Energia si puterea hidraulica.potentialul hidroenergetic

ENERGIA SI PUTEREA HIDRAULICA.POTENTIALUL HIDROENERGETIC.

1)Potentialul teoretic - reprezinta puterea si productia de energie totala disponibila intr-un bazin hidrografic, considerand un randament de transformare de 100% si tinand seama de potentialul precipitatiilor, potentialul de scurgeri de pe versanti si al cursurilor de apa.

2)Potentialul tehnic amenajabil - reprezinta puterea si energia electrica care ar putea fi produse prin amenajarea potentialului hidrotehnic al cursului de apa, realizabila in conditii tehnice actuale si tinand seama de pierderile la transformare.

3)Potentialul economic amenajabil - reprezinta puterea si energia corespunzatoare amenajarii considerate ca fiind economica intr-o anumita etapa.

PUTERE:

;

Puterea = Lucrul mecanic produs intr-un anumit timp de o cantitate de apa care parcurge o diferenta de nivel(cadere).

ENERGIE:

Schemele AHE se diferentiaza dupa modul in care se realizeaza, consid. Ca derivatie;aceasta se poate obtine prin:

ridicarea nivelului apei cu ajutorul unui baraj sau prin coborarea nivelului cu ajutorul unei galerii sau a unui put fortat;

prin derivarea debitului printr-un canal cu panta mult mai mica decat panta raului, astfel incat sa se creeze o diferenta de nivel intre canal si rau care va creste spre aval -de aici rezultand caderea;

printr-o dispozitie mixta, radicand nivelul cu ajutorul unui baraj si derivand debitul printr-o galerie cu panta mai mica decat panta raului;

realizand o diferenta de nivel prin pompaj;

1.AMENAJARI TIP UZINA-BARAJ

CHE - la piciorul aval

in prelungirea barajului - centrala baraj (Portile de Fier I, Pt. Neamt, Pangarati)

in interiorul barajului (Bratsk-Angora)

   

2.AMENAJARE DE DERIVATIE

Centrala este dispusa la capatul aval al unui canal de derivatie, cu panta mai mica decat panta naturala a raului.Se executa pe raurile pe care nu se poate amenaja un lac de acumulare.

Aceasta centrala functioneaza cu debit natural al raului;de aceea aceasta functioneaza continuu , numindu-se Centrala de Baza.(ex. Centrale pe Arges, Bistrita, Olt)

3. AMENAJARE MIXTA- CU ACUMULARE SI DERIVATIE

Datorita lacului de acumulare este posibila regularizarea debitului, aceasta centrala fiind numita : Centrala de Varf, producand energie electrica in orele de consum maxim.

Acest tip de amenajare poate fi cu centrala aeriana sau subterana., derivarea realizandu-se printr-o galerie cu panta mult mai mica decat panta raului.(ex. Bicaz, Lotru, Arges)

4. AMENAJARE CU ACUMULARE PRIN POMPAJ

Este formata dintr-un bazin sau lac superior si un bazin sau lac inferior, intre care se va amplasa centrala hidroenergetica.

Principiul de functionare este urmatorul:

-in orele de consum maxim, apa trece din lacul superior in cel inferior,gravitational,producand energie electrica

- in orele de consum minim, se va folosi energia produsa de catre centrala de baza si de celelalte centrale din sistemul energetic national, apa fiind pompata din lacul inferior in cel superior, centrala functionand astfel precum o statie de pompare (SP)(ex. CHE Cornwall-SUA/2000MW)

36 GALERII HIDROTEHNICE SUB PRESIUNE

Galeriile sub presiune se folosesc in cazul unor valori mari ale nivelului apei in lacuri de acumulare sau in biefuri barate adanci;in AHE se folosesc ca galerii de aductiune si rareori ca galerii de fuga.

Forma sectiunii este aproape exclusive circulara, in anumite conditii se pot folosi si sectiuni eliptice la cere se poate realize o echilibrare mai buna intre presiunea apei si a rocii , insa executia lor este mai dificila;forma circulara ramanand optima d.p.d.v. static si hidraulic.

Galeriile se prevad de obicei cu captuseli care au rolul de a asigura rezistenta excavatiei, impermeabilitatea acesteia, si reducerea pierderilor hidraulice prin frecare.

In cazul unor roci foarte rezistente si impermeabile, galeriile se pot realize necaptusite,majorandu-se de obicei diametrul pentru a se compensa efectul rugozitatii mai mari.

Captuseli la galerii sub presiune

Captuseala se poate realize din:

beton

beton armat

torcret

BETON:

D3m; H60m

BETON ARMAT-se folosesc la presiuni mai mari (H=30 . 60 . 100m)si (D>3m), armature putand fi dispusa pe unul sau doua randuri:

Duble (combinate)

Ele cuprinzand un prim strat din beton simplu,acesta fiind executat in prima faza si avand rolul de a prelua presiunea si incarcarile exterioare.

La interior este un al doilea strat din beton armat, torcret armat,tola metalica ,etc care se executa in a doua faza si care conlucreaza cu stratul exterior la preluarea presiunii interne a apei.

Captuseli precomprimate

La acestea se introduce un efort initial de precomprimare in beton pentru a se micsora efortul de intindere produs de presiunea interioara a apei.

Precomprimarea captuselilor se poate realize astfel:

prin pretensionarea armaturilor inelare de rezistenta;

se injecteaza la presiuni mai mari cu suspensie de ciment;

Captuseli prefabricate

Acestea se executa din elemente prefabricate imbinate cu rosturi etansate in diferite variante.

Avantaj:- elementele prefabricate sunt solicitate mai mult la incovoiere

Captuseli cu ancore:

Sustinerea se realizeaza cu ancore metalice

   

Trebuie indeplinite conditiile ptr ca ancorarea sa fie eficienta:

1. Masivul trebuie sa fie suficient de rezistent sau sa cuprinda un strat rezistent care sa asigure fixarea ancorelor.
2. Ancorarea trebuie sa se faca la cat mai scurt timp dupa excavare pentru ca roca sa nu aiba timp sa se deformeze si sa dezvolte presiuni mari.
3. Suprafata rocii se protejeaza impotriva curgerii prin aplicarea unui strat de torcret pe plasa metalica.

   

   

Distanta dintre ancore precum si lungimea lor se determina pe cale experimentala in functie de taria rocilor si de dimensiunile golului.

Lungimea ancorei este de obicei 1,5 . 2,5 m

Distanta dintre ele 1 . 1,5m.

Sustinerea cu torcret se realizeaza prin proiectarea torcretului pe peretii excavatiei.Torcretul protejeaza roca, opreste tendinta de desprindere, elimina cofrajele,izoleaza galeriile impotriva infiltratiilor.

La presiuni mai mari ale rocilor se realizeaza sustineri cu ancore torcret si cintre metalice.

Se aplica un strat de torcret de 1.5 . 3 cm,se aseaza plasa de sarma sprijinita provizoriu cu dispozitive telescopice, sub protectia plasei se monteaza ancorele,se aplica al 2 strat de torcret,si se monteaza cintrele metalice.Cintrele pot fi plasate pe captuseala sau nu.

Aceasta metoda s-a aplicat aproape la toate galeriile excavate in ultimul timp in tara noastra.(Arges)

Injectarea galeriilor

Dupa executia captuselii se executa injectii de umplere cu suspensie sau mortar de ciment, care au rolul de a umple interspatiile dintre captuseala si roca, injectii de legat precum si injectii de consolidare, precomprimare.Acestea patrund pe o cale mai mare in roca, cu o permeabilitate mai ridicata.

Traseul galeriei

Se allege pe cat posibil rectiliniu,uneori sunt necesare curburi ale traseului pentru evitarea unor zone defavorabile.

Calculul static al captuselilor galeriei

Fortele care actioneaza asupra captuselii

• - presiunea rocii - verticale;

- orizontale;

   

• - presiunea apei subterane
• - presiunea de injectie
• - presiunea apei interioare
• - variatii de temperature, contractia si umflarea betonului
• - incarcari seismice
• - reactiunea elastica a rocii

Calculul static al captuselii se face considerat ca un inel static nedeterminat de trei ori, rezemat pe mediul elastic.

Captuseli simple

a.           Calculul captuselilor simple la presiunea interna a apei

Sub actiunea presiunii interne a apei, captuseala este supusa la eforturi de intindere. La golirea galeriei in captuseala apar eforturi de compresiune produse de presiunea rocii.

Calculul eforturilor produse de presiunea interna a apei se poate face cu relatia lui Lame stabilita pentru cilindrii cu pereti grosi.

Galerkin a determinat relatiile ce permit calculul eforturilor din captuseli tinand seama de conlucrarea dintre captuseala si roca.

   

Fara conlucrare cu roca : k=0; N=0

Captuseli din beton armat

Calculul se face asemanator.In literature sunt si relatii de calcul care dau effort in beton si armatura, tinand seama de stadiile de lucru ale captuselii.

b.Calculul captuselilor simple la sarcine exterioare

Principiul calculului: - captusela se considera ca un inel inchis de trei ori static nedeterminat , rezemat pe mediul elastic; calculul eforturilor se face prin metoda fortelor

   

Pentru reactiunea elastica a rocii se stabileste o lege de variatie. Intensitatea reactiei elastice a rocii se determina pe baza a doua conditii :

2.

din cele doua relatii rezulta prin metoda fortelor: X_1,X₃ (X₂=0) M, N ()

Metoda Bugaeva - pemite determinarea directa a eforturilor intr-un numar de 5 sectiuni caracteristice pentru diferite incarcari exterioare.

presiunea verticala a rocii; presiunea orizontala a rocii; presiunea apelor subterane; greutatea proprie a captuselii

Calculul captuselilor duble

Principiul calculului se pastreaza acelasi. Se pune caonditia ca deplasarile radiale la limita dintre stratul captuselii si dintre captuseala si roca sa fie egale. Rezolvarea se face deasemenea prin metoda fortelor.

37.CALCULUL STATIC SI DE REZISTENTA AL CONDUCTELOR FORTATE METALICE

Incarcari:

1. Greutate proprie;
2. Greutatea apei din conducta;
3. Presiunea apei;
4. Forte de frecare;
5. Variatia de temperatura;
6. Forta centrifuga

1. Greutatea proprie a conductei

N₁-produce incovoiere si este preluata de reazemul inter.

P₁-produce effort axial de compresiune in conducta si se transmite la masiv inferior.

G_c-este de obicei variabil in lungul conductei;

B.         Greutatea apei din conducta

P_a-nu produce efort in peretele conductei;

N_a-produce incovoiere;

C.        Presiunea apei

- vana

Produce intindere si se transmite masivului de ancoraj precedent.

reductie

Produce compresiune si transmite masivului urmator.

- compensator de dilatatie (manson)

Produce compresiune in peretii conductei si transmite masivului

cot

Fortele P₅ nu transmit effort in peretii conductei;Rezistenta R in tronsonul masivului.

La masivul inferior Rezistenta mareste stabilitatea, iar la masivul superior, aceasta micsoreaza stabilitatea.

4. Forte de frecare

- frecare pe reazem:

manson de dilatatie:

frecare intre apa si conducta

Produce compresiune in conducta si se transmite la masivul inferior.

5. Forta centrifuga

Forta centrifuga se transmite direct masivului. La masivul inferior actioneaza in jos, marind stabilitatea , iar la cel superior actioneaza in sus, micsorand stabilitatea.

6. Variatia de temperatura

Efectul variatiei de temperatura se ia in consideratie numai la conductele fara mansoanele de dilatatie.

Eforturi

Inelare (circumferintiale)

Axiale (longitudinale)

Inelare

Axiale

38. CASTELE DE ECHILIBRU. PRINCIPIUL FUNCTIONARII. TIPURI DE CASTELE DE ECHILIBRU

Se realizeaza sub forma unui turn sau put in masiv, si se dispun la partea aval a aductiunii. Uneori pot fi asezate sip e galleria de fuga. Au rolul de a reduce efectul loviturii de berbec si de a impiedica transmiterea acestor suprapresiuni in galeria de aductiune

Principiul functionarii castelului de echilibru

1.Oprire totala instantanee a turbinelor

Ridicarea apei in castel depaseste nivelul hidrostatic si continua pana cand toata energia cinetica a apei se transforma in energie potentiala.

2.Pornire totala

Consideram ca toate turbinele pornesc brusc.

Daca oprirea - pornirea nu este totala efectele sunt aceleasi, dar mai mici. Valorile salturilor depind si de nivelul apei in lac.

Saltul maxim se va produce pt. nivelul maxim in lac, oprire totala si brusca a tuturor turbinelor si rugozitate minima in galerie.

Coborarea maxima in castel se va produce pt: nivel minim in lac, pornire totala si brusca a turbinelor si rugozitate maxima in galerie.

In practica reducerea amplitudinii saltului se face prin adoptarea unor forme diferite de castele precum si prin evitarea manevrarii bruste a vanei de acces la turbine.

Se evita pornirea simultana a tuturor turbinelor.

Determinarea saltului maxim pe cale energetica

Castel cu diafragma

Castel cu camere

Au camere de expansiune prevazute la partea superioara si inferioara

La reducerea sarcinii si la oprirea turbinelor apa se ridica repede in coloana si apoi mult mai incet cand ajunge in camera superioara, aceasta avand un diametru mai mare. Datorita diametrului mai mare ridicarea nivelului apei se reduce deoarece centrul de greutate al intregului volum de apa este mai sus, astfel incat anularea energiei cinetice a apei se realizeaza pt o inaltime mai mica a apei decat la uncastel de echilibru cilindric.

Camera superioara poate fi cilindrica, tronconiva sau sub forma de galerie. Camera inferioara este sub forma de galerie orizontala. La pornirea centralei nivelul coboara lent.

Castelul de echilibru cu camere este indicat pt cazul unor variatii mari ale nivelului apei din lac. Camera inferioara se executa sub forma unei galerii cu diametru variabil.

Castelul cu deversor

Coloana castelului se termina cu un deversor circular.

Castelul diferential Johnson

La oprirea turbinelor nivelul se ridica repede in coloana protejand galeria impotriva suprapresiunilor si mai lent in camera pe masura ce apa patrunde in orificiile de legatura. Cand apa ajunge la partea superioara a coloanei, deverseaza din coloana in camera. Nivelul maxim se stabilizeaza in aceasta zona.

La pornirea turbinelor nivelul coboara repede in coloana si mai lent in camera, apa trecand deasemenea prin orificii. Nivelul minim se stabilizeaza. Prin acesta se reduce amplitudinea saltului minim din castel. Castelul diferential este indicat pt variatii mai mici de nivel si in cazurile cand castelul trebuie executat aerian.

Castelul cu camera inferioara cu circulatie

Apa patrunde din galerie in coloana castelului trecand prin camera inferioara.

. CENTRALE - BARAJ. VERIFICAREA STABILITATII LA ALUNECARE SI A PRESIUNILOR PE TEREN

Stabilitatea la alunecare

Verificarea se face pt un bloc, pt ipoteza cea mai defavorabila, forte verticale minime si forte orizontale maxime.

Se considera ipoteza de reparatie in care batardourile amonte si aval sunt coborate, apa din camerele spirale si aspiratorul sunt scoase si agregatele    sunt demontate. Se determina greutatea proprie G.

sau

Verificarea presiunii pe teren

Se verifica pt urmatoarele ipoteze:

1)de constructie

2)de exploatare

3)de reparatie (apa + greutate scoase)

4)suprafata de rezemare pe teren se considera solicitata la compresiune excentrica

A=B·b

M=· e

> 0 compresiune - daca nu se indeplineste trebuie modificata distributia maselor in centrala;

_{adm teren} - daca nu se indeplineste marim talpa de rezemare