Vodna turbina, a najčešće su Kaplanova, Peltonova i Francisova turbina, veliki je rotacijski stroj koji pretvara kinetičku i potencijalnu energiju u hidroelektričnu energiju. Ovi moderni ekvivalenti vodenog kotača koriste se više od 135 godina za industrijsku proizvodnju energije, a u novije vrijeme i za proizvodnju hidroenergije.
Za što se danas koriste vodne turbine?
Danas hidroenergija doprinosi 16% svjetske proizvodnje energije. U 19. stoljeću, vodne turbine su se pretežno koristile za industrijsku energiju prije nego što su električne mreže postale široko rasprostranjene. Trenutno se koriste za proizvodnju električne energije i mogu se naći u branama ili područjima gdje se javlja jak protok vode.
S obzirom na brzi rast globalne potražnje za energijom i čimbenike poput klimatskih promjena i iscrpljivanja fosilnih goriva, hidroelektrana ima potencijal ostvariti veliki utjecaj kao oblik zelene energije na svjetskoj razini. Kako se potraga za ekološki prihvatljivim i čistim izvorima energije nastavlja, Francisove turbine mogle bi se pokazati vrlo popularnim i sve više prihvaćenim rješenjem u nadolazećim godinama.
Kako vodne turbine proizvode električnu energiju?
Tlak vode stvoren prirodno ili umjetno tekućom vodom postoji kao izvor energije za vodne turbine. Ta se energija hvata i pretvara u hidroelektranu. Hidroelektrana obično koristi branu na aktivnoj rijeci za skladištenje vode. Voda se zatim ispušta u koracima, teče kroz turbinu, okreće je i aktivira generator koji zatim proizvodi električnu energiju.
Koliko su velike vodene turbine?
Na temelju pada pod kojim rade, vodne turbine mogu se klasificirati na visoke, srednje i niske. Hidroenergetski sustavi s niskim padom su veći, jer vodna turbina mora biti velika kako bi postigla visok protok dok se na lopatice primjenjuje nizak tlak vode. S druge strane, hidroenergetski sustavi s visokim padom ne trebaju tako veliki opseg površine, jer se koriste za iskorištavanje energije iz brže tekućih izvora vode.
Grafikon koji objašnjava veličinu različitih dijelova hidroenergetskog sustava, uključujući vodnu turbinu
Grafikon koji objašnjava veličinu različitih dijelova hidroenergetskog sustava, uključujući vodnu turbinu
U nastavku ćemo objasniti nekoliko primjera različitih vrsta vodnih turbina koje se koriste za različite primjene i tlak vode.
Kaplanova turbina (tlačni tlak od 0-60 m)
Ove turbine poznate su kao aksijalne reakcijske turbine, jer mijenjaju tlak vode dok ona teče kroz njih. Kaplanova turbina nalikuje propeleru i ima podesive lopatice kako bi se maksimizirala učinkovitost u rasponu razina vode i tlaka.
Dijagram Kaplanove turbine
Peltonova turbina (300 m-1600 m tlaka)
Peltonova turbina - ili Peltonov kotač - poznata je kao impulsna turbina, jer izvlači energiju iz vode u pokretu. Ova turbina je prikladna za primjene s visokim tlakom, jer zahtijeva visok tlak vode kako bi se primijenila sila na žlicaste kante i uzrokovalo rotaciju diska i generiranje energije.
Peltonova turbina
Francisova turbina (tlačni tlak 60 m-300 m)
Posljednja i najpoznatija vodna turbina, Francisova turbina, čini 60% svjetske hidroenergije. Radeći kao udarna i reaktivna turbina koja radi na srednjem tlaku, Francisova turbina kombinira koncepte aksijalnog i radijalnog protoka. Na taj način turbina popunjava prazninu između turbina s visokim i niskim tlakom, stvarajući učinkovitiji dizajn i izazivajući današnje inženjere da ga dodatno poboljšaju.
Točnije, Francisova turbina radi tako da voda teče kroz spiralno kućište u (statičke) upravljačke lopatice koje kontroliraju protok vode prema (pokretnim) lopaticama rotora. Voda prisiljava rotor da se okreće kombiniranim udarom i reakcijom sila, te konačno izlazi iz rotora kroz odvodnu cijev koja ispušta protok vode u vanjski okoliš.
Kako odabrati dizajn vodene turbine?
Odabir optimalnog dizajna turbine često se svodi na jednu stvar; količinu pada i protoka koji su vam dostupni. Nakon što utvrdite kakav tlak vode možete iskoristiti, možete odlučiti je li vam bolje prikladan zatvoreni "dizajn reakcijske turbine" poput Francisove turbine ili otvoreni "dizajn impulsne turbine", poput Peltonove turbine.
Dijagram vodne turbine
Konačno, možete utvrditi potrebnu brzinu vrtnje vašeg predloženog električnog generatora.
Vrijeme objave: 15. srpnja 2022.
