Vesiturbiini on fluidikoneiston turbokoneisto. Jo noin vuonna 100 eaa. syntyi vesiturbiinin prototyyppi, vesipyörä. Tuolloin sen päätehtävänä oli käyttää viljankäsittely- ja kastelukoneita. Vesipyörästä on mekaanisena laitteena, joka käyttää veden virtausta voimanlähteenään, kehittynyt nykyinen vesiturbiini, ja sen sovellusalaa on myös laajennettu. Missä nykyaikaisia vesiturbiineja sitten pääasiassa käytetään?
Turbiineja käytetään pääasiassa pumppausvoimalaitoksissa. Kun sähköjärjestelmän kuormitus on pienempi kuin peruskuorma, sitä voidaan käyttää vesipumppuna, joka hyödyntää ylimääräistä sähköntuotantokapasiteettia pumppaamalla vettä alavirran säiliöstä ylävirran säiliöön energian varastoimiseksi potentiaalienergian muodossa. Kun järjestelmän kuormitus on suurempi kuin peruskuorma, sitä voidaan käyttää hydraulisenä turbiinina, joka tuottaa sähköä huippukuormien säätelyyn. Siksi puhdas pumppausvoimalaitos ei voi lisätä sähköjärjestelmän tehoa, mutta se voi parantaa lämpövoimalaitosten käyttötaloutta ja sähköjärjestelmän kokonaistehokkuutta. 1950-luvulta lähtien pumppausvoimalaitoksia on arvostettu laajalti ja kehitetty nopeasti ympäri maailmaa.
Useimmat alkuvaiheessa tai korkean vedenkorkeuden omaavat pumppausyksiköt ovat kolmikoneita, eli ne koostuvat sarjaan kytketystä generaattorimoottorista, vesiturbiinista ja vesipumpusta. Sen etuna on, että turbiini ja vesipumppu on suunniteltu erikseen, mikä voi olla tehokkaampaa. Yksikkö pyörii samaan suuntaan sähköä tuottaessaan ja vettä pumpatessaan, ja se voidaan nopeasti vaihtaa sähköntuotannosta pumppaukseen tai pumppauksesta sähköntuotantoon. Samalla turbiinia voidaan käyttää yksikön käynnistämiseen. Sen haittana on korkeat kustannukset ja suuri voimalaitosinvestointi.
Vinovirtauspumpun turbiinin juoksupyörän lavat ovat pyöritettävissä, ja sen suorituskyky on edelleen hyvä vedenkorkeuden ja kuormituksen muuttuessa. Hydraulisten ominaisuuksien ja materiaalin lujuuden rajoitusten vuoksi sen nettokorkeus oli kuitenkin 1980-luvun alussa vain 136,2 metriä. (Japanin Takagenin ensimmäinen voimalaitos). Suuremmille korkeuksille tarvitaan Francis-pumpputurbiineja.
Pumppuvoimalaitoksella on ylä- ja alasäiliöt. Saman energian varastointitilanteen vallitessa nostokorkeuden lisääminen voi vähentää varastointikapasiteettia, lisätä yksikön nopeutta ja alentaa projektikustannuksia. Siksi yli 300 metrin korkeuteen pystyvät energian varastointivoimalaitokset ovat kehittyneet nopeasti. Maailman korkeimman vesikorkeuden omaava Francis-pumpputurbiini on asennettu Baina Bastan voimalaitokseen Jugoslaviassa. Se otettiin käyttöön vuonna. 1900-luvulta lähtien vesivoimalaitokset ovat kehittyneet korkeiden parametrien ja suuren kapasiteetin suuntaan. Sähköjärjestelmän lämpötehokapasiteetin kasvun ja ydinvoiman kehittymisen myötä kohtuullisen huippukulutuksen säätöongelman ratkaisemiseksi maat ympäri maailmaa rakentavat aktiivisesti pumppuvoimalaitoksia suurten vesijärjestelmien suurten voimalaitosten voimakkaan kehittämisen tai laajentamisen lisäksi, mikä johtaa pumpputurbiinien nopeaan kehitykseen.
Voimakoneena, joka muuntaa veden virtauksen energian pyöriväksi mekaaniseksi energiaksi, vesiturbiini on välttämätön osa vesigeneraattoria. Nykyään ympäristönsuojeluongelma on yhä vakavampi, ja puhdasta energiaa käyttävän vesivoiman käyttö ja edistäminen lisääntyy. Erilaisten hydraulisten resurssien täysimääräiseksi hyödyntämiseksi myös vuorovedet, matalapudotusiset joet ja tasaiset aallot ovat herättäneet laajaa huomiota, mikä on johtanut putkimaisten turbiinien ja muiden pienten yksiköiden nopeaan kehitykseen.
Julkaisun aika: 23.3.2022
