China a construit cea mai puternică turbină cu acţiune din lume pentru hidrocentrale, care va opera în condiţii foarte specifice de relief

Deşi despre dezvoltarea energetică a Chinei se vorbeşte mai des în termeni de parcuri noi solare şi eoliene sau centrale uriaşe de baterii, China e în prezent şi ţara unde se construiesc peste 70% din capacităţile noi de hidrocentrale din lume. Şi e vorba atât de hidrocentrale de principiu mai simplu, cât şi hidrocentrale prin pompare sau sisteme combinate dintre acestea. Ei bine, acum chinezii au mai marcat un salt tehnologic în hidrocentrale, construind şi livrând cea mai puternică turbină cu acţiune pentru hidrocentrale din toate care există în lume, aceasta urmând a opera în condiţii foarte specifice de relief.

Foto: Noua turbină construită în China

În lumea turbinelor de hidrocentrale există două categorii mari de turbine în funcţie de principiul de operare — cu acţiune şi cu reacţiune — ele mai având şi tipuri specifice, cum ar fi Francis, Kaplan sau Pelton. Turbinele Francis şi Kaplan sunt turbine de reacţiune, în timp ce turbina Pelton e una de acţiune, toate aceste trei turbine purtând numele inventatorilor care le-au creat.

Foto: Galeria turbinelor, dintr-o hidrocentrală tipică

Turbinele cu reacţiune sunt cele care folosesc atât viteza de cădere a apei, cât şi presiunea ea, în timp ce turbinele cu acţiune folosesc doar forţa de cădere. La turbinele cu reacţiune, când apa e lăsată să curgă din rezervorul imens spre turbină, ea umple galeria complet sub acţiunea presiunii hidrostatice şi apoi împinge turbina, umplând cu apă întreg spaţiul din jurul palelor turbinei. De asta, pornirea acestor hidrocentrale necesită de obicei câteva minute pentru umplerea galeriilor înainte de a livra puterea completă. Apoi, turbina e propulsată atât de viteza acumulată de apă, cât şi de presiunea acesteia.

Principiul de funcţionare al turbinelor cu reacţiune

În lume, cam 80-85% din hidrocentrale funcţionează cu asemenea turbine, întrucât ele sunt potrivite atunci când diferenţele de relief nu sunt tocmai uriaşe, şi pot extrage mai multă energie utilă din aceeaşi apă graţie captării presiunii. Sunt perfecte pentru hidrocentrale cu diferenţe mici şi medii de nivel, acolo unde datorită lacurilor de acumulare şi pot asigura fluxuri masive de apă în galeriile turbinelor, atât cât turbinele sunt pornite. Şi cele mai puternice asemenea turbine din au 1.000 MW, 800 MW şi 700 MW, cele de 1.000 MW fiind instalate tot în China.

Foto: Consturcţia turbinii de tip Francis, cu reacţiune

Noi vorbim azi, însă, despre o turbină cu acţiune, iar aceste turbine ocupă o cotă de doar 10-15% în toată lumea, întrucât funcţionează eficient doar dacă apa poate acumula o viteză mare de cădere, ceea ce înseamnă o diferenţă mare de altitudine între lacul de acumulare şi locul amplasării turbinei. La o cădere atât de mare, apa e lăsată să cadă liber, ajungând până la palele turbinei la o presiune atmosferică normală, iar turbina nu e complet înconjurată de apă. Datorită acestei căderi mari, asemenea turbine pot funcţiona şi cu debite mai mici de apă iar puterea lor e de obicei mai mică, însă per total acestea reuşesc oricum să scoată un randament excelent în condiţii de debit mai mari, dar diferenţe de altitudini mai mari. Tocmai de asta, sunt folosite doar în zone foarte muntoase, precum Alpii elveţieni, o asemenea centrală elveţiană reuşind să indice un randament de 92% în convertirea forţei în electricitate.

Foto: Tubină cu acţiune din Elveţia

Cele mai puternice asemenea turbine din lume de până acum aveam 127 MW, 150 MW, 210 MW, şi 423 MW, ultima fiind cea din Elveţia, menţionată mai sus.

Iar noua turbină chineză, cea mai puternică din lume din cele cu acţiune, are 500 MW putere şi a fost construită la o uzină a celor de la Harbin Electric. Turbina are un diametru de 6,23 metri şi a pornit deja în drumul său spre hidrocentrala Zala din munţi Tibet, acolo unde va fi folosită.

Hidrocentrala Zala va avea două asemenea turbine, care vor produce împreună până la 1.015 MW, deci o turbină poate produce până la 507,5 MW, de fapt, deşi cifra comunicată e de 500 MW. O asemenea turbină are 21 de pale şi cântăreşte 80 de tone. Centrul acestei turbine e structura cea mai mare din lume produsă prin forjare de oţel inoxidabil cu structură martensită, structură folosită pentru cele mai dure construcţii, cu o rezistenţă excepţională la apă în timp.

Forma fiecărei pale a fost adaptată cu exactitate diametrului jetului de apă şi înălţimii de circa 619 metri de cădere, pe care o va avea hidrocentrala Zala pentru aceste turbine. Prin urmare, la 619 metri diferenţă de altitudine, se confirmă ceea ce menţionam mai sus, că aceste turbine operează eficient mai ales în hidrocentrale cu asemenea diferenţe uriaşe de înălţime.

Cu două asemenea turbine în acţiune şi 1.105 MW de putere instalată, noua hidrocentrală Zala are o producţie viitoare estimată de electricitate de 3.946 GWh anual, sau aproape 3,95 TWh. Asta corespunde cu un factor mediu de capacitate de 45%, acesta factor fiind dictat de debitul mediul de apă disponibil anual.

Un alt avantaj al hidrocentralelor cu turbine de acţiune e că ele pot fi pornite mai repede în orele de consum maxim, întrucât nu necesită umplerea galeriilor. La 45% factor de capacitatea, asta înseamnă efectiv că în 45% din cele 24 ore ale unei zile, hidrocentrala poate furniza 1 GW putere în reţea, acoperind şi orele e consum maxim, şi chiar o parte din orele active ale zilei sau nopţii, când energia de la panouri fotovoltaice lipseşte în sistem.