'n Waterturbine, met die Kaplan-, Pelton- en Francis-turbines as die algemeenste, is 'n groot roterende masjien wat kinetiese en potensiële energie in hidro-elektrisiteit omskakel. Hierdie moderne ekwivalente van die waterwiel word al meer as 135 jaar gebruik vir industriële kragopwekking, en meer onlangs vir hidrokragopwekking.
Waarvoor word waterturbines vandag gebruik?
Vandag dra hidrokrag by tot 16% van die wêreld se kragopwekking. In die 19de eeu is waterturbines hoofsaaklik vir industriële krag gebruik voordat elektriese netwerke wydverspreid geword het. Tans word hulle vir elektriese kragopwekking gebruik en kan hulle gevind word in damme of gebiede waar swaar watervloei voorkom.
Met die vinnig stygende wêreldwye energievraag en faktore soos klimaatsverandering en die uitputting van fossielbrandstowwe, het hidro-elektrisiteit die potensiaal om 'n groot impak te maak as 'n vorm van groen energie op 'n wêreldwye skaal. Namate die soeke na omgewingsvriendelike en skoon kragbronne voortduur, kan Francis-turbines in die komende jare 'n baie gewilde en toenemend aanvaarde oplossing wees.
Hoe genereer waterturbines elektrisiteit?
Waterdruk wat geskep word deur natuurlik of kunsmatig vloeiende water, bestaan as die energiebron vir waterturbines. Hierdie energie word vasgevang en omgeskakel in hidroëlektriese krag. 'n Hidrokragsentrale sal gewoonlik 'n dam op 'n aktiewe rivier gebruik om water te stoor. Die water word dan in inkremente vrygestel, deur die turbine vloei, dit draai en 'n kragopwekker aktiveer wat dan elektrisiteit opwek.
Hoe groot is waterturbines?
Gebaseer op die drukhoogte waaronder hulle werk, kan waterturbines geklassifiseer word in hoë, medium en lae drukhoogte. Lae-drukhoogte hidrokragstelsels is groter, aangesien die waterturbine groot moet wees om 'n hoë vloeitempo te bereik terwyl lae waterdruk oor die lemme toegepas word. Op hul beurt benodig hoë-drukhoogte hidrokragstelsels nie so 'n groot oppervlakomtrek nie, aangesien hulle gebruik word om energie uit vinniger bewegende waterbronne te benut.
Grafiek wat die grootte van die verskillende dele van die hidrokragstelsel, insluitend die waterturbine, verduidelik
'n Grafiek wat die grootte van die verskillende dele van die hidrokragstelsel, insluitend die waterturbine, verduidelik
Hieronder sal ons 'n paar voorbeelde van verskillende tipes waterturbines verduidelik wat vir verskillende toepassings en waterdruk gebruik word.
Kaplan-turbine (0-60m drukhoogte)
Hierdie turbines staan bekend as aksiale vloei-reaksieturbines, aangesien hulle die druk van die water verander soos dit daardeur vloei. Die Kaplan-turbine lyk soos 'n skroef en beskik oor verstelbare lemme om doeltreffendheid oor 'n reeks water- en drukvlakke te maksimeer.
'n Kaplan-turbinediagram
Pelton-turbine (300m-1600m drukhoogte)
Die Pelton-turbine – of Pelton-wiel – staan bekend as 'n impulsturbine, een wat energie uit bewegende water onttrek. Hierdie turbine is geskik vir hoë druktoepassings, aangesien dit 'n hoë hoeveelheid waterdruk benodig om krag op die lepelvormige emmers toe te pas en die skyf te laat roteer en krag op te wek.
Pelton-turbine
Francis-turbine (60m-300m drukhoogte)
Die laaste en bekendste waterturbine, die Francis-turbine, is verantwoordelik vir 60% van die wêreld se hidrokrag. Die Francis-turbine, wat werk as 'n impak- en reaksieturbine wat teen 'n medium drukhoogte werk, kombineer aksiale en radiale vloeikonsepte. Deur dit te doen, vul die turbine die gaping tussen hoë- en laedrukturbines, wat 'n meer doeltreffende ontwerp skep en ingenieurs vandag uitdaag om dit verder te verbeter.
Meer spesifiek, 'n Francis-turbine werk deur water wat deur 'n spiraalvormige omhulsel in (statiese) geleidingsvlekke vloei wat die vloei van die water na die (bewegende) loperlemme beheer. Water dwing die loper om te roteer deur die gekombineerde impak en reaksie van kragte, en verlaat uiteindelik die loper deur 'n trekpyp wat die watervloei in die eksterne omgewing afvoer.
Hoe kies ek 'n waterturbine-ontwerp?
Die keuse van die optimale turbine-ontwerp kom dikwels neer op een ding: die hoeveelheid druk en vloeitempo wat vir jou beskikbaar is. Sodra jy vasgestel het watter soort waterdruk jy kan benut, kan jy besluit of 'n geslote "reaksieturbine-ontwerp" soos die Francis-turbine of 'n oop "impulsturbine-ontwerp", soos die Pelton-turbine, beter pas.
Waterturbinediagram
Laastens kan jy die nodige rotasiespoed van jou voorgestelde elektriese kragopwekker vasstel.
Plasingstyd: 15 Julie 2022
