دامنه کاربرد توربین فرانسیس

توربین آبی نوعی ماشین توربینی در ماشین‌آلات سیال است. در حدود ۱۰۰ سال قبل از میلاد، نمونه اولیه توربین آبی - توربین آبی - متولد شده است. در آن زمان، عملکرد اصلی، به حرکت درآوردن ماشین‌آلات برای فرآوری غلات و آبیاری بود. توربین آبی، به عنوان یک وسیله مکانیکی که با جریان آب کار می‌کند، به توربین آبی فعلی توسعه یافته و دامنه کاربرد آن نیز گسترش یافته است. پس توربین‌های آبی مدرن عمدتاً در کجا استفاده می‌شوند؟

توربین آبی عمدتاً برای نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای استفاده می‌شود. هنگامی که بار سیستم برق کمتر از بار پایه باشد، می‌توان از آن به عنوان پمپ آب استفاده کرد تا از ظرفیت تولید برق اضافی برای پمپاژ آب از مخزن پایین‌دست به مخزن بالادست و ذخیره انرژی به شکل انرژی پتانسیل استفاده شود. هنگامی که بار سیستم بیشتر از بار پایه باشد، می‌توان از آن به عنوان توربین آبی برای تولید برق جهت تنظیم بار اوج استفاده کرد. بنابراین، نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای خالص نمی‌تواند قدرت سیستم برق را افزایش دهد، اما می‌تواند اقتصاد بهره‌برداری از واحدهای تولید برق حرارتی را بهبود بخشد و راندمان کلی سیستم برق را بهبود بخشد. از دهه 1950، واحدهای تلمبه ذخیره‌ای به طور گسترده مورد توجه قرار گرفته و به سرعت در سراسر جهان توسعه یافته‌اند.

واحدهای تلمبه ذخیره‌ای که در مراحل اولیه یا با هد آب بالا توسعه یافته‌اند، عمدتاً از نوع سه دستگاهی هستند، یعنی از موتور ژنراتور، توربین آبی و پمپ آب به صورت سری تشکیل شده‌اند. مزیت آن این است که توربین آبی و پمپ آب به طور جداگانه طراحی شده‌اند که می‌تواند راندمان بالایی داشته باشد و جهت چرخش واحد هنگام تولید و پمپاژ یکسان است که می‌تواند به سرعت از تولید برق به پمپاژ یا از پمپاژ به تولید برق تبدیل شود. در عین حال، می‌توان از توربین برای راه‌اندازی واحد استفاده کرد. معایب آن هزینه بالا و سرمایه‌گذاری زیاد در نیروگاه است.

پره‌های توربین پمپ جریان مایل می‌توانند بچرخند و همچنان عملکرد خوبی در هنگام تغییر هد آب و بار داشته باشند. با این حال، با توجه به ویژگی‌های هیدرولیکی و مقاومت مصالح، حداکثر هد آب آن در اوایل دهه 1980 تنها 136.2 متر بود (نیروگاه شماره 1 کوگن در ژاپن). برای هدهای آب بالاتر، توربین‌های پمپ فرانسیس مورد نیاز است.

نیروگاه تلمبه ذخیره‌ای مجهز به مخازن بالایی و پایینی است. در شرایط ذخیره انرژی یکسان، افزایش هد می‌تواند ظرفیت ذخیره‌سازی را کاهش دهد، سرعت واحد را افزایش دهد و هزینه پروژه را کاهش دهد. بنابراین، نیروگاه‌های ذخیره انرژی با هد بالای ۳۰۰ متر به سرعت در حال توسعه هستند. توربین پمپ فرانسیس با بالاترین هد آبی در جهان در نیروگاه بیناباشتا در یوگسلاوی نصب شده است. قدرت تک واحد آن ۳۱۵ مگاوات و هد آبی توربین ۶۰۰.۳ متر است. این پمپ دارای هد ۶۲۳.۱ متر و سرعت چرخش ۴۲۸.۶ دور در دقیقه است. این نیروگاه در سال ۱۹۷۷ به بهره‌برداری رسید. از قرن بیستم، واحدهای برق آبی به سمت پارامترهای بالا و ظرفیت زیاد در حال توسعه بوده‌اند. با افزایش ظرفیت آتش‌سوزی در سیستم برق و توسعه انرژی هسته‌ای، به منظور حل مشکل اصلاح معقول پیک، کشورهای سراسر جهان علاوه بر توسعه یا گسترش شدید نیروگاه‌های بزرگ در سیستم‌های اصلی آب، به طور فعال در حال ساخت نیروگاه‌های تلمبه ذخیره‌ای هستند. بنابراین، توربین‌های پمپ به سرعت توسعه یافته‌اند.

توربین آبی به عنوان یک ماشین تولید نیرو که انرژی جریان آب را به انرژی مکانیکی چرخشی تبدیل می‌کند، بخش جدایی‌ناپذیری از مجموعه ژنراتورهای توربین آبی است. امروزه، مشکل حفاظت از محیط زیست روز به روز جدی‌تر می‌شود. انرژی برق‌آبی، یک روش تولید برق با استفاده از انرژی پاک، کاربرد و ترویج خود را افزایش می‌دهد. به منظور استفاده کامل از منابع هیدرولیکی مختلف، جزر و مد، رودخانه‌های دشتی با افت کم و حتی امواج نیز توجه گسترده‌ای را به خود جلب کرده‌اند که منجر به توسعه سریع توربین‌های لوله‌ای و سایر واحدهای کوچک شده است.