Amenajari hidroenergetice

download Amenajari hidroenergetice

of 319

  • date post

    16-Jul-2015
  • Category

    Engineering

  • view

    734
  • download

    12

Embed Size (px)

Transcript of Amenajari hidroenergetice

  • DAN STEMATIU

    2008

  • 2

    Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei

    STEMATIU, DAN

    Amenajri hidroenergetice / Dan Stematiu Bucurereti: Conspress, 2008

    Bibliogr. ISBN 978-973-100-017-8

    624.13 Colecia Carte universitara

    CONSPRESS

    B-dul Lacul Tei nr. 124, sector 2, Bucureti Tel: (021) 242 27 19 / 169; Fax: (021) 242 07 81

  • 3

    PREFA Resursele de energie hidraulic reprezint o parte important din resursele mondiale de energie primar. Energia hidraulic este disponibil n natur sub forma energiei asociat curgerii rurilor i a fluviilor, energie cunoscut sub denumirea hidro convenional i ca energie a valurilor, a curenilor marini i a oscilaiilor periodice ale mareelor, ultimile fiind ncadrate n categoria energiilor hidro neconvenionale. Hidroenergia este o form de energie regenerabil, ntre care se mai nscriu energia solar, energia eolian i energia geotermal. Sursa primar a energiei hidraulice este radiaia solar i circuitul apei n natur. ntre diversele forme de energie regenerabil, hidroenergia este i va rmne pentru mult timp cea mai important surs utilizat. n prezent, energia generat anual pe cale hidro atinge 2,1 millioane de GWh, ceea ce reprezint ntre 16 i 18 % din consumul de electricitate mondial. Cele mai pesimiste estimri accept c potenialul exploatabil este de ase ori mai mare. La nivel European, n 2007, hidroenergia producea peste 85% din energia regenerabil. n Romnia, la nivelul anului 2008, se produc anual, n medie, cca 18 TWh, adic 35 % din consum, dar potenialul amenajabil este de 38 TWh / an. Energia hidroelectric este nu numai regenerabil, dar este i curat. Ea nu produce deeuri (cenui sau substane radioactive), nu produce bioxid de carbon care contribuie la efectul de ser, nu produce oxizi de sulf care stau la origina ploilor acide. Combustibilul ei este apa, un combustibil curat care nu sufer degradri prin turbinare. Ansamblul construciilor i instalaiilor care asigur transformarea energiei hidraulice n energie electric poart denumirea de amenajare hidroenergetic. Amenajrile hidroenergetice convenionale cuprind lacuri de acumulare, create prin bararea cursurilor de ap, precum i canale, conducte sau galerii de derivare a apei spre centrala hidroelectric, unde sunt amplasate turbinele i generatoarele. O categorie special o constitue uzinele hidroelectrice cu acumulare prin pompaj. Amenajrile hidroenergetice neconvenionale cuprind la rndul lor instalaii i mecanisme specifice de convertire a energiei valurilor i mareelor n energie mecanic i apoi electric. Lucrarea de fa trateaz numai o parte din ansamblul de noiuni, baze teoretice i lucrri inginereti care sunt cuprinse n sintagma amenajri hidroenergetice. Cuprinsul crii este definit de programa analitic a cursului cu denumire similar, pe care autorul l pred din anul 1982 la Facultatea de Hidrotehnic a Universitii Tehnice de Construcii Bucureti. Curicula specializrii cuprinde un curs extins dedicat construciilor hidrotehnice, unde sunt predate barajele i construciile aferente barajelor, prizele de ap, derivaiile sub presiune, prin conducte i galerii hidrotehnice, precum i derivaiile cu nivel liber prin canale. Astfel de construcii intr i n componena amenajrilor hidroenergetice, dar nu mai sunt tratate i n aceast lucrare. Cartea debuteaz cu un capitol introductiv, n care se prezint geneza i caracteristicile energiei hidraulice i se precizeaz rolul energiei hidroelectrice n sistemul energetic.

  • 4

    Capitolul al doilea trateaz resursele hidroenergetice i schemele de amenajare. Pentru nceput se prezint modul de evaluarea a potenialului hidroenergetic i estimrile privind potenialul hidroenergetic al Romniei i potenialul hidroenergetic mondial. Sunt apoi detaliate soluiile de amenajare i principiile de alctuire a schemelor uzinelor hidroelectrice (UHE). Un paragraf special este dedicat parametrilor energetici ai uzinelor hidroelectrice. Capitolul trei definete mai nti indicatorii tehnico economici ai UHE. Se prezint apoi condiiile de comparare a variantelor hidroenergetice i criteriile de selecie i de dimensionare. Unele exemple de aplicare a criteriilor energo-economice la dimensionarea uzinelor hidroenergetice servesc aprofundrii noiunilor. O tratare succint a turbinelor hidraulice face obiectul capitolului patru. Curicula restrns a specializrii nu mai cuprinde un capitol de turbine hidraulice n cadrul cursului de maini hidraulice i staii de pompare i, ca urmare, noiunile strict necesare au fost incluse n lucrarea de fa. Sunt prezentate, n succesiune, tipurile de turbine hidraulice, turaia specific i principiile de similitudine, criteriile de selecie a tipului de turbin, fenomenul de cavitaie n turbine i randamentul turbinelor. Cel mai extins capitol trateaz centralele hidroelectrice pe derivaie. Sunt detaliate dispoziiile generale ale centralelor supra i subterane i construciile specifice acestora: camere de ncrcare, castele de echilibru i case de vane. Un capitol de asemenea extins trateaz centralele hidroelectrice din frontul barat. Se prezint dispoziia general a centralelor baraj echipate cu turbine Kaplan i respectiv cu turbine Bulb. Sunt prezentate apoi unele elemente de dimensionare hidraulic. n final sunt detaliate elementele constructive i calculele de rezisten aferente, precum i problema stabilitii la alunecare. Capitolul apte este dedicat microhidrocentralelor. Sunt prezentate schemele caracteristice i specificul acestor amenajri care, n pofida aportului lor modest ca surs energetic, sunt n prezent intens promovate, probabil conjuctural. Tocmai din acest motiv capitolul are un grad de detaliere ce poate prea neconcordant cu complexitatea mai redus a problemelor. Uzinele hidroelectrice cu acumulare prin pompaj sunt din ce n ce mai actuale, fiind singura form cu aplicare industrial de nmagazinare a energiei n exces din sistem. Ele sunt i singura soluie de acumulare a energiei eoliene, care se produce intermitent i dependent de factorii exteriori. Capitolul opt trateaz cuprinztor aceste amenajri cu caracter special. Resursele neconvenionale de energie hidraulic i sistemele de conversie a energiei valurilor i mareelor n energie electric sunt prezentate n capitolul final. Lucrarea se adreseaz cu predilecie studenilor de la facultile de construcii, dar prin rigoarea tratrii i detalierile care exced programa cursului este util i inginerilor practicieni din domeniu. Autorul

  • 5

    CUPRINS

    1. INTRODUCERE . 9 1.1. Geneza i caracteristicile energiei hidraulice..................

    9

    1.2. Rolul energiei hidroelectrice n sistemul energetic ........ Controlul unui sistem energetic .................................................

    13 18

    1.3. Hidroenergia i mediul ......................................

    20

    1.4. Scurt istoric ............................. 22

    Bibliografie

    24

    2. RESURSE HIDROENERGETICE I SCHEME DE AMENAJARE ....................................................................

    25 2.1. Relaii de calcul i uniti de msur pentru putere i energie .........

    25

    2.2. Potenialul hidroenergetic al cursurilor de ap ..................

    27 2.3. Evaluarea potenialului hidroenergetic liniar .........................

    28 2.4. Potenialul hidroenergetic al Romniei ..

    32

    2.5. Potenialul hidroenergetic mondial .

    33

    2.6. Scheme de amenajare ...........................................................................

    37

    2.6.1. Scheme de amenajare ale uzinelor hidroelectrice de tip baraj..... Uzina hidroelectric de la Itaipu ................................................ Uzina hidroelectric de la Three Gorge .................................... Uzina hidroelectric Hoover ..................................................... Amenajarea hidroenergetic a Dunrii ......................................

    40 43 45 44 50

    2.6.2. Scheme de amenajare ale UHE de derivaie ................................. 56 2.6.3. Scheme de amenajare ale UHE mixte ........................................... 59 2.6.4. Principii de alctuire a schemelor UHE ........................................ 66 2.7. Parametri energetici ai uzinelor hidroelectrice .................................

    67

    2.7.1. Lacul de acumulare ....................................................................... 67 2.7.2. Debitul instalat .............................................................................. 70 2.7.3. Cderea ......................................................................................... 70 2.7.4. Puterile caracteristice ale UHE ..................................................... 73 2.7.5. Energia livrat de UHE ................................................................. 75

    Bibliografie ...

    77

    3. STABILIREA PARAMETRILOR ENERGETICI I DIMENSIONAREA UHE......................................

    79

    3.1. Indicatorii tehnico economici ai UHE

    79

    3.2. Condiii pentru compararea variantelor .............................................

    80 3.2.1. Aducerea la echivalen a variantelor ........................................... 81

  • 6

    3.2.2. Indicatori de comparaie .............................................................. 823.3. Criterii de selecie i de dimensionare ................................................. 83 3.3.1. Criterii bazate pe durata de recuperare a investiiei..................... 83 3.3.2. Criteriul cheltuielilor toatale actualizate minime . 84

    3.4. Exemple de aplicare a criteriilor energoeconomi