UNIVERSITATEArdquo DUNAREA DE JOS GALATIrdquo

FACULTATEA DE MECANICA

PROFIL IPMI ANUL IV

PROIECT

ENERGII REGENERABILE (ldquoCENTRALE HIDRO-ELECTRICErdquo)

1

REALIZAT DE

BULGARU IONEL

CUPRINS

INTRODUCEREhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

IMPACTUL ASUPREA MEDIULUIhelliphelliphelliphelliphelliphellip

POTENTIAL HIDRO-ENERGETIC AL

CENTRALELORhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

ASPECTE ECONOMICE IN CAZUL

MICROHIDROCENTRALELORhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

ENERGIE HIDRAULICAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

AMENAJARI ALE CENTRALELOR HIDRO-

ENERGETICEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

TIPURI DE TURBINI HIDRO-ENERGETICEhelliphellip

BIBLIOGRAFIEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

2

Introducere

Producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice alaturi de producerea

energiei electrice icircn centrale termo si nuclearo electrice sta la baza asigurarii consumului

de energie electrica

Icircn tarile dezvoltate aproape toate resursele hidraulice rentabile au fost sau

sunt utilizate Din acest motiv practic asigurarea cresterii cererii de energie

electrica icircn aceste tari (cu exceptia tarilor nordice) se realizeaza din alte surse decacirct cele

hidraulice

Icircn schimb icircn tarile icircn curs de dezvoltare exista icircnca resurse hidraulice imense care pot fi

exploatate

De remarcat ca producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice se

bucura de o serie de atuuri

_ energia obtinuta poate fi considerata bdquocuratardquo si bdquoregenerativardquo

_ costuri practic nule pentru combustibil si deci un cost mai redus al energiei

furnizate

3

_disponibilitate practic tot timpul anului

_un timp de raspuns foarte scurt la solicitarile consumatorilor ndash practic

pornirea si atingerea puterii maxime se poate face icircn cacircteva minute

_marile acumulari de apa servesc si altor scopuri irigatii alimentare cu apa

industriala si apa potabila turism etc

O amenajare hidroelectrica consta icircn principal din urmatoarele componente baraj priza

de apa lucrari pentru aductiunea apei la centrala (uzina) propriu zisa lucrari pentru

evacuarea apei statie si linii de evacuare a energiei produse

Impactul asupra mediului

A Efecte produse de baraje icircn amonte

_inundarea unor suprafete de teren ndash constructia barajului si realizarea

acumularilor de apa au un impact social si funciar prin inundarea unor

terenuri agricole forestiere sau chiar prin transmutarea unor comunitati Pe

de alta parte aceste amenajari hidraulice pot provoca modificari icircn pacircnza

freatica si asupra surselor de apa Este posibila aparitia unor alunecari de

teren sau chiar a unor microseisme la umplerea lacurilor de acumulare

_riscuri de rupre (spargere) a barajului ndash barajul ajuta la stocarea unei

energii potentiale enorme Principalele cauze care pot produce ruperi sunt

insuficienta posibilitatii evacuarii apei icircn cazul aparitiei unor viituri (cazul

barajelor de pamacircnt si anrocamente) si un comportament neadecvat al

fundatiilor

4

_obstacol icircmpotriva corpurilor solide ndash obiectele flotante sunt oprite

astfel icircncacirct barajele pot contribui la curatarea unor racircuri bineicircnteles cu

conditia ca aceasta curatire sa se faca regulat astfel icircncacirct sa nu apara

obstructionarii icircn alimentarea cu apa a centralelor

_consecinte ale acumularilor de apa ndash acumularea apei conduce la

modificarii termice si chimice icircn adacircncimea lacurilor de acumulare

Depunerile sedimentele ajunse pe fundul acumularilor pot icircncuraja

dezvolatrea unei flore acvatice (plancton alge) care icircn anumite conditii

poate provoca atrofierea acumularii ndash reducerea cantitatii de oxigen si

moartea faunei Totodata marile acumulari pot provoca modificari

climatice locale icircn primul racircnd datorate evaporarii apei (ceata)

B Efecte produse de baraje icircn aval

_

eroziunea ndash sedimentele sunt retinute icircn spatele barajelor astfel icircncacirct

malurile racircrilor icircn aval de baraje sunt supuse erodarilor

_consecintele lucrarilor subterane ndash galeriile de aductiune constituie

5

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

REALIZAT DE

BULGARU IONEL

CUPRINS

INTRODUCEREhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

IMPACTUL ASUPREA MEDIULUIhelliphelliphelliphelliphelliphellip

POTENTIAL HIDRO-ENERGETIC AL

CENTRALELORhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

ASPECTE ECONOMICE IN CAZUL

MICROHIDROCENTRALELORhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

ENERGIE HIDRAULICAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

AMENAJARI ALE CENTRALELOR HIDRO-

ENERGETICEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

TIPURI DE TURBINI HIDRO-ENERGETICEhelliphellip

BIBLIOGRAFIEhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

2

Introducere

Producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice alaturi de producerea

energiei electrice icircn centrale termo si nuclearo electrice sta la baza asigurarii consumului

de energie electrica

Icircn tarile dezvoltate aproape toate resursele hidraulice rentabile au fost sau

sunt utilizate Din acest motiv practic asigurarea cresterii cererii de energie

electrica icircn aceste tari (cu exceptia tarilor nordice) se realizeaza din alte surse decacirct cele

hidraulice

Icircn schimb icircn tarile icircn curs de dezvoltare exista icircnca resurse hidraulice imense care pot fi

exploatate

De remarcat ca producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice se

bucura de o serie de atuuri

_ energia obtinuta poate fi considerata bdquocuratardquo si bdquoregenerativardquo

_ costuri practic nule pentru combustibil si deci un cost mai redus al energiei

furnizate

3

_disponibilitate practic tot timpul anului

_un timp de raspuns foarte scurt la solicitarile consumatorilor ndash practic

pornirea si atingerea puterii maxime se poate face icircn cacircteva minute

_marile acumulari de apa servesc si altor scopuri irigatii alimentare cu apa

industriala si apa potabila turism etc

O amenajare hidroelectrica consta icircn principal din urmatoarele componente baraj priza

de apa lucrari pentru aductiunea apei la centrala (uzina) propriu zisa lucrari pentru

evacuarea apei statie si linii de evacuare a energiei produse

Impactul asupra mediului

A Efecte produse de baraje icircn amonte

_inundarea unor suprafete de teren ndash constructia barajului si realizarea

acumularilor de apa au un impact social si funciar prin inundarea unor

terenuri agricole forestiere sau chiar prin transmutarea unor comunitati Pe

de alta parte aceste amenajari hidraulice pot provoca modificari icircn pacircnza

freatica si asupra surselor de apa Este posibila aparitia unor alunecari de

teren sau chiar a unor microseisme la umplerea lacurilor de acumulare

_riscuri de rupre (spargere) a barajului ndash barajul ajuta la stocarea unei

energii potentiale enorme Principalele cauze care pot produce ruperi sunt

insuficienta posibilitatii evacuarii apei icircn cazul aparitiei unor viituri (cazul

barajelor de pamacircnt si anrocamente) si un comportament neadecvat al

fundatiilor

4

_obstacol icircmpotriva corpurilor solide ndash obiectele flotante sunt oprite

astfel icircncacirct barajele pot contribui la curatarea unor racircuri bineicircnteles cu

conditia ca aceasta curatire sa se faca regulat astfel icircncacirct sa nu apara

obstructionarii icircn alimentarea cu apa a centralelor

_consecinte ale acumularilor de apa ndash acumularea apei conduce la

modificarii termice si chimice icircn adacircncimea lacurilor de acumulare

Depunerile sedimentele ajunse pe fundul acumularilor pot icircncuraja

dezvolatrea unei flore acvatice (plancton alge) care icircn anumite conditii

poate provoca atrofierea acumularii ndash reducerea cantitatii de oxigen si

moartea faunei Totodata marile acumulari pot provoca modificari

climatice locale icircn primul racircnd datorate evaporarii apei (ceata)

B Efecte produse de baraje icircn aval

_

eroziunea ndash sedimentele sunt retinute icircn spatele barajelor astfel icircncacirct

malurile racircrilor icircn aval de baraje sunt supuse erodarilor

_consecintele lucrarilor subterane ndash galeriile de aductiune constituie

5

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Introducere

Producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice alaturi de producerea

energiei electrice icircn centrale termo si nuclearo electrice sta la baza asigurarii consumului

de energie electrica

Icircn tarile dezvoltate aproape toate resursele hidraulice rentabile au fost sau

sunt utilizate Din acest motiv practic asigurarea cresterii cererii de energie

electrica icircn aceste tari (cu exceptia tarilor nordice) se realizeaza din alte surse decacirct cele

hidraulice

Icircn schimb icircn tarile icircn curs de dezvoltare exista icircnca resurse hidraulice imense care pot fi

exploatate

De remarcat ca producerea energiei electrice icircn centrale hidroelectrice se

bucura de o serie de atuuri

_ energia obtinuta poate fi considerata bdquocuratardquo si bdquoregenerativardquo

_ costuri practic nule pentru combustibil si deci un cost mai redus al energiei

furnizate

3

_disponibilitate practic tot timpul anului

_un timp de raspuns foarte scurt la solicitarile consumatorilor ndash practic

pornirea si atingerea puterii maxime se poate face icircn cacircteva minute

_marile acumulari de apa servesc si altor scopuri irigatii alimentare cu apa

industriala si apa potabila turism etc

O amenajare hidroelectrica consta icircn principal din urmatoarele componente baraj priza

de apa lucrari pentru aductiunea apei la centrala (uzina) propriu zisa lucrari pentru

evacuarea apei statie si linii de evacuare a energiei produse

Impactul asupra mediului

A Efecte produse de baraje icircn amonte

_inundarea unor suprafete de teren ndash constructia barajului si realizarea

acumularilor de apa au un impact social si funciar prin inundarea unor

terenuri agricole forestiere sau chiar prin transmutarea unor comunitati Pe

de alta parte aceste amenajari hidraulice pot provoca modificari icircn pacircnza

freatica si asupra surselor de apa Este posibila aparitia unor alunecari de

teren sau chiar a unor microseisme la umplerea lacurilor de acumulare

_riscuri de rupre (spargere) a barajului ndash barajul ajuta la stocarea unei

energii potentiale enorme Principalele cauze care pot produce ruperi sunt

insuficienta posibilitatii evacuarii apei icircn cazul aparitiei unor viituri (cazul

barajelor de pamacircnt si anrocamente) si un comportament neadecvat al

fundatiilor

4

_obstacol icircmpotriva corpurilor solide ndash obiectele flotante sunt oprite

astfel icircncacirct barajele pot contribui la curatarea unor racircuri bineicircnteles cu

conditia ca aceasta curatire sa se faca regulat astfel icircncacirct sa nu apara

obstructionarii icircn alimentarea cu apa a centralelor

_consecinte ale acumularilor de apa ndash acumularea apei conduce la

modificarii termice si chimice icircn adacircncimea lacurilor de acumulare

Depunerile sedimentele ajunse pe fundul acumularilor pot icircncuraja

dezvolatrea unei flore acvatice (plancton alge) care icircn anumite conditii

poate provoca atrofierea acumularii ndash reducerea cantitatii de oxigen si

moartea faunei Totodata marile acumulari pot provoca modificari

climatice locale icircn primul racircnd datorate evaporarii apei (ceata)

B Efecte produse de baraje icircn aval

_

eroziunea ndash sedimentele sunt retinute icircn spatele barajelor astfel icircncacirct

malurile racircrilor icircn aval de baraje sunt supuse erodarilor

_consecintele lucrarilor subterane ndash galeriile de aductiune constituie

5

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_disponibilitate practic tot timpul anului

_un timp de raspuns foarte scurt la solicitarile consumatorilor ndash practic

pornirea si atingerea puterii maxime se poate face icircn cacircteva minute

_marile acumulari de apa servesc si altor scopuri irigatii alimentare cu apa

industriala si apa potabila turism etc

O amenajare hidroelectrica consta icircn principal din urmatoarele componente baraj priza

de apa lucrari pentru aductiunea apei la centrala (uzina) propriu zisa lucrari pentru

evacuarea apei statie si linii de evacuare a energiei produse

Impactul asupra mediului

A Efecte produse de baraje icircn amonte

_inundarea unor suprafete de teren ndash constructia barajului si realizarea

acumularilor de apa au un impact social si funciar prin inundarea unor

terenuri agricole forestiere sau chiar prin transmutarea unor comunitati Pe

de alta parte aceste amenajari hidraulice pot provoca modificari icircn pacircnza

freatica si asupra surselor de apa Este posibila aparitia unor alunecari de

teren sau chiar a unor microseisme la umplerea lacurilor de acumulare

_riscuri de rupre (spargere) a barajului ndash barajul ajuta la stocarea unei

energii potentiale enorme Principalele cauze care pot produce ruperi sunt

insuficienta posibilitatii evacuarii apei icircn cazul aparitiei unor viituri (cazul

barajelor de pamacircnt si anrocamente) si un comportament neadecvat al

fundatiilor

4

_obstacol icircmpotriva corpurilor solide ndash obiectele flotante sunt oprite

astfel icircncacirct barajele pot contribui la curatarea unor racircuri bineicircnteles cu

conditia ca aceasta curatire sa se faca regulat astfel icircncacirct sa nu apara

obstructionarii icircn alimentarea cu apa a centralelor

_consecinte ale acumularilor de apa ndash acumularea apei conduce la

modificarii termice si chimice icircn adacircncimea lacurilor de acumulare

Depunerile sedimentele ajunse pe fundul acumularilor pot icircncuraja

dezvolatrea unei flore acvatice (plancton alge) care icircn anumite conditii

poate provoca atrofierea acumularii ndash reducerea cantitatii de oxigen si

moartea faunei Totodata marile acumulari pot provoca modificari

climatice locale icircn primul racircnd datorate evaporarii apei (ceata)

B Efecte produse de baraje icircn aval

_

eroziunea ndash sedimentele sunt retinute icircn spatele barajelor astfel icircncacirct

malurile racircrilor icircn aval de baraje sunt supuse erodarilor

_consecintele lucrarilor subterane ndash galeriile de aductiune constituie

5

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_obstacol icircmpotriva corpurilor solide ndash obiectele flotante sunt oprite

astfel icircncacirct barajele pot contribui la curatarea unor racircuri bineicircnteles cu

conditia ca aceasta curatire sa se faca regulat astfel icircncacirct sa nu apara

obstructionarii icircn alimentarea cu apa a centralelor

_consecinte ale acumularilor de apa ndash acumularea apei conduce la

modificarii termice si chimice icircn adacircncimea lacurilor de acumulare

Depunerile sedimentele ajunse pe fundul acumularilor pot icircncuraja

dezvolatrea unei flore acvatice (plancton alge) care icircn anumite conditii

poate provoca atrofierea acumularii ndash reducerea cantitatii de oxigen si

moartea faunei Totodata marile acumulari pot provoca modificari

climatice locale icircn primul racircnd datorate evaporarii apei (ceata)

B Efecte produse de baraje icircn aval

_

eroziunea ndash sedimentele sunt retinute icircn spatele barajelor astfel icircncacirct

malurile racircrilor icircn aval de baraje sunt supuse erodarilor

_consecintele lucrarilor subterane ndash galeriile de aductiune constituie

5

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

adevarate drenaje pentru masivii traversati icircn cazul icircn care acestea nu sunt

pline Icircn cazul umplerii acestora ele devin surse de presiune asupra

structurilor geologice pe care le traverseaza

_eliminarea viiturilor medii ndash marile acumulari permit preluarea viiturilor

din amonte pacircna icircn anumite limite Consecintele pot fi favorabile icircn cazul

aparitiei unor inundatii sau defavorabile pentru fauna flora si chiar un pericol

icircn cazul aparitiei unor viituri mari

C Impact economic local

Icircnafara producerii de energie electica amenajarile hidrotehnice pot avea si alte

consecinte asupra dezvoltarii locale prin constructia de echipamente dezvoltarea

infrastructurii dezvolatrea turismului crearea de locuri de muncairigatii navigatie

cresterea volumului taxelor locale etc

Energia de origine hidro face parte din categoria energiilor regenerabile Prin

potenţial hidroenergeticse icircnţelege energia echivalentă corespunzătoare unui volum de

apă icircntr-o perioadă de timp fixată (1 an) de pe o suprafaţă (teritoriu) precizatăPotenţialul

hidroenergetic se poate clasifica icircn mai multe categorii-potenţial hidroenergetic teoretic

(brut) bullde suprafaţăbulldin precipitaţiibulldin scurgere-potenţial teoretic liniar (al cursurilor

de apă)-tehnicamenajabil-economicamenajabil-exploatabil

POTENTIALUL HIDRO

6

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Potenţialul hidroenergetic teoretic de suprafaţă din precipitaţii reprezintă energia

echivalentă volumului de apă provenită din precipitaţii icircntr-un an pe o suprafaţă (icircn

general se consideră suprafaţa unui bazin hidrografic)Potenţialul hidroenergetic de

suprafaţă din scurgere reprezintă energia echivalentă corespunzătoare volumului de apă

scurs pe o suprafaţă icircntr-un interval de un anPotenţialul hidroenergetic liniar reprezintă

energia echivalentă a volumului de apă scurs pe un racircu icircntr-un an

Alegerea teritoriului ndashbazin sau subbazinhidrografic sau un teritoriu

administrativPentru toate aceste categorii potenţialul hidroenergetic teoretic se consideră

energia echivalentă volumului de apă fără a se introduce pierderile de energie asociate

utilizării practice a acestui potenţial ca şi cum randamentul de transformare icircn energie

mecanică şisau electrică ar fi 100 Potenţialul hidroenergetic tehnic amenajabil

reprezintă producţia de energie electrică care s-ar obţine prin amenajarea unui curs de apă

(integral sau pe un tronson) corespunzător unui anumit stadiu de dezvoltare al

tehnologiilor asociate

Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil reprezintă acea parte a

potenţialului tehnic amenajabil care poate fi valorificat prin amenajări eficiente

economic Potenţialul hidroenergetic economic amenajabil este o mărime supusă cel mai

des modificării fiind influenţată de progresul tehnic tipul de centrale dinamica acestora

amplasarea teritorială a surselor de energie primară şi icircn principal condiţiilor economice

ale ţării sau regiunii respective De aceea valoarea acestui potenţial trebuie raportată la o

anumită dată iar evaluarea trebuie reluată periodic Potenţialul hidroenergetic exploatabil

reprezintă partea din potenţialul economic amenajabil care poate fi efectiv exploatată

dacă se ţine cont şi de restricţii de impact asupra mediului ambiant

7

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Aspecte economice icircn cazul microhidrocentralelor-

Investiţii iniţiale pentru o microhidrocentrală

Icircn comparaţie cu alte tehnologii microhidrocentralele sunt caracterizate printr-un

capital iniţial foarte mare Aceste costuri depind icircn mare măsură de amplasament şi de

condiţiile climatice ale ţării şi sunt foarte variate Costurile pentru investiţii includ

1048713construcţia (barajul canalul natural clădirea centralei)

1048713echipamentele utilizate la generarea energiei electrice (turbina generatorul

transformatorul liniile de curent)

1048713altele (tehnologia proprietăţile solului punerea icircn funcţiune)

Microhidrocentralele de icircnaltă cădere sunt icircn general soluţii mai puţin

costisitoare din moment ce cu cacirct este mai icircnaltă căderea cu atacirct este necesară mai puţină

apă pentru a furniza o anumită putere Se pot lua icircn considerare următoarele valori de

investiţii specifice

bullicircntre 1500 şi 9000 EurokW pentru căderi icircntre 23 şi 135 m

bullicircntre 1000 şi 3000 EurokW pentru căderi icircntre 27 şi 350 mTotuşi căderile icircnalte

tind să se situeze icircn locuri cu densitate mică a populaţiei unde cerinţele de energie sunt

mici iar transportul la distanţe mari către principalele centre de populaţie pot anula

avantajul costurilor scăzute ale sistemelor izolate cu căderi icircnalte

Icircnconsecinţă echipamentele pentru căderi şi debite mici sunt foarte costisitoare

iar costurile echipamentelor reprezintă icircntre 40 şi 50 din costul total al instalaţiilor

hidroenergetice convenţionale Cacirct priveşte partea de costuri ale construcţiilor civile nu

se pot enunţa unităţi de cost standard Barajele canalele şi prizele de apă pot avea

structuri foarte diferite ale costurilor totale de la un amplasament la altul Acestea depind

foarte mult depinde de topografie şi geologie şi de asemenea de metoda de construcţie

8

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

aplicată şi de materialele utilizate Doar pentru a menţiona cacircteva exemple costul total

pentru microhidrocentrale icircn Germania a fost de 5000 -9000 EurokWşi au fost icircmpărţite

icircn cele mai multe cazuri astfel 35 construcţii civile 50 piese electrice 15 altele

Mai există desigur şi diferenţe icircntre ţări De exemplu costul unei turbine tip Bankicu

regulator de 8 kWicircn Cehia este de aproximativ 3500 Euro sau 450 EurokW

Costuri de mantenenta şi operare

Icircn fluxul de venituri şi cheltuieli apar şi alte costuri după punerea icircn funcţiune

Pentru a rezulta indicatori satisfăcători icircn cazul unei investiţii icircntr-o microhidrocentrală

indicatori care ldquodau verdictulrdquoicircn cazul analizei economice şi respectiv a realizării efective

a obiectivului icircn cauză costurile medii anuale de exploatare ar trebui să se situeze icircn

intervalul 08 ndash15 din investiţie Costurile de exploatare sunt alcătuite

dinbullsalariibullcosturi de mentenanţăbullalte costuri (rechizite etc) Gestionarea riscului icircn

domeniul amenajărilor hidroelectrice este o problemă complexă care se abordează foarte

diferit icircn funcţie de participanţii la un asemenea proiect de mare anvergurăRiscurile sunt

numeroase

O parte din ele se pot acoperi prin garanţii emise de autoritatea publică (garanţii

privind respectarea acordului de vacircnzare a energiei emis de guvern şi banca centrală) sau

de evenimente recunoscute ca fiind caz de Forţă Majoră sau simplu acoperite printr-o

asigurare (risc de schimb risc politic etc)Totuşi numeroase riscuri nu sunt asigurabile

sau nu pot face obiectul unei garanţii satisfăcătoare Acestea sunt cazurile exemplificate

de riscul de concepţie de calitate a execuţiei sau de condiţiile naturale ale

amplasamentului obiectivului Printre acestea din urmă se numără evident datele

hidrologice (debitele maxime pentru siguranţa lucrărilor debitul mediu pentru aprecierea

producţiei de energie) datele seismice sau datele geologice realizarea lucrărilor

subterane care toate au implicaţii importante asupra costului obiectelor amenajării

hidroelectrice

9

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Depăşirea valorii de investiţie iniţiale conduce la diminuarea beneficiului De

asemenea nerespectarea duratei de execuţie cauzate de executarea unor lucrări

suplimentare conduce la amacircnarea termenului de punere icircn funcţiune cu consecinţe

asupra returnării creditelor şi inclusiv icircnrăutăţirea indicatorilor tehnico-

economiciTrebuie notat că şi icircn cazul icircn care apare un eveniment neprevăzut ca de

exemplu un cutremur de intensitate mare război etc icircncadrate ca ldquoForţă Majorărdquo se

poate acorda o prelungire a duratei de execuţie dar această situaţie conduce la majorarea

costurilorFactorul principal care poate afecta eficienţa economică a unui proiect

hidroenergetic este tocmai rentabilitatea acestuia altfel spusfaptul că un capital investit

trebuie să conducă la cacircştiguri atrăgătoare pe durata de exploatare a centralei sau chiar

pe o perioadă de timp mai scurtăIcircnsă pentru o centrală nouă sau aflată icircn execuţie cacircnd

apare un eveniment generator de ldquoriscrdquo rentabilitatea nu poate fi garantată

Energia hidraulica

Centralele hidroelectrice (CHE) utilizeaza ca resurse energetice primare caderile

de apa naturale sau artificiale sau mareele valurile si presiunea osmotica transformacircnd

energia hidraulica a acestora icircn energie electrica prin forma intermediara de energie

mecanica Majoritatea centralelor hidroelectrice construite pacircna icircn prezent folosesc

energia hidraulica a cursurilor de apa

Fig41 Sectiune longitudinala printr-o portiune

a unui curs de apa

10

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

(41)

(42)

unde vA si vB sunt vitezele apei icircn punctul A respectiv B iar hA si hB sunt icircnaltimile

apei deasupra unui nivel de referinta de exemplu nivelul marii Energia hidraulica totala

dezvoltata de cantitatea de apa m curgacircnd icircntre doua puncte situate la distanta l si o

diferenta de nivel h este

(43)

unde h=hA-hB La centralele hidroelectrice cu cadere mare diferenta de nivel h este cu

mult mai mare decacirct diferenta de icircnaltime dinamica hd

(44)

astfel icircncacirct diferenta de energie cinetica poate fi neglijata

11

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Icircn acest caz

(45)

Puterea hidraulica teoretica sau potentialul hidroenergetic teoretic al caderii de apa este

data de relatia

( 46)

unde Dmed ndash reprezinta debitul mediu anual al cursului de apa icircn m3s

h ndash este caderea de apa icircn m iar htot ndash este randamentul global al

centralei icircn jur de 90 ndash 95 (85 ndash 92) randamentul turbinei hidraulice

95 ndash 97 randamentul generatorului si icircn jur de 1 consumul

serviciilor interne

Puterea hidraulica specifica pl este data de relatia

( 47 )

12

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Notiuni hidroenergetice Caracteristicile unei caderi de apa

Potentialul hidroenergetic teoretic reprezinta resursele de energie

hidraulica fara a tine seama de posibilitatile tehnice si economice de

amenajare

Potentialul hidroenergetic amenajabil corespunde productiei de energie

real posibila a tuturor amenajarilor hidroelectrice realizabile pe un anumit curs de apa El

poate fi la racircndul lui tehnic-amenajabil sau economic

amenajabil

Potentialul hidroenergetic tehnic amenajabil reprezinta energia sau

puterea ce pot fi obtinute prin amenajarea unui curs de apa si se calculeaza pe baza unei

scheme de amenajare

Potentialul hidroenergetic economic amenajabil reprezinta energia sau puterea tuturor

amenajarilor care se pot realiza icircn conditii economice

Acest potential este cel mai susceptibil de modificari fiind influentat de progresul

tehnologic icircn constructia CHE costul altor categorii de centrale amplasarea teritoriala a

surselor de energie primara etc

CHE au unele particularitati fata de alte tipuri de centrale electrice

_sunt dependente de debitul de apa al racircului variabil icircn timp

13

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_sunt dependente de icircnaltimea de cadere a apei

_sunt dependente de configuratia geografica a zonei si de geologia ei

practic fiecare centrala hidroelectrica este diferita de celelalte nu exista

posibilitati de tipizare

Caracteristicile unei caderi de apa

puterea instalata P (icircn kW) care se calculeaza cu relatia

[kW] (48)

unde k este un coeficient care depinde de randamentul global al instalatiei

_productivitatea anuala Wpm (kWh) este cantitatea de energie electrica

anuala care poate fi obtinuta luacircnd icircn considerare o valoare medie a debitului

icircn conditii ideale de exploatare (fara pierderi de energie sau instalatii icircn

repaos)

_productia medie pe an Wap (kWh) corespunde unei productii calculate

luacircnd icircn considerare debitele zilnice utilizabile

_indicele de productivitate Ip=WapWpm

_productia reala anuala Waa (kWh) este cantitatea de energie produsa icircn

mod real tinacircnd cont de evenimente nepravazute icircn ceea ce priveste nivelele

de acumulare si pierderile legate de indisponibilitatea unor echipamente

14

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_puterea garantata Pg (W) este puterea disponibila icircn mod sigur pe o

durata determinata Are o importanta deosebita icircn ceea ce priveste modul de

conducere a sistemelor electroenergetice

_coeficientul energetic a echipamentului Ce este valoarea icircn kWh a unui

metru cub de turbina

Amenajarile CHE

Scopul unei amenajari hidroelectrice este

_de a asigura o cadere de apa cacirct mai mare

_de a asigura un debit de apa cacirct mai mare

_de a asigura conducerea apei spre turbine

_de a uniformiza debitul de apa prin compensarea variatiilor acestuia

Din punct de vedere al caderii de apa centralele hidroelectrice pot fi

_cu cadere de apa mica hlt20m

_cu cadere de apa medie 20mlthlt100m

_cu cadere de apa mare 100mlthlt2000m

Sub raportul felului icircn care asigura regularizarea debitului natural al cursului

de apa CHE pot fi

_fara acumulare

_cu acumulare mica cu rol de compensare zilnica saptamacircnala sau lunara

_cu acumulare medie cu rol de compensare sezoniera

_cu acumulare mare cu rol de compensare anuala sau multianuala

Dupa modul de amplasare al centralei avem

_CHE pe firul apei

15

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_CHE icircn derivatie cu cursul natural al apei

Scheme de amenajare a CHE

Scheme de amenajare a CHE pe firul apei Amenajarea cuprinde un baraj care

retine apa unui racircu si o CHE amplasata chiar icircn albia racircului icircn imediata apropiere a

barajului cu care poate forma corp comun

Amenajarile CHE pe firul apei au urmatoarele caracteristici

_caderea de apa este mica sau medie icircnaltimea de cadere a apei este data

exclusiv de ridicarea de nivel obtinuta prin baraj

_posibilitatile de acumulare sunt reduse icircn unele situatii acumularea este

practic nula

_coeficientul de suprainstalare este de obicei mare icircn jur de 10

_se folosesc icircn special pe cursuri de apa cu debite relativ mari

_icircn exploatare sunt supuse unor variatii mari de putere disponibila icircn functie

de nivelul apei din amonte de baraj

Icircn figura 42 este prezentata o schema de amenajare a unei CHE pe firul apei

Exista si CHE amplasate la piciorul barajului

16

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Fig42 CHE pe firul apei

Fata de axa barajului exista posibilitatea amplasarii centralelor icircn axa barajului la o

extremitate a acestuia sau la ambele extremitati cacircte una cum e cazul CHE de la Portile

de fier I (una pentru Romacircnia pe malul stacircng al Dunarii si una pentru Serbia pe malul

drept al Dunarii)

La noi icircn tara astfel de centrale hidroelectrice sunt foarte raspacircndite O icircntacirclnim la CHE

de pe Dunare de la Portile de fier si la zecile de centrale hidroelectrice din aval de

centralele mari pe racircurile Bistrita Somes Olt Arges etc

17

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Scheme de amenajare a CHE icircn derivatie

Realizarea derivatiei de la cursul normal al racircului se face icircn doua scopuri

fie pentru CHE de putere mica cacircnd nu se utilizeaza tot debitul cursului de

apa fie pentru CHE de putere mare icircn scopul maririi caderii de apa

Realizarea schemei este posibila fie prin ridicarea nivelului amonte sau prin coboracircrea

nivelului aval

Prin ridicarea nivelului amonte se icircntelege mutarea barajului de lacircnga

centrala mult mai icircn amonte de centrala pentru ridicarea nivelului amonte

Caderea totala de apa htotal se compune din doua componente hB si hnatural

prima obtinuta cu ajutorul barajului iar cea de a doua prin amenajarea unei

portiuni a cursului racircului si depinde de panta naturala a racircului

Acest tip de amenajare este cu atacirct mai convenabila cu cacirct panta

longitudinala a racircului este mai mare de aceea este potrivita pentru racircuri de

munte cu pante mari si debite mici

Icircn figura 43 se prezinta schema unei CHE cu ridicarea nivelului amonte

La acest tip de centrale apele cursului de apa sunt deviate pe un traseu care

are o panta mai mica decacirct panta naturala a racircului iar icircnaltimea (caderea)

totala a amenajarii este suma dintre cacircstigul de icircnaltime obtinut pe traseul

amenajat si icircnaltimea barajului

18

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Fig43

Amenajare CHE icircn derivatie cu ridicarea nivelului amonte

1 - captarea si priza de apa

2 - baraj

3 - canal de aductiune

4 - castel de apa

5 - conducte fortate

6 - albia racircului

7 - centrala electrica

19

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

O astfel de amenajare se poate vedea la noi icircn tara la CHE Bicaz de pe racircul

Bistrita Mai exista si alte tipuri de amenajari CHE icircn derivatie cu proprietati

asemanatoare

Icircn figura 44 este prezentata o amenajare CHE icircn derivatie cu coboracircrea

nivelului aval

Prin coboracircrea nivelului aval se icircntelege amplasarea centralei

electrice icircn subteran mult sub nivelul barajului evacuarea apei din centrala

realizacircndu-se prin o galerie de fuga cu panta mica care readuce apa la suprafata undeva

icircn aval de centrala

20

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Fig44

Amenajare CHE cu coboracircrea nivelului aval

1 - lac de acumulare

2 - baraj

3 - conducta fortata (put fortat)

4 - CHE

5 - galerie de acces

6 - galerie de evacuare

7 - albia racircului

Realizarea CHE icircn subteran are mai multe avantaje

_cresterea caderii de apa

21

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_are o importanta strategica

_este la adapost de conditii dificile de clima (de exemplu temperaturile scazute de iarna)

Astfel de amenajari sunt mult icircntacirclnite icircn tarile nordice Norvegia Suedia

pornind tocmai de la conditiile deosebite de clima ale acestor tari de aceea ele mai poarta

denumirea de solutia suedeza

Mult mai utilizata este totusi amenajarea CHE mixta o combinatie icircntre cele

doua amenajari icircn derivatie prezentate anterior Icircn acest caz amenajarea contine o

aductiune un castel de echilibru si un put fortat prin care apa ajunge icircn sala masinilor

amplasata icircn subteran Icircn acest caz diferenta de nivel la caderea apei este asigurata pe trei

cai prin baraj prin ridicarea nivelului amonte dar si prin coboracircrea nivelului aval (figura

45)

Astfel de amenajari sunt icircntacirclnite la noi icircn tara la CHE Arges si CHE Marisela de

pe racircul Somes La aceasta din urma lacul de acumulare se afla la Belis castelul de

echilibru se afla icircn dreptul localitatii Mariselu la 9 Km icircn aval apa ajungacircnd aici printr-o

galerie de aductiune cu panta mica sapata icircn munte De aici apa este adusa la turbine

amplasate icircntr-o centrala subterana la 100 m sub nivelul albiei Somesului caderea totala

fiind de aproximativ 500 m Accesul icircn centrala este posibil prin o galerie de acces cu

panta de 10 deci lunga de 1 Km

22

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Fig25

Amenajare CHE icircn derivatie cu schema mixta

1 ndash lac de acumulare

2 ndash baraj

3 ndash priza de apa

4 ndash canal de aductiune

5 ndash castel de echilibru

6ndash put fortat

7 ndash CHE

8 ndash galerie de acces

9 ndash canal de evacuare a apei din centrala

10 ndash albia racircului

Evacuarea apei se face printr-o galerie de evacuare subterana pe sub un alt

munte la cacirctiva Km icircn aval la coada lacului CHE Tarnita

Icircn practica se icircntacirclneste si o mare diversitate de amenajari complexe

23

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

_amenajarea unui bazin hidrografic utilizacircnd mai multe captari

_amenajari cu trecerea apei dintr-un bazin hidrografic icircn altul

_amenajarea integrala a unui curs de apa prin cascade de hidrocentrale

Icircn acest fel se asigura utilizarea de debite de apa ale afluentilor racircului

principal sau ale unor afluenti care se varsa icircn racircul principal icircn aval Icircn

functie de situatie se pot realiza centrale hidroelectrice pe traseele de

aductiune sau chiar mici statii de pompare daca prin acest lucru se cacircstiga

caderi mari de apa Astfel de amenajari se icircntacirclnesc icircn zonele muntoase din

Elvetia Franta Austria dar si icircn Romacircnia icircn bazinul Lotrului si Somesului

Amenajarile centralelor hidroelectrice cu acumulare prin pompare

(CHEAP)

Centralele hidroelectrice cu acumulari artificiale realizate prin pompare

(CHEAP) sunt rezultatul preocuparii de acoperire a vacircrfurilor de sarcina icircn

sistemele energetice

CHEAP utilizeaza energia electrica disponibila icircn anumite perioade ale zilei

sau anului pentru a pompa apa dintr-un rezervor inferior intr-unul superior

icircntre care exista o diferenta de nivel care reprezinta caderea statica a

CHEAP

De aici apa este turbinata si se produce din nou energie electrica icircn

perioadele de sarcina maxima a consumului

Icircn acest fel se realizeaza o stocare a energiei electrice din perioada cacircnd

aceasta este disponibila sub forma de energie potentiala a apei pentru ca sa

o produca din nou icircn perioadele cacircnd aceasta este deficitara icircn sistemul

energetic

24

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

In figura 46 se prezinta cazul tipic al unei centrale hidroelectrice cu

pompare icircn circuit deschis

La aceste amenajari icircntreaga cantitate de apa trecuta prin turbine este

obtinuta prin pompare Statia de pompare 1 preia apa din primul lac

natural si o pompeaza pacircna icircn lacul artificial aflat la icircnaltimea hp De aici

apa este adusa prin conducta fortata pacircna la CHE amplasata mai jos cu

icircnaltimea de turbinare ht

O alta solutie constructiva pentru amenajarile CHEAP este cea cu circuit

icircnchis figura 47

Acest tip de amenajare poate fi considerat cu acumulare prin pompaj

pura amenajarea icircn circuit deschis mai purtacircnd numele si de CHE cu

pompaj secundar

La acest tip de amenajare conducta fortata se utilizeaza atacirct pentru

turbinare cacirct si pentru pompare din acest motiv turbinarea si pomparea

nu pot functiona simultan ca la cele icircn circuit deschis

Daca la CHEAP icircn circuit deschis se utilizau patru masini energetice

motor pompa turbina si generator la CHEAP icircn circuit icircnchis se poate

reduce numarul masinilor energetice la trei sau chiar la doua avacircnd icircn

vedere ca turbina hidraulica poate functiona si icircn regim de pompa prin

modificarea unghiului paletelor directoare iar generatorul sincron trece

usor icircn regim de motor sincron

Toate tarile avansate din punct de vedere economic SUA Japonia

Germania etc au astfel de centrale cu puteri totale de mii de MW Ele

25

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

folosesc caderi mari de apa (mai mari de 200 m) pentru a fi necesare

debite mai reduse Puterea unitara a agregatelor este cuprinsa icircntre 100

si 450 MW Pacircna la caderi de 400 m se utilizeaza masini hidraulice

reversibile (pompa ndash turbina) la icircnaltimi mai mari se utilizeaza

agregate cu doua masini hidraulice separate

Si la noi icircn tara avem instalati 60 MW icircn trei statii de pompaj secundar

la CHE Lotru si exista un proiect pentru o CHEAP icircn circuit icircnchis la

CHE Tarnita pe Somes cu un lac artificial la Lapustesti la o diferenta

de nivel de aproximativ 400 m fata de lacul de la Tarnita

Fig46

Schema de amenajare cu pompare icircn circuit deschis

1 ndash statia de pompare

2 ndash centrala hidroelectrica

3 ndash bazinul superior

HP ndash icircnaltimea de pompare

26

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

HT ndash icircnaltimea de turbinare

Fig47

27

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

CHEAP icircn circuit deschis

1 ndash bazin inferior

2 ndash grupal pompa ndash turbina ndash motor ndashgenerator

3 ndash bazin superior

28

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Instalatiile CHE

1 Lacul de acumulare

2 Barajul

_ Barajul de greutate (pamacircnt anrocamente beton ndash pline cu contraforti cu pile)

_ Barajele icircn arc

3 Aductiunea

_ priza de apa

_ canalul de aductiune

_ castelul de echilibru

_ conducta fortata

_ distribuitorul

29

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Turbine hidraulice

Clasificare

Dupa principiul de functionare turbinele hidraulice se icircmpart icircn

_turbine cu actiune (de egala presiune) la care energia potentiala a apei este

transformata aproape icircn icircntregime icircn energie cinetica pacircna la iesirea din statorul turbinei

iar rotorul are rolul numai de a prelua aceasta energie din aceasta categorie fac parte

turbinele Pelton

_turbine cu reactiune (cu suprapresiune) la care energia potentiala a apei se

transforma icircn energie cinetica a rotorului icircn interiorul turbinei din aceasta

categorie fac parte turbinele Francis Kaplan si bulb

Dupa ponderea zonei de curgere a apei pe circumferinta rotorului admisia apei poate fi

_partiala cacircnd curgerea apei se realizeaza printr-un singur punct sau mai multe

puncte ale circumferintei rotorului

_totala cacircnd curgerea apei se realizeaza icircn mod uniform pe icircntreaga

circumferinta a rotorului

30

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Dupa directia de admisie a apei icircn rotor se deosebesc urmatoarele tipuri de

admisie

_ axiala dupa o directie paralela cu axa de rotatie a turbinei

_ oblica

_ radiala dupa directia razei

_ transversala cacircnd unghiul dintre directia de admisie si raza este de cel

mult 45deg

_tangentiala cacircnd unghiul format dintre directia de admisie si tangenta este

mai mic de 45deg

Scurgerea apei din rotor poate fi axiala radiala sau radial-axiala

Turatia specifica (tabelul 41)

n ndash este turatia nominala a turbinei icircn rotatii pe minut P ndash puterea nominala a turbinei icircn

CP H ndash caderea de apa icircn m

Tabelul 41 Date de performanta pentru turbine hidraulice

31

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Turbina Pelton

Turbinele Pelton (figura 49) sunt turbine cu actiune cu admisie partiala si tangentiala icircn

care scurgerea apei se realizeaza axial datorita cupelor cu dubla iesire Ele pot fi realizate

si icircn varianta cu ax vertical

32

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Ele sunt preferate la amenajarile cu caderi mari de apa si debite reduse din

zonele de munte Icircnaltimea caderii nete se masoara pacircna la axul

injectorului diferenta de icircnaltime pacircna la nivelul aval din canalul de fuga

este inutilizabila

Apa adusa prin conducte fortate capata o viteza ridicata icircn injectorul 3

lovind apoi cu putere cupele rotorului 2 fixate rigid pe un ax 1

Transformarea energiei potentiale a apei icircn energie cinetica are loc icircn

totalitate icircn ajutajul 3 icircn cupe avacircnd loc numai devierea jetului de lichid

Reglajul turbinei se realizeaza prin variatia sectiunii injectorului printr-un

ac profilat hidrodinamic

Caracteristicile mai importante ale turbinelor Pelton sunt

_functionare fara socuri la orice sarcina

_randamente ridicate (pacircna la 90)

_partile componente usor accesibile

_reglaj usor al puterii

33

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Fig4 9 Turbina Pelton

a) schema principiala

b) jetul de lichid

1-axul turbinei

2-cupele rotorului

3-ajutaj

Fig410 Turbina Francis

1-distribuitor

2-palete directoare de reglaj

3- paletele turbinei

4-ax

34

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

La noi icircn tara turbine Pelton de performanta se utilizeaza la CHE Lotru

cu o cadere de 809 m si putere unitara de 167 MW Turbinele Pelton cu

cea mai mare cadere realizata sunt cele de la Reisseck din Austria cu o

cadere de 1766 m si o putere de 235 MW

Turbina Francis

Turbinele Francis (Fig 410) sunt turbine cu reactiune cu admisie totala

si radiala scurgerea apei prin rotor realizacircndu-se radial-axial

Aceasta turbina mai poarta numele de turbina cu flux central

Turbinele Francis au cea mai larga utilizare deoarece acopera domeniul

de caderi si de debite cel mai frecvent icircntacirclnit icircn amenajarile

hidroelectrice

Constructia lor obisnuita este cu ax vertical ceea ce permite ca

distribuitorul de apa sa formeze o spirala icircn plan orizontal

Transformarea energiei potentiale a apei are loc atacirct icircn distribuitorul

statoric cacirct si icircn canalele formate de palele rotorului construite din tabla

cu o forma si profil curb icircn spatiu Forma paletelor depinde de rapiditatea

35

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

masinii (Fig 410 a si b)

Apa dirijata cu ajutorul distribuitorului 1 si a paletelor directoare de reglaj 2 intra icircn

rotorul turbinei 3 parcurgacircndu-l mai icircntacirci pe directia radiala de la exterior la interior

apoi pe directie axiala ajungacircnd icircn final icircn aspiratorul 4

La iesirea din turbina presiunea este subatmosferica aspiratorul icircnecat cu

marginea inferioara sub nivelul apei din canalul de fuga asiguracircnd coloana

neicircntrerupta de lichid

Randamentul turbinelor Francis este ridicat depasind 90 La noi icircn tara se gasesc

montate la CHE Bicaz (50 MW cadere 145 m) CHE Arges (55

MW cadere 324 M) CHE Mariselu (75 MW cadere 500 m)

Principalele avantaje ale turbinei sunt

_utilizarea completa a caderii de apa

_la puteri si caderi egale necesita un spatiu de instalare mai mic decacirct

turbinele cu actiune

_functioneaza cu randament maxim icircn apropiere de sarcina nominala

Turbina Kaplan

36

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

Turbinele Kaplan (Fig 411) sunt turbine cu reactiune de tip elicoidal cu pas variabil

cu admisie totala axiala si scurgerea apei prin rotor axial

Constructia mecanica generala este asemanatoare celei a turbinelor Francis cu exceptia

rotorului si a elementelor asociate lui

Aceste turbine sunt favorabile amenajarilor hidroelectrice cu caderi mici de apa si

debite mari de tipul celor fluviale Reglarea puterii se realizeaza atacirct prin paletele

directoare de reglaj din stator cacirct si prin reglarea paletelor

rotorului

Printre cele mai mari turbine de acest tip din lume se numara si cele de la

CHE Portile de Fier I cu puterea de 178 MW caderea 38 m si un diametru

al rotorului de 9 m

Mai exista si alte tipuri de turbine hidraulice Turbinele Francis au o mare

varietate constructiva de exemplu Turbina Turgo Turbina Banki etc

La caderi mici si debite mici de apa se utilizeaza si turbine bulb Acestea

au o constructie monobloc sau icircn teava generatorul lor face corp comun cu

turbina fiind introduse icircmpreuna icircntr-o carcasa metalica de forma unui bulb

hidrodinamic plasat pe traseul canalului prin care are loc scurgerea apei

Fig411 Schema functionala a unei turbine Kaplan

1 - distribuitor

2 - palete directoare de reglaj

37

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38

3 - axul rotorului

4 - paletele reglabile ale rotorului

Axul grupului poate fi orizontal vertical sau icircnclinat

La microhidrocentrale de importanta locala se utilizeaza uneori si pompe

centrifuge cu rol de turbina hidraulica iar motorul asincron de antrenare poate fi folosit

icircn regim de generator (De exemplu microcentrala apartinacircnd CONEL Cluj de pe racircul

Somesul Rece echipata cu pompe Brates si motoare de 75 kW)

BIBLIOGRAFIAwwwgooglero

38