Top 6 des principaux composants de la centrale hydroélectrique

Lisez cet article pour en savoir plus sur les six composants suivants d’une centrale hydroélectrique, à savoir, (1) structures d’avant-pont et d’admission, (2) conduits d’alimentation ou de tête, (3) réservoir de surpression, (4) turbines et générateurs, (5) Power House et (6) Trail Race et Draft Tube.

1. Structures du réservoir et de l’admission:

Comme son nom l'indique, forebay est une étendue d'eau élargie devant l'admission. Le réservoir sert de réservoir lorsque la conduite forcée prélève de l’eau directement à partir de celle-ci. Lorsque le canal alimente les turbines en eau, la section du canal située devant les turbines est agrandie pour créer un bassin antérieur. L'avant-réservoir stocke temporairement de l'eau pour alimenter les turbines de la même manière. L'eau ne peut pas passer car elle arrive dans le réservoir ou le canal. Aux portes d'admission sont fournis avec palan pour contrôler l'entrée de l'eau. Des bacs à ordures sont prévus devant les portes pour empêcher les débris, les arbres, etc. d'entrer dans la conduite forcée. Des râteaux sont également fournis pour nettoyer les casiers à ordures à intervalles réguliers.

2. Conduits de course de tête ou d’admission:

Ils transportent de l'eau aux turbines du réservoir. Le choix du canal ouvert ou du conduit sous pression (conduite forcée) dépend des conditions du site. Le conduit de pression peut prendre la forme d'un passage d'admission évasé dans le corps du barrage ou d'un long conduit en acier ou en béton ou parfois d'un tunnel s'étendant sur quelques kilomètres entre le réservoir et la centrale.

Le conduit de pression ne suit pas les contours du sol et toute pente est donnée en fonction des conditions du site. La vitesse de l'eau dans le conduit d'alimentation est également supérieure à celle du canal à ciel ouvert. Jusqu'à environ 60 mètres de hauteur, la vitesse peut être comprise entre 2, 5 et 3 0 m / s.

Pour les têtes plus hautes, la vitesse peut être encore plus élevée. Parfois, il est commode ou économique d’adopter un canal ouvert partiellement ou totalement comme conduit principal. Le canal de course de la tête peut amener de l’eau aux turbines ou aux conduites forcées; il est généralement adopté dans les installations à faible chute de charge où les pertes de charge sont relativement importantes. L'avantage d'un canal ouvert est qu'il peut être utilisé pour l'irrigation ou la navigation.

3. Réservoir d'équilibre:

Un réservoir tampon est un réservoir de stockage installé à une ouverture pratiquée dans une longue conduite ou une conduite forcée pour recevoir le flux rejeté lorsque la conduite est soudainement fermée par une vanne installée à son extrémité abrupte, voir fig. 20.5. Un réservoir d'équilibre soulage donc la canalisation de la pression excessive produite par sa fermeture, éliminant ainsi l'effet positif de coup de bélier.

Cela se fait en admettant dans le réservoir collecteur une grande masse d’eau qui, autrement, aurait coulé hors de la canalisation, mais y retournerait du fait de la fermeture de l’extrémité du tuyau. Il sert également à fournir brusquement un débit supplémentaire chaque fois que les motopompes hydrauliques le demandent. Le réservoir tampon est principalement utilisé dans une centrale hydraulique ou dans une grande installation de pompage pour contrôler les variations de pression résultant de variations rapides du débit.

Dans le cas d'une centrale hydraulique, en cas de réduction soudaine de la charge de la turbine, le régulateur ferme les portes de la turbine pour régler le débit d'eau afin de maintenir la vitesse de la turbine constante. Cependant, l'eau est déjà en route vers la turbine.

Lorsque les portes des turbines sont fermées, l'eau en mouvement doit revenir. Un réservoir tampon servirait alors de réceptacle pour stocker l'eau rejetée et éviterait ainsi les coups de bélier. En revanche, lorsqu'il existe une demande immédiate de la turbine pour plus de puissance, le régulateur ouvre les portes proportionnellement à l'augmentation de la charge, donc, ce qui rend nécessaire de fournir plus d'eau.

Pour un long tuyau, il faut beaucoup de temps avant que toute la masse d'eau puisse être accélérée. Le réservoir tampon qui est généralement situé près de la turbine répondra à la demande soudainement croissante en eau jusqu’à ce que la vitesse dans la partie supérieure de la ligne acquière une nouvelle valeur.

De même, dans le cas d’une grande installation de pompage avec un long tuyau de refoulement, un réservoir collecteur de pression peut également être utilisé pour contrôler les variations de pression côté refoulement résultant de l’arrêt brusque ou du démarrage d’une pompe. Lors du démarrage de la pompe, la majeure partie du débit initial de la pompe pénètre dans le réservoir tampon, ce qui réduit l'effet de coup de bélier dans le tuyau de refoulement. D'autre part, lorsque la pompe est arrêtée subitement, le réservoir d'équilibre fournit un espace supplémentaire pour contenir l'eau qui pourrait revenir, soulageant ainsi la pression des coups de bélier.

Fonctions du réservoir d'équilibre:

Le réservoir tampon a donc les objectifs suivants:

je. Contrôle des variations de pression résultant de changements rapides dans le débit de la conduite, éliminant ainsi les coups de bélier.

ii. Régulation du débit dans les centrales électriques et de pompage en fournissant la hauteur d’accélération ou de ralentissement nécessaire.

Emplacement du réservoir d'équilibre:

Théoriquement, un réservoir tampon doit être placé aussi près que possible d'une centrale électrique ou d'une centrale de pompage. L’emplacement idéal en cas de centrale électrique est l’entrée de la turbine, mais il est rarement possible en cas d’installation à haute et moyenne puissance, car il devra être très élevé. Afin de réduire sa hauteur, il est généralement situé à la jonction d'un tunnel de pression et d'une conduite forcée (voir fig. 20.5) ou du côté de la montagne.

4. Turbines et générateurs:

La turbine convertit l'énergie hydraulique en énergie mécanique. L'énergie mécanique développée par une turbine est utilisée pour faire fonctionner un générateur électrique. Il est directement couplé à l'arbre de la turbine. Le générateur développe le courant électrique. Une turbine consiste en une roue appelée coureur. Le coureur est fourni avec des lames ou des seaux spécialement conçus. L'eau possédant une grande énergie hydraulique frappe les pales et le coureur tourne.

Les turbines à eau peuvent être classées en deux types, à savoir:

je. Turbines à impulsion ou de vitesse, et

ii. Turbines à réaction ou à pression.

Turbine à impulsion:

Dans la turbine à impulsions, toute l’énergie potentielle ou la charge disponible est convertie en énergie cinétique ou en vitesse en faisant passer l’eau à travers une buse en contraction ou par des aubes directrices avant que celle-ci ne heurte les godets. La roue tourne librement dans l'air et l'eau n'entre en contact qu'avec une partie de la roue à la fois. La pression de l'eau tout au long est atmosphérique.

Afin d’éviter les éclaboussures et de guider l’eau évacuée des seaux vers le chemin de queue, un carter est fourni. Une turbine à impulsion est essentiellement une roue à basse vitesse et est utilisée pour des têtes relativement hautes. La roue Pelton, la roue à impulsions Turgo et la turbine Girard sont quelques types de turbines à impulsions. Dans la roue Pelton, l’eau frappe le coureur tangentiellement.

Turbine de réaction:

Dans une turbine à réaction, seule une partie de l’énergie potentielle disponible est convertie en tête de vitesse, à l’entrée du coureur. La partie restante reste comme une tête de pression. La pression à l'entrée de la turbine est beaucoup plus élevée que la pression à la sortie.

Cela varie tout au long du passage de l'eau dans la turbine. Généralement, la puissance est développée par la différence de pression agissant à l'avant et à l'arrière des pales. Seule une petite partie de la puissance provient de l'action dynamique de la vitesse. Puisque l'eau est sous pression, tout le flux de la course de tête à la course de queue se déroule dans un système fermé.

Les turbines Francis et Kaplan sont deux types importants de turbines à réaction. Dans la turbine Francis, il y a un écoulement radial radial de l'eau. Dans la turbine Francis moderne, l’écoulement entre radialement vers l’intérieur mais part parallèlement vers l’arbre au centre. C'est ce qu'on appelle un flux mixte.

Dans les turbines Girard, à hélice et Kaplan, le débit est axial ou parallèle à l'axe de l'arbre de la turbine. Le choix d'un type de turbine approprié dépend principalement de la hauteur disponible et de la quantité de déchets nécessaire.

Les turbines peuvent être classées comme suit en fonction du type de centrale:

Turbine à basse pression (moins de 30 m);

Turbine à tête moyenne (30 à 160 m);

Turbine à tête haute (jusqu'à 1000 m);

Les turbines à basse pression sont les turbines Propeller et Kaplan. Ces turbines utilisent une grande quantité d’eau. Les turbines à tête moyenne sont des turbines Francis modernes. Les turbines à impulsion sont des turbines à haute pression. Ces turbines nécessitent relativement moins d'eau.

5. Centrale électrique:

Le but de la centrale est de supporter et d’héberger les équipements hydrauliques et électriques.

La centrale est facilement divisée en deux parties:

je. La sous-structure pour supporter l'équipement et pour fournir les voies d'eau nécessaires.

ii. La superstructure ou le bâtiment pour loger et protéger l'équipement.

Structure:

La sous-structure peut faire partie intégrante du barrage et de la structure d’admission. Dans d'autres cas, la sous-structure peut être éloignée du barrage, l'entrée du barrage et la centrale étant des structures entièrement séparées. La sous-structure est construite exclusivement en béton et est renforcée en acier si nécessaire.

Superstructure:

La salle de production, la partie principale de la centrale, contient les unités principales et leurs accessoires. Un pont roulant électrique ou manuel est généralement installé sur toute la largeur de la centrale. Le tableau de distribution et le pupitre d’opération sont généralement situés près du centre de la station, soit au niveau du sol, soit au deuxième étage, soit au-dessus du rez-de-chaussée, pour une meilleure visibilité.

Habituellement, une baie ou une section de la centrale électrique sera nécessaire en amont des unités principales pour les commutateurs, les connexions de bus et les lignes sortantes. Si les transformateurs sont situés à l'intérieur de la station, ceux-ci se trouveront également dans la baie auxiliaire, généralement au niveau du sol, et fermeront le plancher principal par des portes ou des volets en acier.

Un pont roulant est une partie importante de l'équipement de la centrale. Lors de la fixation de l’élévation du rail de la grue au-dessus du sol, il est essentiel de prévoir une hauteur libre suffisante pour le levage et le transport de l’une ou l’autre des diverses pièces de la machine.

6. Course de queue et tube de trait

Le canal dans lequel la turbine débouche en cas de roue d'impulsion et à travers le tube de tirage en cas de turbine de réaction est appelé une course de queue. Le tuyau d'aspiration ou le tube de tirage n'est rien d'autre qu'un tube hermétique adapté à toutes les turbines à réaction du côté de la sortie. Il s'étend de l'extrémité de décharge du canal de la turbine jusqu'à environ 0, 5 mètre sous la surface du niveau de l'eau de la queue. Le tube de tirage droit reçoit généralement une torche de 4 à 6 degrés pour réduire progressivement la vitesse de l'eau.

L'action d'aspiration de l'eau dans ce tube a le même effet sur le canal qu'une tête équivalente, de sorte que la turbine développe la même puissance que si elle était placée à la surface de l'eau de queue. La queue de la roue d'impulsion est généralement un passage approximativement rectangulaire, allant d'un point situé sous la roue à un point situé en dehors des fondations de la centrale électrique, où elle pénètre dans le canal de sortie ou la rivière. En raison de la faible décharge de la roue d'impulsion, ainsi que de la vitesse maximale autorisée, le passage en bout de course est beaucoup plus petit que celui de la turbine à réaction.

Dans le cas de la turbine à réaction, la largeur du canal de passage de queue sous la centrale dépend de l'espacement entre les unités et de l'épaisseur des piles et des murs entre les baies. La profondeur du canal de queue de course dépend de la vitesse généralement admise à environ 1 mètre par seconde. Lorsque la centrale électrique est proche de la rivière, la course en queue peut être la rivière elle-même. Dans les autres cas, un canal de course de queue d'une certaine longueur peut être prévu pour relier la fosse d'éoliennes à la rivière.