یک توربین آبی، که توربینهای کاپلان، پلتون و فرانسیس رایجترین آنها هستند، یک ماشین دوار بزرگ است که برای تبدیل انرژی جنبشی و پتانسیل به برق آبی کار میکند. این معادلهای مدرن چرخ آبی بیش از ۱۳۵ سال است که برای تولید برق صنعتی و اخیراً برای تولید انرژی برق آبی مورد استفاده قرار گرفتهاند.
امروزه از توربینهای آبی برای چه مواردی استفاده میشود؟
امروزه، انرژی برقآبی ۱۶٪ از تولید برق جهان را تشکیل میدهد. در قرن نوزدهم، توربینهای آبی عمدتاً برای تولید برق صنعتی و قبل از گسترش شبکههای برق مورد استفاده قرار میگرفتند. در حال حاضر، از آنها برای تولید برق استفاده میشود و میتوان آنها را در سدها یا مناطقی که جریان آب سنگین وجود دارد، یافت.
با افزایش سریع تقاضای جهانی انرژی و عواملی مانند تغییرات اقلیمی و کاهش سوختهای فسیلی، انرژی برقآبی پتانسیل ایجاد تأثیر بزرگی به عنوان نوعی انرژی سبز در مقیاس جهانی را دارد. با ادامه جستجو برای منابع انرژی پاک و سازگار با محیط زیست، توربینهای فرانسیس میتوانند در سالهای آینده به عنوان یک راه حل بسیار محبوب و به طور فزایندهای پذیرفته شده، خود را نشان دهند.
توربینهای آبی چگونه برق تولید میکنند؟
فشار آب ایجاد شده از جریان طبیعی یا مصنوعی آب، به عنوان منبع انرژی توربینهای آبی وجود دارد. این انرژی جذب شده و به انرژی برق آبی تبدیل میشود. یک نیروگاه برق آبی معمولاً از یک سد روی یک رودخانه فعال برای ذخیره آب استفاده میکند. سپس آب به صورت تدریجی آزاد میشود، از طریق توربین جریان مییابد، آن را میچرخاند و یک ژنراتور را فعال میکند که در نهایت برق تولید میکند.
توربینهای آبی چقدر بزرگ هستند؟
بر اساس هدی که توربینهای آبی تحت آن کار میکنند، میتوان آنها را به هد بالا، متوسط و پایین طبقهبندی کرد. سیستمهای برق آبی با هد پایین بزرگتر هستند، زیرا توربین آبی باید بزرگ باشد تا به دبی بالا دست یابد در حالی که فشار آب کم بر روی پرهها اعمال میشود. در عوض، سیستمهای برق آبی با هد بالا به چنین محیط سطحی بزرگی نیاز ندارند، زیرا از آنها برای مهار انرژی از منابع آبی با جریان سریعتر استفاده میشود.
نموداری که اندازه بخشهای مختلف سیستم برق آبی از جمله توربین آبی را توضیح میدهد
نموداری که اندازه قطعات مختلف سیستم برق آبی از جمله توربین آبی را توضیح میدهد
در زیر، چند نمونه از انواع مختلف توربینهای آبی مورد استفاده برای کاربردها و فشار آب مختلف را توضیح خواهیم داد.
توربین کاپلان (هد فشاری ۰ تا ۶۰ متر)
این توربینها به عنوان توربینهای واکنشی جریان محوری شناخته میشوند، زیرا فشار آب را هنگام عبور از آن تغییر میدهند. توربین کاپلان شبیه یک پروانه است و دارای پرههای قابل تنظیم برای به حداکثر رساندن راندمان در طیف وسیعی از سطوح آب و فشار است.
نمودار توربین کاپلان
توربین پلتون (فشار ۳۰۰ متر تا ۱۶۰۰ متر)
توربین پلتون یا چرخ پلتون به عنوان یک توربین ضربهای شناخته میشود، به این معنی که انرژی را از آب در حال حرکت استخراج میکند. این توربین برای کاربردهای با هد بالا مناسب است، زیرا برای اعمال نیرو بر سطلهای قاشقی شکل و چرخش دیسک و تولید برق، به فشار آب زیادی نیاز دارد.
توربین پلتون
توربین فرانسیس (فشار ۶۰ متر تا ۳۰۰ متر)
آخرین و مشهورترین توربین آبی، توربین فرانسیس، ۶۰٪ از انرژی برقآبی جهان را تشکیل میدهد. توربین فرانسیس که به عنوان یک توربین ضربهای و واکنشی با هد متوسط کار میکند، مفاهیم جریان محوری و شعاعی را با هم ترکیب میکند. با انجام این کار، این توربین شکاف بین توربینهای با هد بالا و پایین را پر میکند و طراحی کارآمدتری ایجاد میکند و مهندسان امروزی را برای بهبود بیشتر آن به چالش میکشد.
به طور خاص، یک توربین فرانسیس با جریان آب از طریق یک محفظه مارپیچی به داخل پرههای هدایتکننده (استاتیک) که جریان آب را به سمت پرههای (متحرک) رانر کنترل میکنند، کار میکند. آب، رانر را از طریق برخورد و واکنش ترکیبی نیروها به چرخش وادار میکند و در نهایت از طریق یک لوله مکش که جریان آب را به محیط خارجی تخلیه میکند، از رانر خارج میشود.
چگونه یک طرح توربین آبی انتخاب کنم؟
انتخاب طرح بهینه توربین اغلب به یک چیز بستگی دارد؛ میزان هد و دبی قابل دسترس شما. پس از اینکه مشخص کردید چه نوع فشار آبی را میتوانید مهار کنید، میتوانید تصمیم بگیرید که آیا یک «طرح توربین واکنشی» محصور مانند توربین فرانسیس یا یک «طرح توربین ضربهای» باز مانند توربین پلتون مناسبتر است.
نمودار توربین آبی
در نهایت، میتوانید سرعت چرخش لازم ژنراتور الکتریکی پیشنهادی خود را تعیین کنید.
زمان ارسال: ۱۵ ژوئیه ۲۰۲۲
