Nola funtzionatzen duten Lurreko Presek Ura Energia Biltegiratzeko
Lurrezko presak uraren kudeaketan azpiegitura ohikoenetakoak dira, batez ere ureztatzeko, ur gordinaren hornikuntzarako, uholdeen kontrolarako eta energia sortzeko. Lurrezko materialez osatuta daudelako askotan "sinpleak" direla ikusten den arren, lurrezko presaren funtzioa oso konplexua da. Ingeniaritza geotekniko eta hidrologikoaren printzipio zorrotzak erabiltzen dituzte epe luzerako ur-presioari aurre egiteko. Energiaren testuinguruan, lurrezko presak funtsezko zeregina dute "bateria" natural gisa, uraren energia potentziala gordetzen baitute, eta gero turbinen bidez elektrizitate bihur daiteke. Artikulu honek aztertzen du nola funtzionatzen duten lurrezko presak ura energia lortzeko gordetzeko, nola funtzionatzen duten ikuspegi tekniko batetik, eskuragarri izaten jarraitzen duten bitartean.
1. Zer da lur-presa bat?
Lur betegarriko presa bat lur trinkotuz osatuta dagoen presa bat da, askotan harri betegarriarekin eta nukleo iragazgaitz batekin konbinatuta. Hormigoizko presak ez bezala, zeinak hormigoiaren erresistentzian oinarritzen baitira uraren karga jasateko, lur betegarriko presak masa handian, maldaren egonkortasunean eta barneko iragazgaiztasunean oinarritzen dira gehiegizko iragazketa saihesteko.
Lurrezko presak aukeratzen dira askotan, lehengaiak nahiko erraz eskuragarri daudelako tokian bertan, eraikuntza-kostuak txikiagoak izan daitezkeelako eta lur-oinarridun haran zabaletarako egokiak direlako. Hala ere, lurzorua iragazkorra denez eta ur-edukiaren arabera portaera alda dezakeenez, haren diseinuak eta kudeaketak diziplina zorrotza behar dute.
2. Oinarrizko printzipioa: uraren energia potentziala biltegiratzea
Presen eta energiaren arteko harremanaren gakoa energia potentzial grabitatorioaren kontzeptuan datza. Urtegi batean altuera jakin batean dagoen urak energia gordetzen du. Zenbat eta ur-maila handiagoa izan turbinarekiko (zenbat eta handiagoa izan "gora" edo erorketa-altuera), orduan eta energia gehiago aprobetxatu daiteke.
Zentral hidroelektriko batean (ZHE), urtegi batean biltegiratutako ura hodi-konduktu baten bidez turbina batera bideratzen da. Turbinak uraren energia zinetikoa energia mekaniko birakari bihurtzen du, eta gero energia hori elektrizitate bihurtzen du sorgailu batek. Eskema honetan, lurrezko presa batek uraren bolumena eta uraren maila mantentzen ditu energia-hornidura egonkorra bermatzeko.
Eskala handiko zentral hidroelektrikoetan, presa baten presentzia ez da "euskarri-horma" bat soilik, baizik eta uraren erabilgarritasuna urtaroetan zehar erregulatzeko tresna bat; adibidez, eurite-sasoian ura biltegiratzea, ibaiaren emaria gutxitzen denean sasoi lehorrean erabiltzeko.
3. Lurrezko presaren egitura nagusia
Uraren presioari eutsi eta egonkor mantentzeko, lur-presek, oro har, hainbat osagai garrantzitsu izaten dituzte:
a) Nukleo estua
Nukleoa da ura presa-gorputzean zehar iragaztea eragozteko osagairik garrantzitsuena. Nukleoa buztinezkoa izan daiteke, eta horrek iragazkortasun txikia du. Buztina oso iragazgaitza denez, iragazketa-tasa murrizten du, eta horrek, tratatzen ez bada, barne-higadura eragin dezake.
Nukleoa normalean presaren erdian (erdiko nukleoa) edo goiko aldean (goiko nukleoa) kokatzen da, diseinuaren arabera. Nukleoaren presentziak lurrezko presa bat lur-muino bat baino gehiago bihurtzen du, baizik eta bere funtzio propioak dituen geruza-sistema bat.
b) Trantsizio-eremua eta iragazkia
Nukleo iragazgaitzaren ondoan iragazki-eremuak eta trantsizio-eremuak egoten dira normalean. Hauek material mailakatuen geruzak dira (ale finetatik lodietara) eta honako hauek egiteko balio dute:
– partikula finak harrapatzeko, iragazketa-fluxuak eraman ez ditzan,
– hodien arriskua murriztea (presaren barruan higadura-hodien eraketa),
– poro-presioa murrizten du eta iragazketa-fluxua segurtasunez zuzentzen du.
Iragazki ona geotekniako "segurtasun-sare" bat da: ur kantitate jakin bat igarotzen uzten du, baina lurzoruko partikulak eramatea eragozten du.
c) Goiko eta beheko euskarri-gorputzak (oskolak)
Maskorra da presaren masa nagusia, egonkortasuna emanez. Atal hau normalean lur pikortsuagoz edo lur-arroka nahasketa trinkotu batez eraikitzen da. Maskorra ur-kargaren, lurrikararen bibrazioen edo ur-edukiaren aldaketen ondorioz goiko eta beheko maldak erortzea saihesteko diseinatuta dago.
d) Drainatzea eta behatz-drenatzea
Behe-ibaian, drainatze-sistemak instalatzen dira askotan iragazki-ura biltzeko eta modu kontrolatuan kanporatzeko. Drainatzea garrantzitsua da honetarako:
– presa-gorputzeko ur-maila jaistea,
– lurzoruaren erresistentzia ahuldu dezakeen poro-uraren presioa murriztea,
– iragazkortasuna kontrolatzea errazten du.
e) Malda babestea (lur-eremua)
Urtegiaren olatuek jasaten dituzten goiko maldak normalean harri-zuloekin estalita egoten dira higadura saihesteko. Beheko maldak belarrez edo bestelako gainazal-babesekin babestu daitezke euriak eragindako higadura saihesteko.
4. Nola eusten dute lurrezko presak ura “ihes” arriskutsurik gabe?
Lurrezko presarik ez dago iragazkietatik guztiz libre. Iragazki kantitate txikiak normalak eta onargarriak dira. Arriskutsua dena lurzoruko partikulak eramaten dituen eta barneko higadura-bideak (hodiak) sortzen dituen kontrolatu gabeko iragazkia da. Hodiak dira presaren hausturaren kausa larrienetako bat.
Seguru egoteko, lur-presak hiru ikuspegi nagusirekin diseinatzen dira:
1. Iragazkortasun txikiko nukleo baten bidezko fluxua inhibitzen du.
2. Kontrolatu emaria iragazki eta hustubideekin, iragazketa-ura “planifikatutako” bidetik mugi dadin eta materiala higatu ez dezan.
3. Ziurtatu egonkortasuna trinkotze egokiarekin, malda seguruarekin eta materialen kalitatearen kontrolarekin.
Trinkotzeak zeregin garrantzitsua du. Lurzorua geruzaka betetzen da, eta gero makina astunekin trinkotzen da behar den dentsitatea lortu arte. Trinkotze onak hutsuneak murrizten ditu, erresistentzia handitzen du eta iragazkortasuna gutxitzen du.
5. Energia sortzeko sistema bateko lurrezko presa baten funtzionamendu prozesua
Energia hidroelektrikoko sistema batean, lurrezko presa batek ez du ura atxikitzen bakarrik, energia erregulatzen ere badu. Hona hemen lan-fluxu sinplifikatua:
1. Uraren harrapaketa (sarrera)
Ibai eta ibaiadarretatik datorren ura urtegira isurtzen da. Bolumen hori prezipitazioen, arro hidrografikoen baldintzen eta urtaroaren araberakoa da.
2. Biltegiratzea
Urtegiek ura gordetzen dute erreserba bat osatzeko. Emari ugari dagoenean, presak ura "aurrezten" du. Erreserba hau oso baliotsua da elektrizitate-eskaria handitzen den garaian edo urtaro lehorretan.
3. Ur-mailaren eta isurketaren erregulazioa
Operadoreak hodi-konduktuaren sarrerako irekidura kontrolatzen du, turbinara doan emaria potentzia-eskariarekin eta funtzionamendu-mugekin bat etor dadin. Altueraren kontzeptua funtsezkoa da hemen: uraren maila gehiegi jaisten bada, eraginkortasuna eta potentzia elektrikoa gutxitzen dira.
4. Energiaren bihurketa turbina-sorgailuan
Presiopeko ura turbinara isurtzen da, turbinaren palak biratzen ditu eta sorgailuaren bidez elektrizitatea sortzen du.
5. Uraren askapena (irteera)
Turbinatik igaro ondoren, ura ibaira itzultzen da. Horrela, uraren energia "erabiltzen da", ez bere masa "erabiltzen" dena, nahiz eta lurrunketaren eta beste behar batzuen ondorioz galerak gertatzen diren.
6. Isurketa-hodia: segurtasuna uholdeetan
Lurrezko presak segurtasun-osagai gisa isurbideen menpe daude neurri handi batean. Isurbideek uholdeetan soberako ura isurtzen uzten dute, urtegia presaren gailurretik gainezka ez dadin.
Hau funtsezkoa da, gainezka egiteak (presaren gailurretik gainezka egiten duen ura) lurrezko presaren gorputza azkar higatu eta haustura eragin dezakeelako. Beraz, isurketak normalean hormigoiz edo higaduraren aurkako egiturez eraikitzen dira, eta haien edukiera diseinuko uholdearen arabera kalkulatzen da.
Energiaren testuinguruan, isurbideek zentral hidroelektrikoen funtzionamendu segurua mantentzen ere laguntzen dute. Sarrerako emaria handiegia bada, uraren zati bat isurbidetik isuri daiteke turbinatik igaro gabe, turbina-sistemak isurketa eta funtzionamendu-presio mugak baititu.
7. Lur-urak energia lortzeko erabiltzearen erronkak
Eraginkorrak diren arren, lur-presek hainbat arazo dituzte:
– Urtegiaren sedimentazioa: ibaian gora datozen lokatzak eta harea finkatzen dira, urtegiaren bolumena murriztuz, eta energia-erreserbak urtez urte gutxituz.
– Klima-aldaketa eta prezipitazio-ereduak: isurketaren ziurgabetasunak funtzionamendu-plangintza eta energia-proiekzioak konplexuagoak bihurtzen ditu.
– Malden egonkortasuna: ur-mailaren gorabehera azkarrek goiko malden egonkortasunari eragin diezaiokete (beheratze azkarra).
– Lurrikarak: eremu sismikoek diseinu bereziak behar dituzte likuefakzioa eta gehiegizko deformazioa saihesteko.
– Mantentze-lanak eta monitorizazioa: piezometroak, iragazketa-neurgailuak eta deformazio-behaketak bezalako tresnak aldizka egin behar dira arrisku-seinaleak goiz detektatzeko.
8. Ondorioa
Lurrezko presak adibide bat dira nola material sinpleak azpiegitura teknologiko bihur daitezkeen diseinu egoki baten bidez. Energia sortzeko, lurrezko presak uraren energia potentzialaren biltegi gisa jokatzen dute, uraren bolumena eta altuera erregulatuz, turbinek behar den moduan funtziona dezaten. Haien fidagarritasuna nukleo iragazgaitz baten, iragazki eta drainatze sistema baten, trinkotze egoki baten eta presa uholde handietatik babesteko gai den isurketa-hodi baten menpe dago.
"Ur-biltegiak" baino gehiago, lurrezko presak segurtasuna, energia-beharrak eta ur-baliabideen kudeaketa orekatzen dituzten diseinatutako sistemak dira. Plangintza zainduarekin, funtzionamendu diziplinatuarekin eta etengabeko mantentze-lanekin, lurrezko presak epe luzerako energia garbiaren hornidura lagun dezakete.
