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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Problèmes fondamentaux de la construction de microcentrales hydroélectriques. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Le projet de construction d'une micro centrale hydroélectrique dépend de nombreux paramètres - hydrauliques, naturels, le type et la complexité des équipements utilisés, les conditions de consommation électrique et d'autres facteurs. En règle générale, s'il est prévu d'installer une microcentrale hydroélectrique d'une capacité allant jusqu'à 10 kW et que les conditions naturelles ne nécessitent pas la construction d'ouvrages hydrauliques complexes, il n'est alors pas nécessaire de faire appel à des spécialistes pour la conception. Une usine qui fabrique de telles microcentrales hydroélectriques comprend souvent dans la fourniture, en plus de l'unité hydraulique elle-même, une canalisation sous pression flexible (tuyau) constituée de divers matériaux (Fig. 39). Dans ce cas, il suffit de réaliser une petite prise d'eau, d'y connecter une canalisation sous pression ou de construire en plus un petit canal de dérivation et un bassin sous pression. Si la construction d'une microcentrale hydroélectrique de plus grande puissance est envisagée, alors dans ce cas, il est plus opportun d'inviter des spécialistes (ou une organisation d'entrepreneur spécialisée) possédant les qualifications et l'expérience appropriées pour concevoir et construire une microcentrale hydroélectrique. Pour sélectionner correctement un entrepreneur, il sera utile de se familiariser avec ses documents de qualification (licences Gosarchstroy pour la construction de centrales hydroélectriques ou de travaux de construction), avec les travaux préalablement réalisés (microcentrales hydroélectriques conçues ou construites). Si une telle opportunité existe, vous pouvez personnellement voir ces objets, discuter avec leurs propriétaires ou utilisateurs et découvrir les problèmes ou difficultés pratiques lors de la construction et de l'exploitation.
Lors de la construction d'une microcentrale hydroélectrique d'une capacité installée de plus de 10 kW, par exemple, en plus de la question du coût de l'équipement, il est nécessaire d'évaluer de manière réaliste vos capacités et ressources techniques et de main-d'œuvre, les matériaux qui seront utilisés pour la construction d'un ouvrage de prise d'eau, d'un canal de dérivation, d'un bassin pressurisé, d'une fondation de soutènement des équipements. Ces structures, en plus des exigences relatives aux matériaux, ont des exigences assez strictes en matière de taille, de méthode de fabrication et de construction. Il est également très important de considérer la question des routes d'accès au chantier de construction pour le transport des matériaux de construction, des machines et des équipements. La construction même d'une simple route technique ou le déblayage de la zone des pierres et des arbres, nivelant la surface, peuvent augmenter considérablement le coût et compliquer la construction d'une microcentrale hydroélectrique. prise d'eau Le but d’une prise d’eau est de prélever l’eau d’une rivière ou d’un réservoir et de l’acheminer vers une canalisation sous pression. La principale exigence est que la prise d'eau fonctionne à tous les niveaux d'écoulement, depuis le niveau le plus bas (étiage) jusqu'au niveau de crue, de temps en temps pour faire face à de grandes quantités de gravier, de pierres ou d'autres débris apportés par le courant - provenant des feuilles et des débris sur des arbres entiers. La conception correcte de la prise d'eau est un facteur décisif pour le bon fonctionnement de l'ensemble de la centrale hydroélectrique et une condition importante pour réduire les coûts de son exploitation et de sa réparation. La prise d'eau doit respecter les paramètres suivants :
Pour assurer l'alimentation du volume d'eau requis à l'unité hydraulique, un refoulement d'eau est nécessaire (élévation du niveau d'eau due à un blocage total ou partiel du lit de la rivière (cours d'eau)). La sauvegarde dans le cas des microcentrales hydroélectriques de barrage est créée par un barrage (barrage), lorsque le canal est bloqué par un barrage et que le niveau et l'approvisionnement en eau requis sont atteints. Dans le cas des microcentrales hydroélectriques de dérivation, un tel remous est créé en construisant une barrière dans le lit de la rivière avant d'entrer dans le canal de dérivation. Un tel support peut être créé :
Les figures ci-dessous montrent deux exemples courants de conceptions de prise d'eau dans lesquelles il est possible de réguler la pression de l'eau pour assurer son admission dans le canal de dérivation. Dans le premier cas (Fig. 40), le refoulement nécessaire est assuré et régulé à l'aide d'écluses.
Dans le deuxième cas (Fig. 41), le support nécessaire est assuré par des poutres en bois posées horizontalement sur le trajet de l'écoulement de l'eau. Les poutres sont maintenues en place par des structures en canaux. La modification de la pression de l'eau (régulation) s'obtient en ajoutant des poutres supplémentaires pour élever le niveau d'eau, ou en les supprimant pour réduire le niveau de refoulement.
Dans d'autres cas, il est possible de créer un remous d'eau non régulé en posant des pierres (barrage) ou d'autres matériaux (morceaux de béton armé, etc.) au fond de la rivière immédiatement au-delà de l'entrée du canal de dérivation. Ci-dessous, dans la figure 42, est donné, à titre d'exemple, un dessin d'un ouvrage de prise d'eau sur la rivière Taldy-Suu (district de Tyupsky) pour une microcentrale hydroélectrique d'une capacité de 60 kW.
L'entrée du canal de dérivation doit être bien renforcée contre l'érosion par l'eau et réalisée en béton armé ou en béton de moellon. Il doit être équipé d'un régulateur de vanne (passerelle) pour assurer une modification du volume d'eau prélevé dans le canal de dérivation, ainsi que pour couper complètement l'eau fournie à l'unité hydraulique pendant la période de réparation ou d'entretien du microcentrale hydroélectrique (Fig. 43).
L'entrée du canal de dérivation doit être dotée d'un rebord (Fig. 44) servant de piège aux pierres, graviers, sables et autres sédiments. Cependant, la corniche ne peut pas assurer une protection à 100 % contre les sédiments ; elle constitue la première barrière sur son passage. La conception des ouvrages hydrauliques peut inclure d'autres dispositifs de protection contre les sédiments installés plus loin que l'ouvrage de prise d'eau. Le rebord est réalisé à l'entrée du canal de dérivation, sous la forme d'une dépression au fond. Il doit être vérifié périodiquement pour s’assurer qu’il est plein et nécessite un nettoyage régulier.
canal de dérivation Le canal de dérivation sert à acheminer l'eau de l'ouvrage de prise d'eau vers le bassin sous pression. Il peut être réalisé sous la forme d'un canal en terre ou en béton, ou construit à partir de plateaux en béton ou d'un hérisson - sous la forme d'un pipeline en plastique ou en métal, comme cela se pratique dans les pays scandinaves. Le canal de dérivation peut être de n'importe quelle longueur - de zéro (si la canalisation sous pression part immédiatement de la prise d'eau ou du barrage) à plusieurs kilomètres. Les canaux de dérivation les plus économiquement viables sont les canaux en terre ouverts. Mais ils présentent un certain nombre de problèmes liés à des exigences de maintenance élevées ; Perte d'eau; les glissements de terrain provoqués par l’infiltration d’eau depuis les parois du canal non revêtues nécessitent une pente stable et relativement plate. Pour ce faire, lors de la construction d'un canal de dérivation en terre, il est nécessaire de prendre en compte le calcul de sa pente dans la plage de 0,002.0,003, soit un changement de hauteur de 2-3 m pour 1000 m de longueur de canal. . Une augmentation de la pente peut entraîner une érosion ultérieure des parois en terre du canal, et une diminution peut conduire à son gel en hiver. Les canaux de dérivation en béton armé (y compris à partir de bacs et de sections à haut débit), ainsi qu'en métal ou en plastique, ne présentent pas les inconvénients inhérents aux canaux de dérivation en terre : ils sont plus solides et plus durables, et nécessitent moins d'entretien et de réparation. Ces canaux peuvent avoir une pente plus grande que les canaux en terre et sont donc moins sujets au gel. Pour éviter le gel, les canaux de dérivation constitués de tels matériaux peuvent être en outre isolés (recouverts de dalles, de matériaux isolants ou enterrés dans le sol). Cependant, lors de la conception, il convient de garder à l’esprit que la forte pente du canal de dérivation (et, par conséquent, la vitesse d’écoulement élevée) présente certains inconvénients. Premièrement, la conception d'une piscine sous pression est plus complexe - l'eau doit y pénétrer sous un certain régime, généralement dans un état calme, afin de ne pas former de bris à l'intérieur de la piscine sous pression, et également de ne pas la détruire avec le temps. Une forte pente du canal de dérivation et, par conséquent, une vitesse d'écoulement élevée, peuvent en général conduire à une destruction rapide des ouvrages hydrauliques d'une microcentrale hydroélectrique. Deuxièmement, une forte pente réduit la pression (la différence de hauteur entre les bassins supérieur et inférieur). En conséquence, cela réduira la puissance des microcentrales hydroélectriques. La hauteur de chute est un facteur important dans la puissance et surtout dans le coût d’une microcentrale hydroélectrique. Les équipements pour basses pressions sont beaucoup plus chers que pour les hautes pressions. Il est également de grande taille et nécessite la construction de structures plus importantes pour son installation (fondation de soutènement, salle des machines, etc.). Le tableau ci-dessous résume les données de base sur les matériaux pour la construction d'un canal de dérivation, avec leurs forces et leurs faiblesses.
Une conception utile pour assurer le fonctionnement d’une microcentrale hydroélectrique est une décharge à lisier. Le dispositif d'évacuation des boues empêche la boue qui se forme pendant la saison froide de pénétrer dans la piscine sous pression et dans la chambre de la turbine. Il est placé dans un dispositif de prise d'eau devant le canal de dérivation si le canal de dérivation est suffisamment court et à condition que des boues se forment uniquement dans la rivière. Avec de longs canaux de dérivation, il existe un risque de formation de neige fondante dans le canal lui-même. Dans ce cas, des dispositifs antibruit sont placés devant le bassin sous pression. Un dispositif d'évacuation des boues sous la forme d'un bac transversal est installé perpendiculairement ou selon un certain angle par rapport au sens d'écoulement de l'eau dans le canal de dérivation (Fig. 45).
Le fond du bac d'évacuation des boues est situé sous l'horizon d'eau afin que les boues ne passent pas en dessous, mais soient évacuées de la paroi arrière dans le canal d'évacuation des boues, qui drainerait l'eau collectée avec les boues dans la rivière. Le dispositif d'élimination des boues est retiré lorsqu'il n'y a pas de boues. bassin sous pression Le bassin sous pression d'une microcentrale hydroélectrique est une structure permettant de relier un canal de dérivation à une canalisation sous pression, pour créer la pression et le volume d'eau nécessaires, ainsi que pour nettoyer l'écoulement des débris, des sédiments et évacuer l'excès d'eau. Il assure également le respect du régime hydrique nécessaire au bon fonctionnement de la centrale hydraulique. La conception classique du bassin sous pression comprend (Fig. 46) :
La piscine sous pression doit être en béton armé. La taille d'un bassin sous pression est généralement déterminée en fonction des spécifications du fabricant de l'équipement. Il doit disposer d'un volume de réserve minimum pour faire face à l'évolution rapide du débit de la turbine sans réduire excessivement le niveau d'eau dans le bassin sous pression. Généralement, la réserve de volume requise du pool de pression correspond à 30 secondes du débit de conception de la turbine. Canalisation sous pression Des canalisations sous pression alimentent l'eau du bassin sous pression jusqu'à la chambre de la turbine. Ils peuvent être installés soit à la surface de la terre, soit sous terre. L’installation hors sol est l’option privilégiée si le tracé du pipeline se trouve sur un terrain rocheux où l’excavation de tranchées serait trop coûteuse. Il est également préférable de placer les canalisations métalliques sous pression en surface pour faciliter les travaux de réparation et de prévention de la corrosion. Une conduite sous pression souterraine peut présenter de nombreux avantages pour les raisons suivantes :
Les inconvénients des canalisations souterraines sont le coût supplémentaire et le fait que dans les zones escarpées, les matériaux de litière peuvent être emportés, des protections doivent donc être construites pour contenir les matériaux. Le tableau ci-dessous fournit des informations de base sur les matériaux pour la canalisation sous pression.
bâtiment de la gare Le bâtiment de la micro-station hydroélectrique est l'endroit où sont installés l'unité hydraulique et le système de contrôle micro-hydroélectrique. Il protège également le matériel de la pluie, de la neige et des basses températures. Il existe de nombreuses façons de terminer la partie hors sol d'un bâtiment, qui doivent être réalisées en fonction des codes locaux, de la disponibilité des matériaux et des conditions climatiques. Pour les conditions climatiques de montagne, les murs en maçonnerie de briques ou de pierres ou en blocs de béton armé conviennent généralement. Les transformateurs doivent être situés soit à l'extérieur du bâtiment de la gare, soit dans un local séparé. La meilleure option pour construire une fondation pour un bâtiment et une fondation de support pour une unité hydraulique est le béton armé. Pour les équipements de petite taille, il est possible de construire une fondation en béton moellon. La meilleure option consiste à utiliser un dessin détaillé de la fondation de support pour la construire correctement et respecter les spécifications nécessaires à la fixation de l'équipement. Ceci est généralement fourni par le fabricant de l’équipement ou l’organisation contractante. Ci-dessous, la figure 47 montre la construction d'une microcentrale hydroélectrique d'une capacité de 60 kW sur la rivière Taldy-Suu (village Taldy-Suu, district de Tyupsky).
Ce dessin montre les principaux éléments du bâtiment de la centrale hydroélectrique et la fondation de support de l'unité hydroélectrique. Cette microcentrale hydroélectrique est dotée d'une turbine radiale-axiale avec un arbre de turbine vertical. Les points suivants doivent être pris en compte lors de la conception de tout bâtiment de gare :
Une attention particulière doit être portée à la construction du conduit de sortie afin de bien évacuer l'eau de la turbine vers la rivière. Le canal d'évacuation doit être renforcé afin que l'eau qui s'échappe n'érode pas à la fois le canal lui-même et les endroits où l'eau se jette dans la rivière. Il peut être réalisé en béton armé. Il est possible de le fabriquer à partir de béton de moellons, à condition que la puissance de la microcentrale hydroélectrique soit relativement faible. Auteurs : Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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