Ένας υδροστρόβιλος, με τις πιο συνηθισμένες να είναι οι στρόβιλοι Kaplan, Pelton και Francis, είναι μια μεγάλη περιστροφική μηχανή που λειτουργεί για να μετατρέψει την κινητική και τη δυναμική ενέργεια σε υδροηλεκτρική ενέργεια. Αυτά τα σύγχρονα ισοδύναμα του υδραυλικού τροχού χρησιμοποιούνται για πάνω από 135 χρόνια για την παραγωγή βιομηχανικής ενέργειας και, πιο πρόσφατα, για την παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας.
Σε τι χρησιμοποιούνται οι υδροστρόβιλοι σήμερα;
Σήμερα, η υδροηλεκτρική ενέργεια συμβάλλει στο 16% της παγκόσμιας παραγωγής ενέργειας. Τον 19ο αιώνα, οι υδροστρόβιλοι χρησιμοποιούνταν κυρίως για βιομηχανική ενέργεια, προτού διαδοθούν ευρέως τα ηλεκτρικά δίκτυα. Σήμερα, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και μπορούν να βρεθούν σε φράγματα ή σε περιοχές όπου υπάρχει έντονη ροή νερού.
Με την παγκόσμια ζήτηση ενέργειας να αυξάνεται ραγδαία και παράγοντες όπως η κλιματική αλλαγή και η εξάντληση των ορυκτών καυσίμων, η υδροηλεκτρική ενέργεια έχει τη δυνατότητα να έχει μεγάλο αντίκτυπο ως μορφή πράσινης ενέργειας σε παγκόσμια κλίμακα. Καθώς η αναζήτηση για φιλικές προς το περιβάλλον και καθαρές πηγές ενέργειας συνεχίζεται, οι τουρμπίνες Francis θα μπορούσαν να αποδειχθούν μια πολύ δημοφιλής και ολοένα και πιο υιοθετούμενη λύση τα επόμενα χρόνια.
Πώς παράγουν ηλεκτρική ενέργεια οι υδροστρόβιλοι;
Η πίεση του νερού που δημιουργείται από φυσικά ή τεχνητά ρέοντα νερά αποτελεί την πηγή ενέργειας για τους υδροστροβίλους. Αυτή η ενέργεια δεσμεύεται και μετατρέπεται σε υδροηλεκτρική ενέργεια. Ένας υδροηλεκτρικός σταθμός γενικά χρησιμοποιεί ένα φράγμα σε ένα ενεργό ποτάμι για την αποθήκευση νερού. Το νερό στη συνέχεια απελευθερώνεται σταδιακά, ρέοντας μέσα από τον στρόβιλο, περιστρέφοντάς τον και ενεργοποιώντας μια γεννήτρια που στη συνέχεια παράγει ηλεκτρική ενέργεια.
Πόσο μεγάλες είναι οι υδροστρόβιλοι;
Με βάση το ύψος πτώσης κάτω από το οποίο λειτουργούν, οι υδροστρόβιλοι μπορούν να ταξινομηθούν σε υψηλό, μεσαίο και χαμηλό ύψος πτώσης. Τα υδροηλεκτρικά συστήματα χαμηλού ύψους πτώσης είναι μεγαλύτερα, καθώς ο υδροστρόβιλος πρέπει να είναι μεγάλος για να επιτύχει υψηλό ρυθμό ροής, ενώ εφαρμόζεται χαμηλή πίεση νερού στα πτερύγια. Με τη σειρά τους, τα υδροηλεκτρικά συστήματα υψηλού ύψους πτώσης δεν χρειάζονται τόσο μεγάλη περιφέρεια επιφάνειας, καθώς χρησιμοποιούνται για την αξιοποίηση ενέργειας από ταχύτερα κινούμενες πηγές νερού.
Διάγραμμα που εξηγεί το μέγεθος των διαφόρων μερών του υδροηλεκτρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του υδροστροβίλου
Ένα διάγραμμα που εξηγεί το μέγεθος των διαφόρων μερών του υδροηλεκτρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του υδροστροβίλου
Παρακάτω, θα εξηγήσουμε μερικά παραδείγματα διαφορετικών τύπων υδροστροβίλων που χρησιμοποιούνται για διαφορετικές εφαρμογές και πίεση νερού.
Στροβιλοφόρος Kaplan (Υψομετρική διαφορά 0-60m)
Αυτές οι τουρμπίνες είναι γνωστές ως αξονικές τουρμπίνες αντίδρασης ροής, καθώς αλλάζουν την πίεση του νερού καθώς ρέει μέσα από αυτήν. Η τουρμπίνα Kaplan μοιάζει με έλικα και διαθέτει ρυθμιζόμενα πτερύγια για μεγιστοποίηση της απόδοσης σε ένα εύρος επιπέδων νερού και πίεσης.
Ένα διάγραμμα τουρμπίνας Kaplan
Στροβιλοφόρος Pelton (Υψομετρική διαφορά 300m-1600m)
Η τουρμπίνα Pelton—ή τροχός Pelton—είναι γνωστή ως τουρμπίνα ώθησης, καθώς εξάγει ενέργεια από το κινούμενο νερό. Αυτή η τουρμπίνα είναι κατάλληλη για εφαρμογές υψηλού μανομετρικού ύψους, καθώς απαιτεί υψηλή πίεση νερού για να ασκήσει δύναμη στους κουβάδες σε σχήμα κουταλιού και να προκαλέσει την περιστροφή του δίσκου και την παραγωγή ενέργειας.
Τουρμπίνα Πέλτον
Στροβιλοστρόβιλος Francis (Υψομετρική διαφορά 60m-300m)
Η τελευταία και πιο διάσημη υδροστρόβιλος, η τουρμπίνα Francis, αντιπροσωπεύει το 60% της υδροηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο. Λειτουργώντας ως τουρμπίνα κρούσης και αντίδρασης που λειτουργεί σε μεσαίο ύψος πτώσης, η τουρμπίνα Francis συνδυάζει αξονική και ακτινική ροή. Με αυτόν τον τρόπο, η τουρμπίνα γεμίζει το κενό μεταξύ των τουρμπίνων υψηλού και χαμηλού ύψους πτώσης, δημιουργώντας έναν πιο αποτελεσματικό σχεδιασμό και προκαλώντας τους σημερινούς μηχανικούς να τον βελτιώσουν περαιτέρω.
Πιο συγκεκριμένα, μια τουρμπίνα Francis λειτουργεί με νερό που ρέει μέσω ενός σπειροειδούς περιβλήματος σε (στατικά) οδηγά πτερύγια τα οποία ελέγχουν τη ροή του νερού προς τα (κινητά) πτερύγια του δρομέα. Το νερό αναγκάζει τον δρομέα να περιστραφεί μέσω του συνδυασμού πρόσκρουσης και αντίδρασης των δυνάμεων, και τελικά εξέρχεται από τον δρομέα μέσω ενός σωλήνα έλξης που εκκενώνει τη ροή του νερού στο εξωτερικό περιβάλλον.
Πώς μπορώ να επιλέξω ένα σχέδιο υδροστροβίλου;
Η επιλογή του βέλτιστου σχεδιασμού τουρμπίνας συχνά εξαρτάται από ένα πράγμα: το ύψος του μανομετρικού ύψους και τον ρυθμό ροής που έχετε στη διάθεσή σας. Μόλις προσδιορίσετε τι είδους πίεση νερού μπορείτε να αξιοποιήσετε, μπορείτε στη συνέχεια να αποφασίσετε εάν ένας κλειστός «σχεδιασμός τουρμπίνας αντίδρασης» όπως ο τουρμπίνας Francis ή ένας ανοιχτός «σχεδιασμός τουρμπίνας ώθησης», όπως ο τουρμπίνας Pelton, είναι καλύτερος.
Διάγραμμα υδροστροβίλου
Τέλος, μπορείτε να καθορίσετε την απαραίτητη ταχύτητα περιστροφής της προτεινόμενης ηλεκτρικής γεννήτριας.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Ιουλίου 2022
