En vandturbine, hvor Kaplan-, Pelton- og Francis-turbinerne er de mest almindelige, er en stor roterende maskine, der omdanner kinetisk og potentiel energi til vandkraft. Disse moderne ækvivalenter til vandhjulet har været brugt i over 135 år til industriel kraftproduktion og for nylig også til vandkraftproduktion.
Hvad bruges vandturbiner til i dag?
I dag bidrager vandkraft til 16% af verdens elproduktion. I det 19. århundrede blev vandturbiner overvejende brugt til industriel energi, før elnet blev udbredt. I dag bruges de til elproduktion og kan findes i dæmninger eller områder, hvor der forekommer kraftig vandgennemstrømning.
Med en hastigt stigende global energiefterspørgsel og faktorer som klimaforandringer og udtømning af fossile brændstoffer har vandkraft potentiale til at få en stor indflydelse som en form for grøn energi på verdensplan. I takt med at søgen efter miljøvenlige og rene energikilder fortsætter, kan Francis-turbiner vise sig at blive en meget populær og i stigende grad anvendt løsning i de kommende år.
Hvordan genererer vandturbiner elektricitet?
Vandtryk skabt af naturligt eller kunstigt strømmende vand fungerer som energikilde for vandturbiner. Denne energi opfanges og omdannes til vandkraft. Et vandkraftværk bruger generelt en dæmning i en aktiv flod til at opbevare vand. Vandet frigives derefter i trin, strømmer gennem turbinen, roterer den og aktiverer en generator, der derefter producerer elektricitet.
Hvor store er vandturbiner?
Baseret på den trykhøjde, de opererer under, kan vandturbiner klassificeres i høj, mellem og lav trykhøjde. Vandkraftanlæg med lav trykhøjde er større, da vandturbinen skal være stor for at opnå en høj flowhastighed, mens der påføres lavt vandtryk på tværs af vingerne. Til gengæld behøver vandkraftanlæg med høj trykhøjde ikke en så stor overfladeomkreds, da de bruges til at udnytte energi fra hurtigere strømmende vandkilder.
Diagram, der forklarer størrelsen af de forskellige dele af vandkraftsystemet, inklusive vandturbinen
Et diagram, der forklarer størrelsen af de forskellige dele af vandkraftsystemet, inklusive vandturbinen
Nedenfor vil vi forklare et par eksempler på forskellige typer vandturbiner, der anvendes til forskellige anvendelser og vandtryk.
Kaplan-turbine (0-60 m trykhøjde)
Disse turbiner er kendt som aksialstrømningsreaktionsturbiner, da de ændrer trykket i vandet, når det strømmer gennem den. Kaplan-turbinen ligner en propel og har justerbare blade for at maksimere effektiviteten over en række vand- og trykniveauer.
Et Kaplan-turbinediagram
Pelton-turbine (300m-1600m trykhøjde)
Pelton-turbinen – eller Pelton-hjulet – er kendt som en impulsturbine, da den udvinder energi fra strømmende vand. Denne turbine er velegnet til applikationer med høj løftehøjde, da den kræver et højt vandtryk for at påføre kraft på de skeformede spande og få skiven til at rotere og generere strøm.
Pelton-turbine
Francis-turbine (60-300 m trykhøjde)
Den sidste og mest berømte vandturbine, Francis-turbinen, tegner sig for 60% af verdens vandkraft. Francis-turbinen fungerer som en slag- og reaktionsturbine, der opererer ved en mellemhøjde og en mellemhøjde, og kombinerer aksial- og radialstrømningskoncepter. Ved at gøre dette udfylder turbinen hullet mellem turbiner med høj og lav højde, hvilket skaber et mere effektivt design og udfordrer ingeniører i dag til yderligere at forbedre det.
Mere specifikt fungerer en Francis-turbine ved, at vand strømmer gennem et spiralformet hus ind i (statiske) ledeskinner, der styrer vandstrømmen mod de (bevægelige) løbeblade. Vand tvinger løberen til at rotere på grund af den kombinerede påvirkning og reaktion af kræfter, og forlader endelig løberen gennem et sugerør, der udleder vandstrømmen til det ydre miljø.
Hvordan vælger jeg et design til en vandturbine?
Valget af det optimale turbinedesign afhænger ofte af én ting: mængden af trykhøjde og flowhastighed, der er tilgængelig for dig. Når du har fastslået, hvilken slags vandtryk du kan udnytte, kan du beslutte, om et lukket "reaktionsturbinedesign" som Francis-turbinen eller et åbent "impulsturbinedesign" som Pelton-turbinen er et bedre valg.
Vandturbinediagram
Endelig kan du bestemme den nødvendige rotationshastighed for din foreslåede elektriske generator.
Opslagstidspunkt: 15. juli 2022
