دامنه کاربرد و سناریوهای توربین‌های لوله‌ای با شفت کششی

توربین لوله‌ای با محور امتدادی (Shaft Extension Tubular Turbine)، که اغلب به عنوان توربین لوله‌ای "نوع S" شناخته می‌شود، یک فناوری حیاتی در زمینه تولید برق آبی با هد پایین است. برخلاف توربین‌های حبابی که ژنراتور در داخل یک "حباب" غوطه‌ور در مجرای آب قرار می‌گیرد، طراحی محور امتدادی دارای یک محور توربین است که از طریق یک مجرای آب منحنی به یک ژنراتور خارجی امتداد می‌یابد. این پیکربندی از نظر دسترسی به تعمیر و نگهداری و مقرون به صرفه بودن برای شرایط هیدرولیکی خاص، مزایای متمایزی را ارائه می‌دهد.
دامنه کاربرد فنی
دامنه کاربرد توربین‌های لوله‌ای با محور محوری در درجه اول توسط هد هیدرولیکی و نرخ جریان تعریف می‌شود. آن‌ها برای کار در جایی طراحی شده‌اند که توربین‌های جریان محوری عمودی سنتی یا توربین‌های فرانسیس ناکارآمد یا بسیار گران هستند.
محدوده هد هیدرولیکی: معمولاً برای محیط‌های کم‌هد از ۲ متر تا ۲۵ متر بهینه شده است. برخی از طرح‌های تخصصی می‌توانند کمی فراتر از این محدوده باشند، اما حداکثر راندمان معمولاً بین ۳ متر تا ۱۵ متر است.
ظرفیت جریان: این توربین‌ها برای جابجایی حجم‌های تخلیه بزرگ نسبت به اندازه‌شان طراحی شده‌اند. مسیر جریان مستقیم، تلفات هیدرولیکی را به حداقل می‌رساند و آنها را برای مکان‌های با جریان بالا و هد پایین ایده‌آل می‌کند.
ظرفیت واحد: عموماً برای پروژه‌های برق‌آبی کوچک تا متوسط ​​استفاده می‌شود و ظرفیت واحد آن معمولاً از ۵۰ کیلووات تا ۱۵ مگاوات متغیر است.
سناریوهای کاربردی
الف. نیروگاه‌های جریان رودخانه‌ای
رایج‌ترین سناریو برای واحدهای توسعه شفت، در پروژه‌های رودخانه‌ای در رودخانه‌های دشتی یا بخش‌های پایین‌دست حوضه‌های بزرگ است. از آنجا که این رودخانه‌ها دارای افت عمودی حداقل اما حجم آب زیاد و ثابتی هستند، چیدمان افقی توربین نوع S امکان طراحی نیروگاه فشرده و کاهش هزینه‌های حفاری را فراهم می‌کند.
ب. کانال‌های آبیاری و پروژه‌های حفاظت از آب
بسیاری از سیستم‌های آبیاری در مقیاس بزرگ، دارای افت‌های (آبشارهای) قابل توجهی بین ارتفاعات مختلف کانال هستند. توربین‌های لوله‌ای با محور متحرک اغلب در این «افت‌ها» نصب می‌شوند تا انرژی‌ای را که در غیر این صورت تلف می‌شود، بازیابی کنند. ساختار ساده آنها به آنها امکان می‌دهد تا با حداقل اختلال در عملیات مدیریت آب، در زیرساخت‌های کانال موجود ادغام شوند.
ج. مقاوم‌سازی و ارتقاء ایستگاه‌های قدیمی
نیروگاه‌های برق آبی قدیمی‌تر که در ابتدا از واحدهای جریان محوری عمودی یا توربین‌های فرانسیس قدیمی استفاده می‌کردند، اغلب با کاهش راندمان مواجه می‌شوند. توربین با محور متحرک، گزینه بسیار خوبی برای پروژه‌های «بازسازی» است. به دلیل طرح‌بندی انعطاف‌پذیر آن، اغلب می‌توان آن را در کارهای عمرانی موجود یک نیروگاه قدیمی نصب کرد که به طور قابل توجهی توان خروجی را افزایش داده و نگهداری ژنراتور خارجی را در آینده ساده می‌کند.
د. تولید برق از جزر و مد
در مناطق ساحلی با دامنه جزر و مدی قابل توجه، توربین‌های با محور محوری می‌توانند در سدهای جزر و مدی مورد استفاده قرار گیرند. توانایی آنها در مدیریت جریان‌های بزرگ و محافظت از ژنراتور (که در خارج از گذرگاه آب شور نگهداری می‌شود) آنها را در مقایسه با واحدهای حبابی کاملاً غوطه‌ور، به انتخابی بادوام برای محیط‌های دریایی تبدیل می‌کند.
۳. مزایای پیاده‌سازی
انتخاب توربین با شفت متحرک در سناریوهای فوق به دلیل چندین مزیت عملی است:
سهولت نگهداری: از آنجایی که ژنراتور، گیربکس (در صورت وجود) و سیستم تحریک در خارج از مسیر عبور آب و در یک محیط خشک قرار دارند، بازرسی‌ها و تعمیرات معمول به طور قابل توجهی آسان‌تر و ایمن‌تر هستند.
کاهش هزینه‌های مهندسی عمران: طرح افقی در مقایسه با واحدهای عمودی به حفاری عمیق کمتری نیاز دارد، که به ویژه در مناطقی با سطح آب زیرزمینی بالا یا سنگ سخت مفید است.
راندمان هیدرولیکی بالا: مسیر عبور آب ساده شده (با تنها یک انحنای جزئی برای امتداد شفت) منجر به راندمان هیدرولیکی بالا و عملکرد عالی در کاویتاسیون می‌شود.

توربین لوله‌ای با محور گسترش‌یافته (Shaft Extension Tubular Turbine) جایگاه مهمی در چشم‌انداز انرژی‌های تجدیدپذیر دارد. این توربین با تمرکز بر محدوده هد ۲ تا ۲۵ متر، یک راه‌حل اقتصادی مناسب برای برداشت انرژی از رودخانه‌های کم‌ارتفاع، سیستم‌های آبیاری و پروژه‌های نوسازی ارائه می‌دهد. با تغییر تمرکز جهانی به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر غیرمتمرکز و کوچک‌مقیاس، انتظار می‌رود کاربرد واحدهای نوع S افزایش یابد و جایگزینی قابل اعتماد و قابل نگهداری برای پیکربندی‌های پیچیده‌تر توربین ارائه دهد.