Vodna turbina, među kojima su najčešće Kaplanova, Peltonova i Francisova turbina, je velika rotacijska mašina koja pretvara kinetičku i potencijalnu energiju u hidroelektričnu energiju. Ovi moderni ekvivalenti vodenog točka koriste se više od 135 godina za industrijsku proizvodnju energije, a u novije vrijeme i za proizvodnju hidroenergije.
Za šta se danas koriste vodne turbine?
Danas hidroenergija doprinosi sa 16% svjetske proizvodnje energije. U 19. vijeku, vodne turbine su se pretežno koristile za industrijsku energiju prije nego što su električne mreže postale široko rasprostranjene. Trenutno se koriste za proizvodnju električne energije i mogu se naći u branama ili područjima gdje se javlja jak protok vode.
S obzirom na brzi rast globalne potražnje za energijom i faktore poput klimatskih promjena i iscrpljivanja fosilnih goriva, hidroelektrana ima potencijal da ostvari veliki utjecaj kao oblik zelene energije na svjetskoj razini. Kako se potraga za ekološki prihvatljivim i čistim izvorima energije nastavlja, Francisove turbine bi se mogle pokazati kao vrlo popularno i sve više prihvaćeno rješenje u narednim godinama.
Kako vodene turbine proizvode električnu energiju?
Pritisak vode stvoren prirodnim ili vještačkim tokom vode postoji kao izvor energije za vodne turbine. Ova energija se hvata i pretvara u hidroelektričnu energiju. Hidroelektrana obično koristi branu na aktivnoj rijeci za skladištenje vode. Voda se zatim ispušta u postepenim intervalima, teče kroz turbinu, okreće je i aktivira generator koji zatim proizvodi električnu energiju.
Koliko su velike vodene turbine?
Na osnovu pada pod kojim rade, vodne turbine se mogu podijeliti na visoke, srednje i niske. Hidroenergetski sistemi s niskim padom su veći, jer vodna turbina mora biti velika da bi postigla visok protok, dok se nizak pritisak vode primjenjuje na lopatice. S druge strane, hidroenergetski sistemi s visokim padom ne zahtijevaju tako veliki obim površine, jer se koriste za iskorištavanje energije iz brže tekućih izvora vode.
Grafikon koji objašnjava veličinu različitih dijelova hidroenergetskog sistema, uključujući vodenu turbinu
Grafikon koji objašnjava veličinu različitih dijelova hidroenergetskog sistema, uključujući i vodenu turbinu
U nastavku ćemo objasniti nekoliko primjera različitih tipova vodnih turbina koje se koriste za različite primjene i pritisak vode.
Kaplan turbina (0-60 m pritiska)
Ove turbine su poznate kao aksijalne reakcijske turbine, jer mijenjaju pritisak vode dok ona protiče kroz njih. Kaplanova turbina podsjeća na propeler i ima podesive lopatice kako bi se maksimizirala efikasnost u rasponu nivoa vode i pritiska.
Dijagram Kaplanove turbine
Peltonova turbina (300m-1600m pritiska)
Peltonova turbina - ili Peltonov točak - poznata je kao impulsna turbina, jer izvlači energiju iz vode u pokretu. Ova turbina je pogodna za primjene s visokim tlakom, jer zahtijeva visok tlak vode kako bi se primijenila sila na žlicaste lopatice i uzrokovalo rotiranje diska i generiranje energije.
Peltonova turbina
Francisova turbina (pod pritiskom od 60 m do 300 m)
Posljednja i najpoznatija vodna turbina, Francisova turbina, čini 60% svjetske hidroenergije. Radeći kao udarna i reaktivna turbina koja radi na srednjem padu, Francisova turbina kombinira koncepte aksijalnog i radijalnog protoka. Na taj način turbina popunjava prazninu između turbina s visokim i niskim padom, stvarajući efikasniji dizajn i izazivajući današnje inženjere da ga dalje poboljšavaju.
Preciznije, Francisova turbina radi tako što voda teče kroz spiralno kućište u (statičke) vodeće lopatice koje kontrolišu protok vode prema (pokretnim) lopaticama rotora. Voda prisiljava rotor da se okreće kombinovanim udarom i reakcijom sila, te konačno izlazi iz rotora kroz odvodnu cijev koja ispušta protok vode u vanjsku okolinu.
Kako da odaberem dizajn vodene turbine?
Izbor optimalnog dizajna turbine često se svodi na jednu stvar; količinu pritiska i protoka koji su vam dostupni. Nakon što utvrdite kakav pritisak vode možete iskoristiti, možete odlučiti da li vam bolje odgovara zatvoreni "dizajn reakcijske turbine" poput Francisove turbine ili otvoreni "dizajn impulsne turbine", poput Peltonove turbine.
Dijagram vodene turbine
Konačno, možete utvrditi potrebnu brzinu rotacije vašeg predloženog električnog generatora.
Vrijeme objave: 15. jul 2022.
