Inginerii chinezi construiesc hidrocentrala cu cele mai puternice turbine de acţiune din lume, depăşind Elveţia în această tehnologie

Deşi în ultimii ani despre China se vorbeşte mai ales în contextul inaugurării de parcuri fotovoltaice şi eoliene, chinezii pun un accent la fel de mare pe centrale nucleare şi hidrocentrale, pentru că au nevoie şi de predictibilitate în generarea de electricitate. De fapt, peste 70% dintre toate hidrocentralele aflate în construcţie în lume se află în China, iar asta arată elocvent scara acestor investiţii făcute de chinezi. Ei bine, unul din cele mai curioase proiecte e cel în care inginerii chinezi construiesc hidrocentrala cu cele mai puternice turbine de acţiune din lume, depăşind Elveţia în această tehnologie. E vorba de hidrocentrala Zhala, scrisă uneori şi ca Zala, situată la hotarul dintre regiunile Chamdo şi Nyingchi din China, iar detaliile inginereşti ale acesteia sunt de-a dreptul impresionante.

În primul rând, e nevoie să explicăm de înseamnă noţiunea de „turbine de acţiune”, folosită mai sus şi în titlu. În lumea turbinelor de hidrocentrale există două categorii mari de turbine, în funcţie de principiul de operare — de acţiune şi cu reacţiune — ele mai având şi subcategorii 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 conceput.

Turbinele de reacţiune sunt cele care folosesc atât viteza de cădere a apei, cât şi presiunea ei, în timp ce turbinele de acţiune folosesc doar forţa de cădere. La turbinele de reacţiune, când apa e lăsată să curgă din lacul de acumulare 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 în cădere, cât şi de presiunea acesteia. Şi acest principiu de funcţionare e adeseori cel mai eficient, tocmai de asta el a devenit dominant.

Principiul de funcţionare al turbinelor cu reacţiune din hidrocentrale

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

Foto: Consturcţia turbinii de tip Francis, de reacţiune

Dar hidrocentralele cu turbine de acţiune reprezintă o cotă mult mai mică, de mai puţin de 15%. 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 diferenţă de altitudine 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. Astfel, construcţia turbinei nu are pale obişnuite, uşor oblice, care să asigure continuitatea forţei, ci are o succesiune de „cupe”, care captează căderea apei, aceste cupe captând forţa succesiv în timpul rotaţiilor. Pentru că fiecare cupă îşi aduce contribuţia pe rând, acest tip de turbine e numit în unele limbi şi drept unul „cu impus”.

Foto: Turbine Pelton, de acţiune

Datorită acestei căderi mari, turbinele de acţiune pot funcţiona şi cu debite mai mici de apă, iar puterea lor e de obicei mai mică. Per total, acestea reuşesc oricum să scoată un randament bun în condiţii de debit mai mic, 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 apei în electricitate în electricitate.

Acea centrală din Elveţia, numită Bieudron, era până acum deţinătoarea parametrilor tehnici cei mai impresionanţi, având în operare cele mai puternice turbine de acţiune din lume, de 473 MW per unitate. Având trei unităţi, puterea sa totală ajunge la 1.419 MW, ceea ce face din ea cea mai puternică hidrocentrală de orice tip din Elveţia.

Foto: Hidrocentrala Bieudron din Elveţia

Hidrocentrala Bieudron din Elveţia mai are câteva recorduri mondiale la activ. Fiind construită în munţi, ea are cea mai mare cădere de nivel din lume a apei sale, de tocmai 1.883 metri! Deci, aşa cum spuneam, turbinele de acţiune au nevoie de o diferenţă mare de nivel, iar în acest caz ele o au pe cea mai mare din lume.

Şi e curios că această hidrocentrală din Elveţia a fost construită relativ mai recent, între 1993 şi 1998. E localizată în cantonul Valais şi foloseşte un debit de apă cumulat pentru cele 3 turbine de 75 metri cubi / secundă, deci 25 m3/s per turbină.

Ei bine, noua hidrocentrală chinezească e diferită în abordare, dar are şi ea nişte soluţii geniale. În primul rând, ea e construită pe cursul râului Yugu, şi foloseşte în mod genial unicitatea reliefului dintr-o zonă a acestui râu, unde există o buclă de circa 60 km lungime a râului, asemeni unui viraj la 180 de grade de circuit, care revine în aceeaşi regiune, dar la o diferenţă de nivel. Astfel, râul formează în mod natural o buclă de 60 km lungime, dar revine la doar 5,5 km (în linie dreaptă) de punctul unde începe bucla, doar că aproape 700 metri mai jos. Inginerii chinezi au ales să „scurtcircuiteze” această buclă, creând galerii care să unească punctul de start, de sus, al buclei, cu cel de jos, folosind această diferenţă de nivel de aproape 700 metri în avantajul lor, pentru a-i asigura apei căderea necesară. Desigur, o parte din debitul de apei va rămâne pe bucla originală, naturală, pentru a menţine râul într-o stare ecologică, dar un debit consistent e deviat prin galeriile noii hidrocentrale.

Foto: Schema râului şi amplasarea hidrocentralei

Ingineri chinezi au ales să folosească turbine Pelton, de acţiune, datorită acestei căderi mai, pe care au proiectat-o la 671 metri, şi a debitului relativ moderat de apă. Au trebuit să proiecteze singuri aceste turbine, întrucât în lume nu existau turbine suficient de puternice. Cei de la Harbin Electric au proiectat turbinele, ele având 6,23 metri diametru şi câte 21 de cupe. O asemenea turbină e proiectată pentru puţin peste 500 MW putere, iar acum un an nou scriam despre construcţia lor la Harbin Electric.

Ei bine, între timp ele au ajuns la hidrocentrala şi au fost montate, iar de curând au avut loc şi primele teste cu vana sferică a unităţii 1 a noii hidrocentrale. Şi ea a trebuit să fie mai mare care de obicei, din cauza specificărilor record ale hidrocentralei, de asta testele de etanşeitate erau foarte importante. Aceasta are un diametru de 2,9 metri şi poate susţine o presiune de 9 MPa. Doar o asemenea vană sferică are o greutate de 300 tone.

Aşadar, noua hidrocentrală din China va avea două turbine de acţiune, a câte 500 MW, şi va totaliza 1.000 MW putere. Suma puterilor nu va fi mai mare decât cea de la hidrocentrala Bieudron din Elveţia, însă puterea de 500 MW per turbină o depăşeşte pe cea de 423 MW din Elveţia şi-i va lua acest record mondial.

Totuşi, căderea de 671 metri a hidrocentralei Zhala din China e mult mai mică decât cei 1.883 metri din Elveţia, iar asta a făcut ca debitul necesar de apă să fie de câteva ori mai mare. Dacă în Elveţia o turbină operează cu 25 metri cubi pe secundă, în China va fi nevoie de 84,4 metri cubi pe secundă, de peste 3 ori mai mult, pentru a produce o putere cu 18% mai mare. Iar această nevoie de a procesa un debit atât de mare de apă cu o singură turbină Pelton a necesitat o proiectare foarte minuţioasă a turbinei de către chinezi.

Puterea exactă a unei asemenea turbine e de 507,5 MW, iar puterea totală a hidrocentralei e de 1.015 MW. Chinezii estimează o producţie anuală de aproape 3,95 TWh, ceea ce va servi drept o contribuţie importantă de energie regenerabilă în sistemul energetic din China. După testele de acum, mai urmează şi testele la unitatea doi, dar şi celelalte module, iar în noiembrie 2026 va demara închiderea barajului de doar 67 metri înălţime şi acumularea de apă, pentru ca în decembrie 2026 să aibă loc şi prima producţie de electricitate. Pentru chinezi, însă, cea mai mare realizare de aici e independenţa lor tehnologică, întrucât n-au apelat la companii occidentale care să le proiecte hidrocentrale sau turbinele, ci au făcut totul cu propriile forţe proiectând şi producând toate componentele esenţiale şi reuşind să depăşească şi Elveţia în această tehnologie.