Moltiplicatore di velocità

Quando la turbina ed il generatore girano alla stessa velocità e possono essere installati assialmente, si raccomanda l'accoppiamento diretto, che evita le perdite meccaniche e minimizza le manutenzioni. In geenerale, soprattutto con turbine di piccola potenza, le ruote girano a meno di 400 rpm e ciò comporta l'obbligo di ricorrere ad un moltiplicatore per raggiungere i 700-1500 rpm degli alternatori standard. Questa soluzione è più economica, nell'ambito dei piccoli impianti, rispetto a quella di adottare un geenratore speciale accoppiato alla turbina.

 

Pompe

Operando il processo inverso delle turbine, le pompe consentono di trasformare l'energia con cui sono azionate in energia potenziale idraulica sollevando l'acqua a un livello superiore a quello di alimentazione. Esistono varie tipologie di pompe, ma solo quelle centrifughe vengono usate negli imianti idroelettrici ad accumulazione per pompaggio.

Negli altri tipi di impianti le pompe non sono degli elementi essenziali della centrale e possono anche non essere presenti. Le pompe centrifughe possono vedersi come turbine idrauliche a reazione, di tipo Francis, con senso di rotazione invertito; si hanno anche qui due organi, uno mobile, la girante e l'altro fisso, il distributore, che nelle pompe prende il nome di diffusore.

L'acqua entra nella girante in prossimità dell'albero, è spinta alla periferia della ruota da cui esce dotata di velocità e pressione ed imbocca poi il diffusore che ha il compito di trasformare l'energia cinetica di uscita dalla girante in energia potenziale di pressione. Attualmente il massimo salto o prevalenza che può essere superato con una sola girante si aggira sui 300-350m; in caso di prevalenze superiori si costruiscono pompe a più giranti calettate su di uno stesso albero motore o multistadio.

 

Generatori

Il generatore ha la funzione di trasformare in energia elettrica l'energia meccanica (di rotazione) trasmessa dalla turbina. In origine si usavano generatori a corrente continua (dinamo), attualmente si usano generatori a corrente alternata trifase. In funzione della rete che si deve alimentare il progettista può scegliere tra:

Alternatori sincroni

Generano energia alla stessa tensione, frequenza ed angolo di fase della rete grazia ad un apparato di eccitazione associato ad un regolatore di tensione. Possono anche funzionare staccati dalla rete (in isola). Sono più costosi rispetto agli asincroni e si utilizzano per alimentare piccole reti, nelle quali la potenza del generatore rappresenta una porzione sostanziale del carico del sistema o in tutti i casi in cui la potenza della turbina sia elevata.

Alternatori asincroni

Sono semplici motori ad induzione, senza possibilità di regolazione della tensione. Girano ad una velocità direttamente rapportata alla frequenza della rete cui sono collegati. Dalla rete assorbono la corrente di eccitazione e l'energia reattiva necessaria alla propria magnetizzazione; non possono geenerare corrente se scollegati dalla rete perchè non sono in grado di provvedere alla propria corrente di eccitazione. Si usano in grandi reti, nelle quali la loro potenza rappresenta una percentuale trascurabile del carico di sistema; hanno un rendimento inferiore rispetto ai generatori sincroni.

 

Quadri di controllo e di potenza

In tutte le nazioni, le norme per l'erogazione d'elettricità obbligano le società di distribuzione a mantenere, entro limiti molto stretti, la sicurezza e la qualità del servizio. Il produttore indipendente, se la centrale è collegata alla rete, deve gestirla in modo che il distributore possa rispettare questi obblighi. Per questo tra i morsetti del generatore e la linea si installano dispositivi che controllando il funzionamento della macchina, la proteggono, la mettono in parallelo con la rete o la staccano dalla stessa in caso di guasto. Il controllo si realizza mediante apparati più o meno sofisticati che misurano la tensione, l'intensità e la frequenza della corrente in ognuna delle tre fasi, l'energia prodotta dal generatore, il fattore di potenza ed eventualmente il livello dell'acqua nella camera di carico. La tensione e l'intensità di corrente si misurano mediante trasformatori di misura.

 

Quadri d'automazione

La maggior parte delle piccole centrali lavora senza presidio permanente di personale e funziona mediante un sistema automatico di controllo. Esistono dei requisiti generali che devono essere soddisfatti: tutti gli equipaggiamenti devono essere dotati di controlli manuali e misure, indipendenti dal controllo automatico, da usarsi solamente per l'avviamento iniziale dell'impianto e per le operazioni di manutenzione; il sistema deve includere i dispositivi necessari per individuare il funzionamento difettoso; i dati di funzionamento devono essere registrati; il sistema di controllo deve essere tale da permettere il funzionamento della centrale senza personale; si deve poter accedere al sistema di controllo da un punto remoto e poterne prendere il controllo.

Curiosità

I sistemi di controllo automatico contribuiscono ad aumentare la disponibilità della centrale ed a far lavorare le turbine con un rendimento migliore, producendo così più kWh con il medesimo volume d'acqua usato.

 

Trasformatore

Il trasformatore è quell'elemento che si interpone tra la centrale e la rete elettrica; ha la funzione di variare la tensione della corrente in uscita dall'alternatore, in particolare di portare la corrente dalla tensione di uscita del generatore a quella (alta o media tensione, ad esempio 132 kV), della linea elettrica.
Il trasporto della corrente elettrica avviene infatti ad alta tensione per ridurre le perdite per effetto Joule lungo la linea.

 

Organi di scarico

Sono costituite da un canale a pelo libero o da una condotta in pressione che restituisce la portata d'acqua utilizzata al corso d'acqua, portando l'acqua dalla centrale al corso d'acqua.