A vízturbina, a legelterjedtebbek a Kaplan, Pelton és Francis turbinák, egy nagy forgógép, amely a mozgási és a potenciális energiát vízenergiává alakítja. A vízkerék e modern megfelelőit több mint 135 éve használják ipari energiatermelésre, és újabban vízenergia-termelésre.
Mire használják manapság a vízturbinákat?
Napjainkban a vízenergia a világ energiatermelésének 16%-át teszi ki. A 19. században a vízturbinákat túlnyomórészt ipari energiatermelésre használták, mielőtt az elektromos hálózatok elterjedtek volna. Jelenleg villamosenergia-termelésre használják őket, és gátakban vagy olyan területeken találhatók, ahol nagy vízhozam fordul elő.
A globális energiaigény rohamos növekedésével, valamint az olyan tényezőkkel, mint az éghajlatváltozás és a fosszilis tüzelőanyagok kimerülése, a vízenergia világszerte nagy hatást gyakorolhat a zöld energia egyik formájaként. Ahogy a környezetbarát és tiszta energiaforrások keresése folytatódik, a Francis turbinák az elkövetkező években nagyon népszerű és egyre inkább elfogadott megoldássá válhatnak.
Hogyan termelnek áramot a vízturbinák?
A természetes vagy mesterségesen áramló víz által létrehozott víznyomás a vízturbinák energiaforrása. Ezt az energiát befogják és vízenergiává alakítják. A vízerőmű általában egy aktív folyón lévő gátat használ a víz tárolására. A víz ezután lépésekben szabadul fel, átfolyik a turbinán, megforgatja azt, és aktivál egy generátort, amely ezután áramot termel.
Mekkorák a vízturbinák?
A működési nyomásuk alapján a vízturbinákat nagy, közepes és kis nyomásúakra lehet osztani. Az alacsony nyomású vízerőmű-rendszerek nagyobbak, mivel a vízturbinának nagynak kell lennie a nagy áramlási sebesség eléréséhez, miközben alacsony víznyomás hat a lapátokra. A nagy nyomású vízerőmű-rendszereknek viszont nincs szükségük ilyen nagy felületi kerületre, mivel gyorsabban mozgó vízforrásokból származó energiát hasznosítanak.
A különböző vízerőmű-alkatrészek, beleértve a vízturbinát is, méretét bemutató diagram
Egy diagram, amely bemutatja a különböző vízerőmű-rendszer alkatrészek méretét, beleértve a vízturbinát is
Az alábbiakban néhány példát ismertetünk a különböző alkalmazásokhoz és víznyomáshoz használt különböző típusú vízturbinákra.
Kaplan turbina (0-60 m nyomásmagasság)
Ezeket a turbinákat axiális áramlású reakciós turbináknak nevezik, mivel a víz áramlása közben megváltoztatják a nyomást. A Kaplan-turbina egy propellerhez hasonlít, és állítható lapátokkal rendelkezik, hogy maximalizálják a hatékonyságot a víz és a nyomásszintek széles tartományában.
Kaplan turbina diagram
Pelton turbina (300m-1600m nyomásmagasság)
A Pelton-turbina – vagy Pelton-kerék – impulzusturbinaként ismert, mivel a mozgó vízből nyeri ki az energiát. Ez a turbina nagy emelőmagasságú alkalmazásokhoz alkalmas, mivel nagy víznyomásra van szükség ahhoz, hogy erőt fejtsen ki a kanál alakú vödrökre, és forogjon a tárcsa, ezáltal energiát termeljen.
Pelton-turbina
Francis turbina (60m-300m nyomásmagasság)
Az utolsó és leghíresebb vízturbina, a Francis-turbina a világ vízenergiájának 60%-át adja. Közepes nyomáson működő ütköző és reakciós turbinaként a Francis-turbina az axiális és radiális áramlási koncepciókat ötvözi. Ezáltal a turbina kitölti a nagy és kis nyomású turbinák közötti rést, hatékonyabb konstrukciót hoz létre, és a mai mérnököket arra ösztönzi, hogy továbbfejlesszék.
Pontosabban, egy Francis-turbina úgy működik, hogy a víz egy spirális házon keresztül (statikus) terelőlapátokba áramlik, amelyek a víz áramlását a (mozgó) futólapátok felé szabályozzák. A víz az erők együttes ütközése és reakciója révén forgásra kényszeríti a futót, végül egy szívócsövön keresztül kilép a futóból, amely a vízáramot a külső környezetbe engedi.
Hogyan válasszak vízturbina-tervet?
Az optimális turbina kialakításának kiválasztása gyakran egyetlen dologtól függ; az elérhető emelőmagasságtól és áramlási sebességtől. Miután megállapította, hogy milyen víznyomást tud kihasználni, eldöntheti, hogy egy zárt „reakciós turbina kialakítás”, mint a Francis turbina, vagy egy nyitott „impulzus turbina kialakítás”, mint a Pelton turbina, a jobb választás.
Vízturbina diagram
Végül meghatározhatja a tervezett elektromos generátor szükséges forgási sebességét.
Közzététel ideje: 2022. július 15.
