Vodní turbína, přičemž nejběžnější jsou Kaplanova, Peltonova a Francisova turbína, je velký rotační stroj, který přeměňuje kinetickou a potenciální energii na hydroelektřinu. Tyto moderní ekvivalenty vodního kola se používají již více než 135 let pro průmyslovou výrobu energie a v poslední době i pro výrobu vodní energie.
K čemu se dnes používají vodní turbíny?
Vodní energie se dnes podílí 16 % na světové výrobě energie. V 19. století se vodní turbíny používaly převážně pro průmyslovou výrobu energie, než se rozšířily elektrické sítě. V současné době se používají k výrobě elektrické energie a lze je nalézt v přehradách nebo v oblastech s velkým průtokem vody.
Vzhledem k prudce rostoucí globální poptávce po energii a faktorům, jako je změna klimatu a vyčerpávání fosilních paliv, má vodní energie potenciál mít velký dopad jako forma zelené energie v celosvětovém měřítku. Vzhledem k pokračujícímu hledání ekologicky šetrných a čistých zdrojů energie by se Francisovy turbíny mohly v nadcházejících letech ukázat jako velmi populární a stále více přijímané řešení.
Jak vodní turbíny vyrábějí elektřinu?
Tlak vody vytvářený přirozeně nebo uměle tekoucí vodou slouží jako zdroj energie pro vodní turbíny. Tato energie se zachycuje a přeměňuje na vodní energii. Vodní elektrárna obvykle využívá přehradu na aktivní řece k akumulaci vody. Voda se poté postupně vypouští, protéká turbínou, otáčí ji a aktivuje generátor, který následně vyrábí elektřinu.
Jak velké jsou vodní turbíny?
Podle spádu, pod kterým pracují, lze vodní turbíny rozdělit na vysokotlaké, střední a nízkotlaké. Nízkotlaké vodní elektrárny jsou větší, protože vodní turbína musí být velká, aby dosáhla vysokého průtoku, zatímco na lopatky působí nízký tlak vody. Vodní elektrárny s vysokým spádem zase nepotřebují tak velký obvod plochy, protože se používají k získávání energie z rychleji tekoucí vody.
Tabulka vysvětlující velikost různých částí vodního energetického systému včetně vodní turbíny
Graf vysvětlující velikost různých částí vodního energetického systému včetně vodní turbíny
Níže vysvětlíme několik příkladů různých typů vodních turbín používaných pro různé aplikace a tlak vody.
Kaplanova turbína (tlaková výška 0–60 m)
Tyto turbíny jsou známé jako axiální reakční turbíny, protože mění tlak vody, která jí protéká. Kaplanova turbína se podobá vrtuli a má nastavitelné lopatky pro maximalizaci účinnosti v celém rozsahu úrovní vody a tlaku.
Schéma Kaplanovy turbíny
Peltonova turbína (tlaková výška 300–1600 m)
Peltonova turbína – nebo Peltonovo kolo – je známá jako impulsní turbína, protože získává energii z tekoucí vody. Tato turbína je vhodná pro aplikace s vysokým spádem, protože vyžaduje vysoký tlak vody k vyvíjení síly na lopatky ve tvaru lžíce, což způsobí otáčení disku a generování energie.
Peltonova turbína
Francisova turbína (tlaková výška 60–300 m)
Poslední a nejznámější vodní turbína, Francisova turbína, se podílí na výrobě 60 % světové vodní energie. Francisova turbína pracuje jako impaktní a reakční turbína se středním spádem a kombinuje koncepty axiálního a radiálního proudění. Tímto způsobem turbína vyplňuje mezeru mezi turbínami s vysokým a nízkým spádem, čímž vytváří efektivnější konstrukci a vyzývá dnešní inženýry k jejímu dalšímu zdokonalování.
Přesněji řečeno, Francisova turbína pracuje na principu proudění vody spirálovým tělesem do (statických) rozváděcích lopatek, které řídí tok vody směrem k (pohyblivým) lopatkám oběžného kola. Voda nutí oběžné kolo otáčet se kombinovaným nárazem a reakcí sil a nakonec opouští oběžné kolo sací trubicí, která odvádí proud vody do vnějšího prostředí.
Jak si vybrat konstrukci vodní turbíny?
Výběr optimální konstrukce turbíny se často omezuje na jednu věc; velikost spádu a průtoku, které máte k dispozici. Jakmile zjistíte, jaký tlak vody můžete využít, můžete se rozhodnout, zda je pro vás vhodnější uzavřená „reakční turbína“, jako je Francisova turbína, nebo otevřená „impulzní turbína“, jako je Peltonova turbína.
Schéma vodní turbíny
Nakonec můžete stanovit potřebnou rychlost otáčení vašeho navrhovaného elektrického generátoru.
Čas zveřejnění: 15. července 2022
