फ्रांसिस टरबाइन का अनुप्रयोग क्षेत्र

जल टरबाइन द्रव मशीनरी में एक प्रकार की टरबाइन मशीनरी है। लगभग 100 ईसा पूर्व में ही जल टरबाइन का प्रोटोटाइप अस्तित्व में आया था। उस समय इसका मुख्य कार्य अनाज प्रसंस्करण और सिंचाई के लिए मशीनरी चलाना था। जल प्रवाह से चलने वाले एक यांत्रिक उपकरण के रूप में जल टरबाइन का विकास होकर वर्तमान जल टरबाइन बन गया है और इसके अनुप्रयोग का दायरा भी विस्तृत हो गया है। तो आधुनिक जल टरबाइन मुख्य रूप से कहाँ उपयोग किए जाते हैं?

जल टरबाइन का मुख्य उपयोग पंप स्टोरेज पावर स्टेशन में होता है। जब विद्युत प्रणाली का भार मूल भार से कम होता है, तो इसका उपयोग जल पंप के रूप में अतिरिक्त विद्युत उत्पादन क्षमता का उपयोग करके निचले जलाशय से ऊपरी जलाशय तक जल पंप करने और ऊर्जा को संभावित ऊर्जा के रूप में संग्रहित करने के लिए किया जा सकता है; जब प्रणाली का भार मूल भार से अधिक होता है, तो इसका उपयोग जल टरबाइन के रूप में पीक लोड को समायोजित करने के लिए बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। इसलिए, विशुद्ध पंप स्टोरेज पावर स्टेशन विद्युत प्रणाली की शक्ति को नहीं बढ़ा सकता है, लेकिन यह तापीय विद्युत उत्पादन इकाइयों की परिचालन लागत में सुधार कर विद्युत प्रणाली की समग्र दक्षता को बढ़ा सकता है। 1950 के दशक से, पंप स्टोरेज इकाइयों को व्यापक रूप से महत्व दिया गया है और विश्व भर में इनका तेजी से विकास हुआ है।

प्रारंभिक चरण में या उच्च जलस्तर वाले क्षेत्रों में विकसित पंप स्टोरेज यूनिटें अधिकतर तीन मशीनों वाली होती हैं, यानी इनमें जनरेटर मोटर, वाटर टरबाइन और वाटर पंप श्रृंखला में लगे होते हैं। इसका लाभ यह है कि वाटर टरबाइन और वाटर पंप अलग-अलग डिज़ाइन किए जाते हैं, जिससे उच्च दक्षता प्राप्त होती है, और बिजली उत्पादन और पंपिंग के दौरान यूनिट की घूर्णन दिशा समान रहती है, जिससे बिजली उत्पादन से पंपिंग और पंपिंग से बिजली उत्पादन में त्वरित परिवर्तन किया जा सकता है। साथ ही, टरबाइन का उपयोग यूनिट को चालू करने के लिए किया जा सकता है। इसके नुकसान उच्च लागत और पावर स्टेशन में बड़े निवेश हैं।

झुके हुए प्रवाह वाले पंप टरबाइन रनर के ब्लेड जलस्तर और भार में परिवर्तन होने पर भी घूम सकते हैं और उनका संचालन प्रदर्शन अच्छा रहता है। हालांकि, हाइड्रोलिक विशेषताओं और सामग्री की मजबूती की सीमाओं के कारण, 1980 के दशक की शुरुआत में इसका अधिकतम जलस्तर केवल 136.2 मीटर था (जापान में कोगेन नंबर 1 पावर स्टेशन)। इससे अधिक जलस्तर के लिए, फ्रांसिस पंप टरबाइन की आवश्यकता होती है।

पंप स्टोरेज पावर स्टेशन में ऊपरी और निचले जलाशय होते हैं। समान ऊर्जा भंडारण की स्थिति में, हेड बढ़ाने से भंडारण क्षमता कम हो सकती है, यूनिट की गति बढ़ सकती है और परियोजना लागत कम हो सकती है। इसलिए, 300 मीटर से अधिक ऊंचाई वाले उच्च हेड ऊर्जा भंडारण पावर स्टेशन तेजी से विकसित हो रहे हैं। विश्व में सबसे अधिक जल हेड वाला फ्रांसिस पंप टरबाइन युगोस्लाविया के बेइनाबश्ता पावर स्टेशन में स्थापित है। इसकी एकल यूनिट शक्ति 315 मेगावाट है और टरबाइन का जल हेड 600.3 मीटर है; पंप का हेड 623.1 मीटर और घूर्णन गति 428.6 R/मिनट है। इसे 1977 में चालू किया गया था। 20वीं शताब्दी से ही, जलविद्युत इकाइयां उच्च मानकों और बड़ी क्षमता की ओर विकसित हो रही हैं। विद्युत प्रणाली में ईंधन क्षमता में वृद्धि और परमाणु ऊर्जा के विकास के साथ, उचित पीक शेविंग की समस्या को हल करने के लिए, दुनिया भर के देश प्रमुख जल प्रणालियों में बड़े पैमाने पर पावर स्टेशनों के विकास या विस्तार के अलावा सक्रिय रूप से पंप स्टोरेज पावर स्टेशन बना रहे हैं। इसलिए, पंप टरबाइनों का तेजी से विकास हुआ है।

जल प्रवाह की ऊर्जा को घूर्णनशील यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने वाली विद्युत मशीन के रूप में, जल टरबाइन, जल टरबाइन जनरेटर सेट का एक अनिवार्य हिस्सा है। आजकल, पर्यावरण संरक्षण की समस्या और भी गंभीर होती जा रही है। स्वच्छ ऊर्जा का उपयोग करने वाली विद्युत उत्पादन विधि, जलविद्युत का अनुप्रयोग और प्रचार-प्रसार तेजी से बढ़ रहा है। विभिन्न जल संसाधनों का पूर्ण उपयोग करने के लिए, ज्वार-भाटे, कम ढलान वाली मैदानी नदियाँ और यहाँ तक कि लहरों ने भी व्यापक ध्यान आकर्षित किया है, जिसके परिणामस्वरूप ट्यूबलर टरबाइन और अन्य छोटी इकाइयों का तेजी से विकास हुआ है।