Veeturbiin, millest kõige levinumad on Kaplani, Peltoni ja Francise turbiinid, on suur pöörlev masin, mis töötab kineetilise ja potentsiaalse energia muundamiseks hüdroenergiaks. Neid vesiratta tänapäevaseid vasteid on tööstuslikuks energiatootmiseks ja viimasel ajal ka hüdroenergia tootmiseks kasutatud üle 135 aasta.
Milleks tänapäeval veeturbiine kasutatakse?
Tänapäeval moodustab hüdroenergia 16% maailma elektritootmisest. 19. sajandil kasutati veeturbiine peamiselt tööstuslikuks energiaks enne elektrivõrkude laialdast levikut. Praegu kasutatakse neid elektrienergia tootmiseks ja neid võib leida tammides või piirkondades, kus esineb rasket veevoolu.
Kuna ülemaailmne energianõudlus kasvab kiiresti ning sellised tegurid nagu kliimamuutused ja fossiilkütuste ammendumine, on hüdroenergial potentsiaal avaldada suurt mõju rohelise energia vormina kogu maailmas. Kuna keskkonnasõbralike ja puhaste energiaallikate otsing jätkub, võivad Francise turbiinid osutuda lähiaastatel väga populaarseks ja üha enam kasutusele võetavaks lahenduseks.
Kuidas veeturbiinid elektrit toodavad?
Looduslikult või kunstlikult voolava vee tekitatud veesurve on veeturbiinide energiaallikas. See energia püütakse kinni ja muundatakse hüdroelektrienergiaks. Hüdroelektrijaam kasutab vee salvestamiseks tavaliselt aktiivsel jõel asuvat tammi. Seejärel lastakse vesi osade kaupa välja, voolab läbi turbiini, pöörab seda ja aktiveerib generaatori, mis seejärel toodab elektrit.
Kui suured on veeturbiinid?
Töötava rõhu all saab veeturbiine liigitada suureks, keskmiseks ja väikeseks rõhuks. Madala rõhuga hüdroenergiasüsteemid on suuremad, kuna veeturbiin peab olema suur, et saavutada suur voolukiirus, samal ajal kui labadele rakendatakse madalat veesurvet. Suure rõhuga hüdroenergiasüsteemid omakorda ei vaja nii suurt pinna ümbermõõtu, kuna neid kasutatakse energia rakendamiseks kiiremini liikuvatest veeallikatest.
Diagramm, mis selgitab hüdroenergiasüsteemi erinevate osade, sealhulgas veeturbiini, suurust
Diagramm, mis selgitab hüdroenergiasüsteemi erinevate osade, sealhulgas veeturbiini, suurust
Allpool selgitame mõnda näidet erinevat tüüpi veeturbiinidest, mida kasutatakse erinevate rakenduste ja veesurve jaoks.
Kaplani turbiin (rõhukõrgus 0–60 m)
Neid turbiine tuntakse aksiaalvoolu reaktsiooniturbiinidena, kuna need muudavad vee rõhku selle voolamisel. Kaplani turbiin meenutab propellerit ja sellel on reguleeritavad labad, et maksimeerida efektiivsust erinevatel vee- ja rõhutasemetel.
Kaplani turbiini diagramm
Peltoni turbiin (rõhukõrgus 300–1600 m)
Peltoni turbiini ehk Peltoni ratast tuntakse impulssturbiinina, mis ammutab liikuvast veest energiat. See turbiin sobib suure rõhuga rakenduste jaoks, kuna lusikakujulistele ämbritele jõu rakendamiseks ning ketta pöörlema panemiseks ja energia genereerimiseks on vaja suurt veesurvet.
Peltoni turbiin
Francise turbiin (rõhukõrgus 60–300 m)
Viimane ja kuulsaim veeturbiin, Francise turbiin, moodustab 60% maailma hüdroenergiast. Töötades löök- ja reaktsiooniturbiinina keskmise rõhuga, ühendab Francise turbiin aksiaalse ja radiaalse voolu kontseptsiooni. Seda tehes täidab turbiin tühimiku kõrge ja madala rõhuga turbiinide vahel, luues tõhusama konstruktsiooni ja esitades tänapäeva inseneridele väljakutse seda veelgi täiustada.
Täpsemalt öeldes töötab Francise turbiin veevoolu põhimõttel, mis voolab läbi spiraalse korpuse (staatilistesse) juhtlabadesse, mis juhivad veevoolu (liikuvate) rootori labade suunas. Vesi sunnib rootorit pöörlema jõudude koosmõjul ja reaktsioonil, mis lõpuks väljub rootorist läbi tõmbetoru, mis juhib veevoolu väliskeskkonda.
Kuidas valida veeturbiini disaini?
Optimaalse turbiini disaini valimine taandub sageli ühele asjale: teile kättesaadavale tõstekõrgusele ja voolukiirusele. Kui olete kindlaks teinud, millist veesurvet saate rakendada, saate otsustada, kas paremini sobib suletud "reaktsiooniturbiini disain" nagu Francise turbiin või avatud "impulssturbiini disain", nagu Peltoni turbiin.
Veeturbiini diagramm
Lõpuks saate määrata oma kavandatud elektrigeneraatori vajaliku pöörlemiskiiruse.
Postituse aeg: 15. juuli 2022
