હાઇડ્રોપાવર, તેની નવીનીકરણીય અને ઓછી કિંમતની લાક્ષણિકતાઓ સાથે, ઊર્જા સંક્રમણમાં એક મુખ્ય તત્વ છે.

સ્વચ્છ ઉર્જાના ક્ષેત્રમાં, હાઇડ્રોપાવર ઊર્જા પરિવર્તનના એક મહત્વપૂર્ણ સ્તંભ તરીકે ઊભું છે, જે તેની નવીનીકરણીય પ્રકૃતિ, ઓછી કિંમત અને મજબૂત પીક લોડ બેલેન્સિંગ ક્ષમતાઓને આભારી છે. થ્રી ગોર્જેસ ડેમના વિશાળ ટર્બાઇનથી લઈને પર્વતીય પ્રદેશોમાં નાના હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટના હળવા પ્રવાહ સુધી, ટર્બાઇનનું પરિભ્રમણ હંમેશા "જળ સંભવિત ઊર્જા → યાંત્રિક ઊર્જા → વિદ્યુત ઊર્જા" માંથી ઊર્જા રૂપાંતર સાથે રહે છે. હાઇડ્રોપાવરનું મુખ્ય આકર્ષણ વિવિધ પાણીના મુખ્ય અને પ્રવાહની પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાઇડ્રોપાવર ટર્બાઇન-જનરેટર યુનિટની ઉત્કૃષ્ટ અનુકૂલનક્ષમતામાં રહેલું છે. આ ગતિશીલ પ્રદર્શન મોડેલ, પ્રતિક્રિયા ટર્બાઇન અને ઇમ્પલ્સ ટર્બાઇન જેવા મુખ્ય પ્રવાહના ટર્બાઇન પ્રકારોની સચોટ પ્રતિકૃતિ દ્વારા, ટર્બાઇન અને પાણીના પ્રવાહ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની અનન્ય ચાતુર્ય દર્શાવે છે. (1) પ્રતિક્રિયા ટર્બાઇન મોડેલ: પાણીના પ્રવાહ અને બ્લેડ વચ્ચે "એમ્બ્રેસિંગ" ઊર્જા વિનિમય ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન મોડેલ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું "ઓલરાઉન્ડર" છે. આ મોડેલ થ્રી ગોર્જેસ પાવર સ્ટેશન પર 1:25 સ્કેલ પર 700MW યુનિટની મુખ્ય રચનાનું પુનઃઉત્પાદન કરે છે. રનરનો વ્યાસ 30cm છે અને તેમાં 13 સુવ્યવસ્થિત બ્લેડ (15° ઇનલેટ એંગલ, 20° આઉટલેટ એંગલ) રેડિયલી ગોઠવાયેલા હોય છે; રનરની આસપાસ એડજસ્ટેબલ ગાઇડ વેન (24 વેન, ABS પ્લાસ્ટિક અને મેટલ ફ્રેમ કમ્પોઝિટથી બનેલા) હોય છે, જે "ગવર્નર રિંગ" સાથે જોડાયેલા હોય છે, જે ગાઇડ વેન ઓપનિંગ (0-30°) ને સમાયોજિત કરી શકે છે. પારદર્શક કેસીંગ કાસ્ટ એક્રેલિકથી બનેલું હોય છે. પાણી (માઈક્રો પંપ દ્વારા સંચાલિત ફરતી પાણી પ્રણાલીમાંથી) બધી બાજુઓથી કેસીંગમાં સમાનરૂપે વહે છે, જે ગાઇડ વેન દ્વારા માર્ગદર્શન આપે છે, અને રનર બ્લેડને 20m/s ની સિમ્યુલેટેડ ફ્લો ગતિએ અસર કરે છે, જે રનરને ફેરવવા માટે પ્રેરે છે (150 rpm, વાસ્તવિક એકમના 125 rpm ને અનુરૂપ). ગતિશીલ પ્રદર્શનનો મુખ્ય ભાગ "પરિઘીય પાણીના સેવન" ના ઊર્જા રૂપાંતરમાં રહેલો છે: જ્યારે ગાઇડ વેન ઓપનિંગ 20° પર ગોઠવાય છે, ત્યારે ફ્લો મીટર "સિમ્યુલેટેડ ફ્લો રેટ 5L/s" બતાવે છે, સ્પીડ મીટર 150 rpm પર સ્થિર થાય છે, અને જનરેટર મોડેલ 220V આઉટપુટ કરે છે. "પૂર ઋતુ દરમિયાન વધેલા પ્રવાહ" (માર્ગદર્શિકા વેન સંપૂર્ણપણે ખુલ્લું) નું અનુકરણ કરતી વખતે, ટર્બાઇનની ગતિ 180 rpm સુધી વધે છે, અને વોલ્ટેજ 240V સુધી વધે છે. સ્ક્રીન એકસાથે "ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન 50-700m ના પાણીના હેડ માટે યોગ્ય છે અને 95% ની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકે છે" દર્શાવે છે. આ ડિઝાઇન "ટર્બાઇન ચલાવતા બ્લેડની બંને બાજુ દબાણ તફાવત" ના પ્રતિક્રિયા સિદ્ધાંતને સાહજિક બનાવે છે, જે સંપૂર્ણ રીતે સમજાવે છે કે શા માટે ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન ઉચ્ચ પાણીના હેડ અને મોટા પ્રવાહ દર માટે પસંદગીની પસંદગી છે. અક્ષીય પ્રવાહ ટર્બાઇન મોડેલ ઓછા પાણીના હેડ માટે "અક્ષીય પાણીના સેવન" ના ફાયદા દર્શાવે છે, જેમાં નિશ્ચિત અને એડજસ્ટેબલ બ્લેડ બંને પ્રકારો છે. એડજસ્ટેબલ બ્લેડ મોડેલમાં 40cm વ્યાસનો રોટર છે જેમાં 6 બ્લેડ છે જે પાણીના પ્રવાહની સ્થિતિ (માઇક્રો સર્વો મોટર દ્વારા નિયંત્રિત) અનુસાર ફરે છે, જેમાં બ્લેડ એંગલ એડજસ્ટમેન્ટ રેન્જ -10° થી +15° છે. ગાઇડ વેન અને રોટર સમઅક્ષીય રીતે ગોઠવાયેલા છે, જેમાં પાણી રોટરમાં અક્ષીય રીતે વહે છે. બ્લેડ પાણીના થ્રસ્ટ અને તેમના પોતાના પરિભ્રમણના સંયુક્ત પ્રભાવ હેઠળ ફરે છે. મોડેલની "વોટર હેડ એડજસ્ટમેન્ટ" ઇન્ટરેક્ટિવ સુવિધા અનોખી છે: જ્યારે પ્રેક્ષકો "લો વોટર હેડ 3-5m" (દા.ત., મેદાનમાં નદી) પસંદ કરે છે, ત્યારે બ્લેડ એંગલ +15° (પાણીના સંપર્ક ક્ષેત્રને વધારવા) પર ગોઠવાય છે, માર્ગદર્શિકા વેન ઓપનિંગ 30° છે, અને રોટર સ્પીડ 60 rpm છે; "મધ્યમ વોટર હેડ 10-30m" પર સ્વિચ કરવા પર, બ્લેડ એંગલ 0° પર ગોઠવાય છે, ઝડપ 100 rpm સુધી વધે છે, અને સ્ક્રીન "એક્સિયલ ફ્લો ટર્બાઇન ઉચ્ચ પ્રવાહ દર અને ઓછા પાણીના હેડ પર 92% ની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકે છે" દર્શાવે છે. એડજસ્ટેબલ-પિચ અને ફિક્સ્ડ-પિચ ટર્બાઇનના તુલનાત્મક પ્રદર્શનમાં વધુ શૈક્ષણિક મૂલ્ય છે: સમાન પ્રવાહ દર હેઠળ, એડજસ્ટેબલ-પિચ ટર્બાઇન, બ્લેડ એંગલને સમાયોજિત કરીને, ફિક્સ્ડ-પિચ ટર્બાઇન કરતા 8-10% વધુ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે (કાર્યક્ષમતા વળાંક સ્ક્રીન પર વાસ્તવિક સમયમાં પ્રદર્શિત થાય છે), "એડજસ્ટેબલ-પિચ ટર્બાઇન પ્રવાહ દરની વિશાળ શ્રેણીમાં અનુકૂલન કરવામાં સક્ષમ હોવાના" તકનીકી ફાયદાને સાહજિક રીતે દર્શાવે છે. સિંચાઈ વિસ્તારોમાં નાના જળવિદ્યુત વિશે શીખવવામાં આ સરખામણી ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે, જે વિદ્યાર્થીઓને "ગ્રામીણ નાના જળવિદ્યુત પ્રોજેક્ટ્સમાં અક્ષીય-પ્રવાહ ટર્બાઇનનો ઉપયોગ શા માટે થાય છે" તે સમજવામાં મદદ કરે છે. ઈનક્લાઈન્ડ-ફ્લો ટર્બાઇન મોડેલ "હેડ અનુકૂલનનો માસ્ટર" છે, જેનો રનર બ્લેડ અક્ષ મુખ્ય શાફ્ટ (મિશ્ર-પ્રવાહ અને અક્ષીય-પ્રવાહ ટર્બાઇન વચ્ચે) થી 45° ના ખૂણા પર છે. મોડેલના બ્લેડને સિંક્રનસલી એડજસ્ટ કરી શકાય છે (-5° થી +25° સુધી), ગાઈડ વેન અને રનર એકસાથે એડજસ્ટ થાય છે. જ્યારે સિમ્યુલેટેડ હેડ 40m થી 120m સુધી વધે છે, ત્યારે બ્લેડ એંગલ આપમેળે +25° થી -5° સુધી એડજસ્ટ થાય છે, 120 rpm ની સ્થિર રનર ગતિ જાળવી રાખે છે, જે "3-ગણા હેડ ભિન્નતા પર ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા" ની લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે. પારદર્શક કેસીંગ અનન્ય પ્રવાહ માર્ગનું સ્પષ્ટ અવલોકન કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને સ્ક્રીન પર કાર્યક્ષમતા સમોચ્ચ નકશો દર્શકોને તેની "મિશ્ર-પ્રવાહ અને અક્ષીય-પ્રવાહ ટર્બાઇન વચ્ચે અનુકૂલનક્ષમતા" સમજવામાં મદદ કરે છે.

(2) ઇમ્પલ્સ ટર્બાઇન મોડેલ: પાણીના પ્રવાહ અને બ્લેડનું "અથડામણ-પ્રકાર" ઊર્જા પ્રકાશન
પેલ્ટન ટર્બાઇન મોડેલ હાઇ-હેડ એપ્લિકેશન્સ માટે "પાવર ચેમ્પિયન" છે, જે સ્વિટ્ઝર્લૅન્ડના લિયોનહાર્ડ પાવર સ્ટેશનની ક્લાસિક ડિઝાઇનની નકલ કરે છે. 12 કપ-આકારની ડોલ (દરેક 50mL ક્ષમતાવાળી, ક્રોમ-પ્લેટેડ પિત્તળની બનેલી) રનરની આસપાસ સમાનરૂપે વિતરિત કરવામાં આવે છે (25cm વ્યાસ); "નોઝલ" (0.5cm વ્યાસ) 360° ફરે છે. ઉચ્ચ-દબાણવાળું પાણી (પ્લન્જર પંપ દ્વારા પૂરું પાડવામાં આવે છે, જે 500-1000m ના હેડનું અનુકરણ કરે છે) એક હાઇ-સ્પીડ જેટ (50m/s) બનાવે છે જે ડોલના "સ્પ્લિટર" પર ચોક્કસ અસર કરે છે, પાણીની ગતિ ઊર્જાને ફરતી રનરની યાંત્રિક ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. ગતિશીલ પ્રદર્શનનું મુખ્ય આકર્ષણ "જેટ ઇમ્પેક્ટ" દ્વારા ઊર્જા ટ્રાન્સફર છે: જ્યારે એક નોઝલ સક્રિય થાય છે, ત્યારે ટર્બાઇન વ્હીલને અસર કરતું વોટર જેટ નોંધપાત્ર "પ્રતિક્રિયા બળ" (રોટરનું તાત્કાલિક પ્રવેગ) ઉત્પન્ન કરે છે, જે 300 rpm સુધી પહોંચે છે અને 500W ની સિમ્યુલેટેડ જનરેટર આઉટપુટ પાવર) ઉત્પન્ન કરે છે. બે નોઝલ (સમપ્રમાણ રીતે ગોઠવાયેલા) સાથે, ઝડપ 580 rpm અને શક્તિ 980W સુધી વધે છે. સ્ક્રીન દર્શાવે છે કે "આ પ્રકારના ટર્બાઇનની કાર્યક્ષમતા ઊંચા પાણીના માથા હેઠળ 90% સુધી પહોંચી શકે છે, અને પાણી કેસીંગમાં પ્રવેશતું નથી, જે તેને ઉચ્ચ કાંપ સામગ્રીવાળા પાણી માટે યોગ્ય બનાવે છે." આ ડિઝાઇન સ્પષ્ટપણે સિદ્ધાંતને સમજાવે છે કે "ગતિ ઊર્જા ટ્રાન્સફર પાણીના દબાણ પર આધારિત નથી, પરંતુ ફક્ત હાઇ-સ્પીડ પાણીના પ્રવાહની અસર પર આધારિત છે," જે સંપૂર્ણ રીતે સમજાવે છે કે તે "100 મીટરથી વધુના માથાવાળા પર્વતીય હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ" માટે શા માટે યોગ્ય છે. ઝોક-ઇમ્પેક્ટ ટર્બાઇન મોડેલ "ત્રાંસી જેટ ઇમ્પેક્ટ" ની લવચીક અનુકૂલનક્ષમતા દર્શાવે છે, નોઝલ ટર્બાઇન વ્હીલ પ્લેન સાથે 22.5° કોણીય છે, પાણી સ્કૂપ-આકારના બ્લેડ (18 બ્લેડ) પર ત્રાંસી અસર કરે છે. ઇન્ટરેક્ટિવ સુવિધા દર્શકોને નોઝલ એંગલને સમાયોજિત કરવાની મંજૂરી આપે છે, રોટર ગતિમાં ફેરફારનું અવલોકન કરે છે - જ્યારે કોણ 22.5° થી વિચલિત થાય છે ત્યારે 10-15% ઘટાડો, કાર્યક્ષમતા પર કોણ ચોકસાઈની અસર દર્શાવે છે. આ પ્રકારના મોડેલનો ઉપયોગ ઘણીવાર "પર્વતીય વિસ્તારોમાં નાના પાયે હાઇડ્રોપાવર" દર્શાવવા માટે થાય છે, જે "20-300 મીટરના હેડ અને નાના પ્રવાહ દર સાથે વિતરિત ઉર્જા પ્રણાલીઓ" માટે યોગ્ય છે. ડબલ-ઇમ્પેક્ટ ટર્બાઇન મોડેલ "પાણી બ્લેડને બે વાર અસર કરીને" ઉર્જા ઉપયોગને મહત્તમ કરે છે. ટર્બાઇન વ્હીલમાં બ્લેડના બે સ્તરો હોય છે; પ્રથમ અસર પછી, પાણી વ્હીલમાંથી વહે છે અને નીચલા સ્તરને અસર કરે છે. પારદર્શક વ્હીલ દર્શકોને "ડબલ-ઇમ્પેક્ટ" માર્ગ જોવાની મંજૂરી આપે છે. સ્ક્રીન દર્શાવે છે કે "જ્યારે ડબલ-ઇમ્પેક્ટ ડિઝાઇનની કાર્યક્ષમતા થોડી ઓછી છે (75-85%), તેની સરળ રચના અને ઓછી કિંમત તેને ગ્રામીણ સૂક્ષ્મ-હાઇડ્રોપાવર માટે યોગ્ય બનાવે છે." આ ડિઝાઇન "સરળ ડિઝાઇનમાં ઉર્જા ઉપયોગની શાણપણ" સરળતાથી સ્પષ્ટ કરે છે. (3) હાઇડ્રો ટર્બાઇન મોડેલના ખાસ પ્રકારો: ભારે પરિસ્થિતિઓ માટે નવીન ડિઝાઇન
બલ્બ ટર્બાઇન મોડેલ લો-હેડ હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ માટે "ફ્લેટ-પ્રોફાઇલ" સોલ્યુશન છે. તેમાં "બલ્બ-આકારનું" માળખું છે - જનરેટર પાણીના પ્રવાહ માર્ગમાં બલ્બ-આકારના કેસીંગમાં રાખવામાં આવે છે, અને ટર્બાઇન રોટર સીધું જનરેટર શાફ્ટ સાથે જોડાયેલું છે (કોઈ સર્પાકાર કેસીંગ નથી). પાણી યુનિટમાંથી અક્ષીય રીતે વહે છે. 2-8 મીટરની સિમ્યુલેટેડ હેડ ઊંચાઈ (દા.ત., ભરતી પાવર પ્લાન્ટ્સ) માટે, રોટર (40 સે.મી. વ્યાસ, 8 વક્ર બ્લેડ) 80 આરપીએમ પર ફરે છે. સ્ક્રીન દર્શાવે છે કે "બલ્બ ટર્બાઇન 88% સુધીની કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી શકે છે, જે નદીના પટના પાવર પ્લાન્ટ્સ માટે યોગ્ય છે, ઓછા સિવિલ એન્જિનિયરિંગ ખર્ચ સાથે." પારદર્શક કેસીંગ સ્પષ્ટપણે "સીધા-થ્રુ વોટર ફ્લો" લાક્ષણિકતા દર્શાવે છે, જે ભરતી અને સિંચાઈ ચેનલો જેવા લો-હેડ એપ્લિકેશન્સમાં તેનો વ્યાપક ઉપયોગ સમજાવે છે. ભરતી ટર્બાઇન મોડેલ દ્વિદિશ વીજ ઉત્પાદન દર્શાવે છે. તેના રોટર બ્લેડમાં સપ્રમાણ "S-આકાર" ડિઝાઇન છે, જે રોટરને પાણી ડાબેથી જમણે કે જમણેથી ડાબે વહે છે (60 આરપીએમ) તે ધ્યાનમાં લીધા વિના ફેરવવા દે છે. આ મોડેલ "ટાઇડલ સિમ્યુલેશન ટાંકી" સાથે જોડાયેલું છે, જે "ઊંચી ભરતી દરમિયાન વીજ ઉત્પાદન → ઓછી ભરતી દરમિયાન વીજ ઉત્પાદન → સ્થિર ભરતી દરમિયાન બંધ" ના ચક્રને દર્શાવવા માટે વધતા અને ઘટતા પાણીના સ્તરનો ઉપયોગ કરે છે. સ્ક્રીન "ટાઇડલ ટર્બાઇન ચંદ્ર ગુરુત્વાકર્ષણનો ઉપયોગ કરે છે, નવીનીકરણીય છે અને ખૂબ જ અનુમાનિત છે" દર્શાવે છે. આ ડિઝાઇન "સ્વચ્છ ઊર્જા અને કુદરતી લય" વચ્ચેનો સિનર્જી દૃષ્ટિની રીતે સ્પષ્ટ બનાવે છે.