Le dispositif et le principe de fonctionnement de la centrale hydroélectrique
Depuis l'Antiquité, les hommes ont utilisé la force motrice de l'eau. Ils moulaient la farine dans des moulins alimentés par les courants d'eau, transportaient de lourds troncs d'arbres en aval et utilisaient généralement l'hydroélectricité pour une grande variété de tâches, y compris industrielles.
Les premières centrales hydroélectriques
À la fin du XIXe siècle, avec le début de l'électrification des villes, les centrales hydroélectriques ont commencé à gagner très rapidement en popularité dans le monde. En 1878, la première centrale hydroélectrique au monde est apparue en Angleterre, qui n'alimentait alors qu'une seule lampe à arc dans la galerie d'art de l'inventeur William Armstrong ... Et en 1889, il y avait déjà 200 centrales hydroélectriques rien qu'aux États-Unis.
L'une des étapes les plus importantes du développement de l'hydroélectricité a été la construction du barrage Hoover aux États-Unis dans les années 1930. Quant à la Russie, déjà en 1892, la première centrale hydroélectrique à quatre turbines d'une capacité de 200 kW a été construite ici à Rudnia Altai sur la rivière Berezovka, conçue pour fournir de l'électricité au drainage minier de la mine Ziryanovsky.Ainsi, avec le développement de l'électricité par l'homme, les centrales hydroélectriques ont marqué le rythme rapide du progrès industriel.
Le principe de fonctionnement de la centrale hydroélectrique
Aujourd'hui, les centrales hydroélectriques modernes sont d'énormes structures avec un gigawatt de capacité installée. Cependant, le principe de fonctionnement de toute centrale hydroélectrique reste généralement assez simple et presque exactement le même partout. La pression de l'eau appliquée aux aubes de la turbine hydraulique la fait tourner, et la turbine hydraulique, à son tour, reliée au générateur, fait tourner le générateur. Le générateur génère de l'électricité qui et alimenté au poste de transformation puis à la ligne électrique.
Rotor de l'hydrogénérateur :
Dans la salle des turbines de la centrale hydroélectrique, des unités hydrauliques sont installées qui convertissent l'énergie du débit d'eau en électricité, et tous les dispositifs de distribution nécessaires, ainsi que des dispositifs de contrôle et de surveillance pour le fonctionnement de la centrale hydroélectrique, sont situés directement dans le bâtiment de la centrale hydroélectrique.
Le rendement d'une centrale hydroélectrique dépend de la quantité et de la pression de l'eau traversant les turbines. La pression directe est obtenue grâce au mouvement dirigé du flux d'eau. Cela peut être de l'eau accumulée au barrage lorsqu'un barrage est construit à un endroit particulier sur la rivière, ou la pression se produit en raison du détournement du débit, c'est-à-dire lorsque l'eau est détournée du canal par un tunnel ou un canal spécial. Ainsi, les centrales hydroélectriques sont barrage, dérivé et barrage.
Les centrales hydroélectriques à barrage les plus courantes sont basées sur un barrage qui bloque le lit de la rivière.Derrière le barrage, l'eau monte, s'accumule, créant une sorte de colonne d'eau qui assure pression et surpression. Plus le barrage est haut, plus la pression est forte. Le barrage le plus haut du monde, à 305 mètres de haut, est le barrage de Jinping de 3,6 GW sur la rivière Yalongjiang dans l'ouest du Sichuan au sud-ouest de la Chine.
Les centrales hydroélectriques sont de deux types. Si la rivière a un léger pendage, mais est relativement abondante, alors avec l'aide d'un barrage bloquant la rivière, une différence suffisante de niveaux d'eau est créée.
Un réservoir est formé au-dessus du barrage, ce qui assure un fonctionnement uniforme de la station tout au long de l'année. Près de la rive sous le barrage, à proximité immédiate de celui-ci, une turbine à eau est installée, reliée à un générateur électrique (près de la station du barrage).Si la rivière est navigable, alors une écluse est faite sur la rive opposée pour le passage de navires.
Si la rivière n'est pas très riche en eau, mais a une immersion importante et un courant rapide (par exemple, les rivières de montagne), une partie de l'eau est détournée le long d'un canal spécial, qui a une pente beaucoup plus faible que la rivière. Ce canal fait parfois plusieurs kilomètres de long. Parfois, les conditions de terrain obligent le canal à être remplacé par un tunnel (pour les centrales électriques). Cela crée une différence de niveau importante entre l'exutoire du canal et l'aval de la rivière.
Au bout du canal, l'eau pénètre dans un tuyau à forte pente, à l'extrémité inférieure duquel se trouve une turbine hydraulique avec un générateur. Du fait de la différence de niveau importante, l'eau acquiert une énergie cinétique importante, suffisante pour alimenter la station (stations de dérivation).
De telles centrales peuvent avoir une grande capacité et appartenir à la catégorie des centrales régionales (cf. Petites centrales hydroélectriques).Dans les plus petites usines, la turbine est parfois remplacée par une roue hydraulique moins efficace et moins chère.
La construction de la centrale hydroélectrique de Zhigulev à partir des sources
Schéma de principe des connexions électriques de la HPP Zhigulev
Une section à travers le bâtiment de la centrale hydroélectrique de Zhigulev. 1 — sorties pour ouverture RU 400 kV ; 2 — étage de câbles 220 et 110 kV ; 3 - plancher de l'équipement électrique, 4 - équipement de refroidissement du transformateur ; 5 - canaux de bus reliant les enroulements de tension du générateur des transformateurs en "triangles" ; 6 — une grue d'une capacité de charge de 2X125 tonnes ; 7 - une grue d'une capacité de charge de 30 tonnes; 8 — une grue d'une capacité de charge de 2X125 t ; 9 - structure de rétention des ordures ; 10 — une grue d'une capacité de charge de 2X125 tonnes ; 11 - languette métallique; 12 — une grue d'une capacité de charge de 2X125 tonnes.
La centrale hydroélectrique de Zhigulev est la deuxième plus grande centrale hydroélectrique d'Europe, en 1957-1960, c'était la plus grande centrale hydroélectrique du monde.
La première unité de la station d'une capacité de 105 000 KW a été mise en service à la fin de 1955, en 1956, 11 autres unités ont été mises en service pendant 10 mois. 1957 — les huit unités restantes.
Un grand nombre de nouvelles installations énergétiques, parfois uniques, ont été installées et fonctionnent dans des centrales hydroélectriques.
Types de centrales hydroélectriques et leurs dispositifs
Outre le barrage, la centrale hydroélectrique comprend un bâtiment et un appareillage. L'équipement principal de la centrale hydroélectrique est situé dans le bâtiment, des turbines et des générateurs sont installés ici. En plus du barrage et du bâtiment, la centrale hydroélectrique peut avoir des écluses, des déversoirs, des passes à poissons et des ascenseurs à bateaux.
Chaque centrale hydroélectrique est une structure unique, par conséquent, la principale caractéristique qui distingue les centrales hydroélectriques des autres types de centrales électriques industrielles est leur individualité. Soit dit en passant, le plus grand réservoir du monde est situé au Ghana, il s'agit du réservoir d'Akosombo sur la Volta. Il couvre 8 500 kilomètres carrés, soit 3,6 % de la superficie totale du pays.
S'il y a une pente importante le long du lit de la rivière, une centrale hydroélectrique de dérivation est érigée. Il n'est pas nécessaire de construire un grand réservoir pour les barrages, mais l'eau est dirigée uniquement par des canaux ou des tunnels d'eau spécialement érigés directement vers le bâtiment de la centrale électrique.
De petits bassins de régulation journalière sont parfois aménagés dans des centrales hydroélectriques dérivées, qui permettent de contrôler la pression et donc la quantité d'électricité produite, en fonction de la surcharge du réseau électrique.
Les installations de stockage par pompage (PSPP) sont un type particulier de centrale hydroélectrique. Ici, la station elle-même est conçue pour lisser les fluctuations quotidiennes et les pointes de charge système du pouvoir, et ainsi améliorer la fiabilité du réseau électrique.
Une telle station peut fonctionner à la fois en mode générateur et en mode stockage, lorsque des pompes pompent l'eau dans le bassin supérieur depuis le bassin inférieur. Dans ce contexte, un bassin est un objet bassin faisant partie d'un réservoir et adjacent à une centrale hydroélectrique. L'amont est l'amont, l'aval est l'aval.
Un exemple d'installation de stockage par pompage est le réservoir de Taum Sauk dans le Missouri, construit à 80 kilomètres du Mississippi, avec une capacité de 5,55 milliards de litres, permettant au système électrique de fournir une capacité de pointe de 440 MW.