Dopo 13 anni di costruzione, il 20 dicembre 2022 la centrale idroelettrica di Baihetan, in Cina, è stata completamente collegata alla rete elettrica nazionale. Con i suoi 16.000 MW di capacità installata, l’impianto ha segnato il completamento del “corridoio di energia pulita” cinese, dove sei enormi centrali idroelettriche costruite lungo lo Yangtze e i suoi affluenti hanno contribuito in modo significativo allo sviluppo dell’energia pulita nel Paese. Situata nella valle del fiume Jinsha, la centrale di Baihetan è seconda solo al progetto delle Tre Gole, un impianto da 22.500 MW, che si trova 1.300 chilometri a valle lungo il corridoio. La nuova stazione è in grado di generare in media 62,443 miliardi di kWh di elettricità pulita ogni anno.

Ma a farne una centrale da record c’è dell’altro. Mentre la Diga delle Tre Gole è dotata di 32 turbine idroelettriche ciascuna da 700 MW, Baihetan dispone di sole 16 unità da 1.000 MW, che sono le più grandi del mondo.

Megaturbine

Nella produzione di energia idroelettrica su larga scala, le dimensioni delle turbine sono importanti. Utilizzare un minor numero di turbine di dimensioni maggiori consente di ridurre i costi di installazione, manutenzione e funzionamento, nonché di ottimizzare l’efficienza di conversione energetica dell’impianto. Stando alla società cinese per l’energia China Three Gorges Corporation, con un’efficienza di picco del 96,97% le turbine di Baihetan sono attualmente le più efficienti del mondo.

Progettare e costruire turbine di dimensioni inedite ha rappresentato una sfida ingegneristica notevole. L’esperienza di SKF ha svolto un ruolo importante in questo progetto, a partire dalle enormi unità a turbina, con i loro 50 metri di altezza e un peso di 8.000 tonnellate. In ogni unità, un meccanismo di guida, noto come distributore, controlla e indirizza la portata di acqua in entrata prima che questa giunga al rotore da 2.000 tonnellate nel cuore della macchina, pertanto è cruciale per la stabilità, la sicurezza, l’affidabilità e l’efficienza complessiva.

Un indicatore chiave di prestazione per il progetto del distributore è la quantità di perdite attorno ai suoi componenti mobili. Utilizzando la tecnologia delle tenute SKF, il costruttore ha ridotto a un decimo le perdite teoriche di acqua attraverso la facciata del distributore rispetto ai livelli tipici di questo tipo di macchine, dimezzando le perdite complessive.

Il meccanismo cilindrico di guida è inserito nella cassa a spirale, o voluta, dove affluisce l’acqua in entrata. La boccola di tenuta del distributore svolge un ruolo fondamentale nel prevenire le perdite di acqua in pressione e nell’impedire l’ingresso di detriti nel perno. In caso di usura della boccola si può produrre il disallineamento dei perni superiore, centrale e inferiore. Questo comporta un aumento del gioco verticale del distributore e delle perdite, che influisce notevolmente sull’efficienza di conversione dell’energia della massa d’acqua.

Per il dispositivo di tenuta è stato scelto il materiale SKF H-ECOPUR, un elastomero termoplastico poliuretanico resistente all’idrolisi, con una buona resistenza all’usura, una bassa deformazione alla compressione e un’elevata resistenza allo strappo. SKF ha fornito anche un anello di tenuta flottante con diametro 3,4 metri, realizzato in uno speciale poliuretano colato G-ECOPUR. Il materiale è particolarmente adatto per saldature in loco di tenute in due metà, poiché garantisce le stesse prestazioni delle tenute monoblocco.

Resistenza significa sicurezza

L’acqua che alimenta le turbine di Baihetan è trattenuta da una diga di cemento ad arco, a doppia curvatura, che misura 7 metri di larghezza e 289 metri di altezza. Questa gigantesca struttura, alta quanto un edificio di 100 piani, fa da sbarramento alle acque d’invaso, il cui volume è superiore a 20 miliardi di metri cubi e genera una spinta idrostatica di 16,5 milioni di tonnellate.

Utilizzare un minor numero di turbine di dimensioni maggiori consente di ridurre i costi di installazione, manutenzione e funzionamento, nonché di ottimizzare l’efficienza di conversione energetica dell’impianto

La diga è stata progettata per operare in sicurezza anche in condizioni estreme quali inondazioni catastrofiche. L’impianto di svuotamento dell’invaso è costituito da sei scarichi di superficie e sette scarichi di fondo nel corpo diga, oltre a tre sfioratori laterali sulla sponda sinistra. Il flusso attraverso la centrale idroelettrica avviene attraverso una torre di presa dotata di tre paratoie separate: una paratoia stratificata d’immissione, una paratoia per manutenzione e una paratoia di emergenza, che può abbassarsi per interrompere il flusso d’acqua in soli quattro minuti.

Quest’ultima è azionata dal meccanismo di sollevamento idraulico più grande del mondo. Con un diametro esterno di 1,19 metri e un diametro interno di 0,95 metri, il gigantesco cilindro aziona un pistone rivestito in ceramica del diametro di 0,45 metri e raggiunge una forza massima di 12.500 kN, pari a quella con cui si solleverebbero circa 800 autovetture.

A garantire il movimento e la stabilità, all’interno del cilindro ci sono speciali snodi sferici SKF di nuova generazione. Formati da un anello esterno in lega di rame con intagli per lubrificante a secco e da un anello interno in acciaio inossidabile, questi snodi si distinguono per l’elevata capacità di carico, il basso attrito, la resistenza alla corrosione, l’elevata durata di esercizio e il design compatto.

La tecnologia SKF è stata adottata anche per assicurare la tenuta del meccanismo di sollevamento, impedendo la fuoriuscita del fluido idraulico in condizioni di pressione elevata e proteggendo i componenti interni dalla corrosione e dall’usura legate alla presenza di umidità nell’area circostante. Il materiale SKF ECOPUR S SFW è stato sviluppato per i rivestimenti ceramici avanzati dello stelo del pistone del meccanismo di sollevamento. Si tratta di un materiale con eccellenti proprietà antiattrito e antislittamento, perdite estremamente ridotte e capacità di adattarsi a rugosità superficiali più elevate rispetto ai materiali tradizionali. Per il meccanismo di sollevamento SKF ha inoltre fornito una soluzione completa di cilindri idraulici con tenute Chevron, raschiatori e anelli guida.

Sicura, economica, rinnovabile e pulita: l’energia idroelettrica ha assunto un ruolo cruciale nello sviluppo energetico della Cina. Per ciascuna delle 16 megaturbine della nuova centrale di Baihetan ci sono più di 1 milione di componenti; il solo distributore ne ha 7.300. Le tenute SKF non sono che un piccolo componente, ma svolgono un ruolo fondamentale per assicurare l’efficienza dell’unità. Allo stesso modo, i sistemi di tenuta e gli snodi sferici SKF impiegati per il meccanismo di sollevamento sono fondamentali per garantire il costante controllo dell’enorme potenza del secondo impianto idroelettrico più grande del mondo.