centrales hidroeléctricas más grandes de Rusia

A partir de 2017, Rusia tiene 15 centrales hidroeléctricas operativas de más de 1000 MW y más de cien centrales hidroeléctricas de menor capacidad.

Notas:

1. ↑ 1 2 3 4 Potencia y generación a nivel de diseño del embalse; en la actualidad, la capacidad y la producción reales son mucho más bajas, como se muestra entre paréntesis.

Accidentes e incidentes mayores

• El mayor accidente en la historia de la energía hidroeléctrica es la falla de la represa del embalse de Banqiao en China en el río Ruhe en la provincia de Henan, como resultado del tifón Nina de 1975 . El número de muertos es de más de 170 mil personas, 11 millones resultaron heridos.
• 17 de mayo de 1943  : la operación de las tropas británicas Chastise para socavar las presas en los ríos Möhne ( embalse Möhnesee ) y Eder (embalse Edersee), que resultó en la muerte de 1268 personas, incluidos unos 700 prisioneros de guerra soviéticos.
• 9 de octubre de 1963  : uno de los mayores accidentes hidráulicos en la represa de Vaiont en el norte de Italia , más de dos mil personas murieron.
• En la noche del 11 de febrero de 2005, en la provincia de Baluchistán , en el suroeste de Pakistán , debido a las fuertes lluvias, se rompió una represa hidroeléctrica de 150 metros cerca de la ciudad de Pasni. Como resultado, varias aldeas se inundaron y murieron más de 135 personas.
• El 5 de octubre de 2007, en el río Chu en la provincia vietnamita de Thanh Hoa , después de una fuerte subida del nivel del agua, se rompió la presa de la central hidroeléctrica Kyadat en construcción. Alrededor de 5 mil casas resultaron estar en la zona de inundación, 35 personas murieron.
• 17 de agosto de 2009  : accidente en la central hidroeléctrica Sayano-Shushenskaya (la más poderosa de Rusia). Como consecuencia del accidente fallecieron 75 personas y se produjeron graves daños en los equipos e instalaciones de la estación.

Véase también

• energía hidroeléctrica
• Estructura hidráulica
• Pequeña central hidroeléctrica
• Hidroeléctrico
• Central hidroeléctrica
• contrarregulador
• planta de energía mareomotriz
• Lista de presas más altas del mundo

Notas

1. ↑ Entrevista con el profesor Dmitry Selyutin Copia de archivo del 13 de febrero de 2016 en Wayback Machine // Vesti , 22/08/2009
2. ↑ Estación hidroeléctrica (HPP) Archivado el 6 de enero de 2010 en Wayback Machine // elemo.ru
3. ↑ Central hidroeléctrica Berezovskaya . Consultado el 14 de noviembre de 2010. Archivado desde el original el 12 de enero de 2011. (indefinido)
4. ↑ Industria energética de la región de Irkutsk. Periódico "Ciencia en Siberia" No. 3-4 (2139-2140) 23 de enero de 1998 (enlace inaccesible) . Consultado el 14 de noviembre de 2010. Archivado desde el original el 15 de enero de 2014. (indefinido) 
5. ↑ Historia de las centrales hidroeléctricas . www.zaramag.rushydro.ru _ Consultado el 15 de agosto de 2021. Archivado desde el original el 15 de agosto de 2021. (indefinido)
6. ↑ Según los materiales de la Comisión GOELRO
7. ↑ Industria energética. constructores rusos. siglo XX. M.: Maestría, 2003. P.193. ISBN 5-9207-0002-5

Enlaces

  Las centrales hidroeléctricas más grandes del mundo  Google Maps   KMZ (archivo de etiquetas KMZ para Google Earth )

• Mapa de las centrales hidroeléctricas más grandes de Rusia (GIF, datos de 2003)
• plantas de energía