Vodní turbína je druh turbínového stroje v fluidních strojích. Již kolem roku 100 př. n. l. se zrodil prototyp vodní turbíny – vodní turbína. V té době bylo její hlavní funkcí pohánět stroje pro zpracování obilí a zavlažování. Vodní turbína, jako mechanické zařízení poháněné proudem vody, se vyvinula do současné vodní turbíny a její rozsah použití se také rozšířil. Kde se tedy moderní vodní turbíny převážně používají?
Vodní turbína se používá hlavně v přečerpávacích elektrárnách. Pokud je zatížení energetické soustavy nižší než základní zatížení, lze ji použít jako vodní čerpadlo k využití přebytečné kapacity výroby energie k čerpání vody z nádrže po proudu do nádrže proti proudu a k ukládání energie ve formě potenciální energie. Pokud je zatížení soustavy vyšší než základní zatížení, lze ji použít jako vodní turbínu k výrobě elektřiny pro úpravu špičkového zatížení. Čistá přečerpávací elektrárna proto nemůže zvýšit výkon energetické soustavy, ale může zlepšit provozní ekonomiku tepelných elektráren a zvýšit celkovou účinnost energetické soustavy. Od 50. let 20. století jsou přečerpávací elektrárny po celém světě široce ceněny a rychle se rozvíjely.
Přečerpávací elektrárny vyvinuté v rané fázi nebo s vysokým spádem vody většinou používají typ tří strojů, tj. skládají se z generátorového motoru, vodní turbíny a vodního čerpadla zapojených v sérii. Výhodou je, že vodní turbína a vodní čerpadlo jsou navrženy samostatně, což může mít vysokou účinnost, a směr otáčení jednotky je stejný při výrobě i čerpání, což umožňuje rychlý převod z výroby energie na čerpání nebo z čerpání na výrobu energie. Zároveň lze turbínu použít ke spouštění jednotky. Nevýhodou jsou vysoké náklady a velké investice do elektrárny.
Lopatky oběžného kola šikmé čerpací turbíny se mohou otáčet a stále zachovávají dobrý provozní výkon při změně spádu vody a zatížení. Nicméně, vzhledem k omezením hydraulických vlastností a pevnosti materiálu, byl její maximální spád na začátku 80. let 20. století pouze 136,2 m (elektrárna Kogen č. 1 v Japonsku). Pro vyšší spády vody jsou nutné Francisovy čerpací turbíny.
Přečerpávací elektrárna je vybavena horními a dolními nádržemi. Za podmínky akumulace stejné energie může zvýšení spádu snížit akumulační kapacitu, zvýšit otáčky jednotky a snížit náklady na projekt. Proto se elektrárny s vysokým spádem nad 300 metrů rychle rozvíjejí. Francisova čerpací turbína s nejvyšším vodním spádem na světě je instalována v elektrárně Beinabašta v Jugoslávii. Její výkon jednoho bloku je 315 MW a vodní spád turbíny je 600,3 metrů; čerpadlo má spád 623,1 m a otáčky 428,6 ot/min. Bylo uvedeno do provozu v roce 1977. Od 20. století se vodní jednotky vyvíjejí směrem k vysokým parametrům a velké kapacitě. S rostoucí kapacitou spalování v energetické soustavě a rozvojem jaderné energie se země po celém světě aktivně staví přečerpávací elektrárny a energetikálně rozvíjejí nebo rozšiřují velké elektrárny ve velkých vodních systémech, aby se vyřešil problém rozumného snižování špiček. Proto se čerpací turbíny rychle rozvíjejí.
Vodní turbína, jakožto energetický stroj, který přeměňuje energii proudící vody na rotační mechanickou energii, je nepostradatelnou součástí soustrojí vodní turbíny a generátoru. V dnešní době je problém ochrany životního prostředí stále závažnější. Vodní energie, metoda výroby energie využívající čistou energii, se stále více uplatňuje a propaguje. Aby se plně využily různé hydraulické zdroje, přitahují velkou pozornost také příliv a odliv, nížinné řeky s nízkým spádem a dokonce i vlny, což vede k rychlému rozvoji trubkových turbín a dalších malých jednotek.
Čas zveřejnění: 6. dubna 2022
