Vesiturbiini on eräänlainen turbiinikoneisto nestekoneistossa. Jo noin vuonna 100 eaa. syntyi vesiturbiinin prototyyppi – vesiturbiini. Tuolloin sen päätehtävänä oli käyttää viljankäsittely- ja kastelukoneita. Vesiturbiini, veden virtauksella toimivana mekaanisena laitteena, on kehittynyt nykyiseksi vesiturbiiniksi, ja sen sovellusalaa on myös laajennettu. Missä nykyaikaisia vesiturbiineja sitten pääasiassa käytetään?
Vesiturbiinia käytetään pääasiassa pumppausvoimalaitoksissa. Kun sähköjärjestelmän kuormitus on pienempi kuin peruskuorma, sitä voidaan käyttää vesipumppuna ylimääräisen sähköntuotantokapasiteetin hyödyntämiseen veden pumppaamiseen alavirran tekoaltaasta ylävirran tekoaltaaseen ja energian varastointiin potentiaalienergian muodossa. Kun järjestelmän kuormitus on suurempi kuin peruskuorma, sitä voidaan käyttää vesiturbiinina sähkön tuottamiseen huippukuormituksen säätämiseksi. 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 kaikkialla maailmassa.
Varhaisessa vaiheessa tai korkean vedenkorkeuden kanssa kehitetyt pumppausyksiköt käyttävät enimmäkseen kolmen koneen tyyppiä, eli ne koostuvat sarjaan kytketystä generaattorimoottorista, vesiturbiinista ja vesipumpusta. Sen etuna on, että vesiturbiini ja vesipumppu on suunniteltu erikseen, mikä voi olla erittäin tehokasta, ja yksikön pyörimissuunta on sama sekä generaattorin että pumppauksen aikana, mikä mahdollistaa nopean muuntamisen sähköntuotannosta pumppaukseen tai pumppauksesta sähköntuotantoon. Samalla turbiinia voidaan käyttää yksikön käynnistämiseen. Sen haittoja ovat korkeat kustannukset ja suuret voimalaitosinvestoinnit.
Kaltevan virtauspumpun turbiinijuoksupyörän lavat voivat pyöriä ja niiden suorituskyky on edelleen hyvä vedenkorkeuden ja kuormituksen muuttuessa. Hydraulisten ominaisuuksien ja materiaalin lujuuden rajoittamana sen suurin vedenkorkeus oli kuitenkin vain 136,2 m 1980-luvun alussa (Kogenin ykkösvoimalaitos Japanissa). Suuremmille vedenkorkeuksille tarvitaan Francis-pumpputurbiineja.
Pumppuvoimalaitos on varustettu ylä- ja alasäiliöillä. Saman energian varastointitilanteen vallitessa paineen nostaminen voi vähentää varastointikapasiteettia, lisätä yksikön nopeutta ja alentaa projektikustannuksia. Siksi yli 300 metrin korkeuteen pystyvät energian varastointivoimalaitokset kehittyvät nopeasti. Jugoslaviassa sijaitsevaan Beinabashtan voimalaitokseen on asennettu Francis-pumpputurbiini, jolla on maailman korkein vesipatsas. Sen yksittäisen yksikön teho on 315 MW ja turbiinin vesipatsas 600,3 metriä. Pumpun paine on 623,1 m ja pyörimisnopeus 428,6 R/min. Se otettiin käyttöön vuonna 1977. 1900-luvulta lähtien vesivoimalaitokset ovat kehittyneet kohti korkeita parametreja ja suurta kapasiteettia. Sähköjärjestelmän tehon kasvun ja ydinvoiman kehittymisen myötä maat ympäri maailmaa rakentavat aktiivisesti pumppuvoimalaitoksia ja kehittävät tai laajentavat voimakkaasti suuria voimalaitoksia tärkeimmissä vesijärjestelmissä kohtuullisen huippukuormituksen ongelman ratkaisemiseksi. Siksi pumpputurbiinit ovat kehittyneet nopeasti.
Vesiturbiini on voimakoneena, joka muuntaa veden virtauksen energian pyöriväksi mekaaniseksi energiaksi, ja se on välttämätön osa vesiturbiinigeneraattoria. Nykyään ympäristönsuojeluongelma on yhä vakavampi. Vesivoima, puhdasta energiaa käyttävä sähköntuotantomenetelmä, lisää sen käyttöä ja edistämistä. 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: 06.04.2022
