Vatnstúrbína er eins konar túrbínavél í vökvavélum. Frumgerð vatnstúrbína – vatnstúrbína – fæddist allt frá um 100 f.Kr. Á þeim tíma var aðalhlutverk hennar að knýja vélar til kornvinnslu og áveitu. Vatnstúrbína, sem vélræn tæki knúið af vatnsflæði, hefur þróast upp í núverandi vatnstúrbínu og notkunarsvið hennar hefur einnig stækkað. Hvar eru þá nútíma vatnstúrbínur aðallega notaðar?
Vatnstúrbínan er aðallega notuð í dælugeymsluaflstöðvum. Þegar álag raforkukerfisins er lægra en grunnálagið er hægt að nota hana sem vatnsdælu til að nota umframorkuframleiðslugetu til að dæla vatni úr niðurstreymislóni upp í uppstreymislón og geyma orku í formi hugsanlegrar orku. Þegar álag kerfisins er hærra en grunnálagið er hægt að nota hana sem vatnstúrbínu til að framleiða rafmagn til að aðlaga hámarksálagið. Þess vegna geta hrein dælugeymsluaflstöðvar ekki aukið afl raforkukerfisins, en geta bætt rekstrarhagkvæmni varmaorkuframleiðslueininga og bætt heildarnýtni raforkukerfisins. Frá sjötta áratug síðustu aldar hafa dælugeymslueiningar notið mikilla vinsælda og þróast hratt um allan heim.
Dælugeymslueiningar sem þróaðar voru á fyrstu stigum eða með háan vatnsþrýsting nota að mestu leyti þrjár gerðir véla, þ.e. þær eru samsettar af rafstöð, vatnstúrbínu og vatnsdælu í röð. Kosturinn er að vatnstúrbínan og vatnsdælan eru hönnuð sérstaklega, sem getur haft mikla afköst, og snúningsátt einingarinnar er sú sama við raforkuframleiðslu og dælingu, sem gerir það auðvelt að breyta fljótt úr raforkuframleiðslu í dælingu, eða úr dælingu í raforkuframleiðslu. Á sama tíma er hægt að nota túrbínuna til að ræsa eininguna. Ókostir þess eru hár kostnaður og mikil fjárfesting í virkjun.
Blöðin á hallandi dæluþyrpunni geta snúist og samt sem áður haft góða afköst þegar vatnshæð og álag breytast. Hins vegar, takmarkað af vökvaeiginleikum og efnisstyrk, var hámarksvatnshæðin aðeins 136,2 m snemma á níunda áratugnum (Kogen nr. 1 virkjun í Japan). Fyrir hærri vatnshæð eru Francis dælutúrbínur nauðsynlegar.
Dælugeymslustöðin er búin efri og neðri geymum. Með því að geyma sömu orku getur aukning á vatnshæð minnkað geymslugetuna, aukið hraða einingarinnar og lækkað kostnað verkefnisins. Þess vegna eru orkugeymslustöðvar með mikilli vatnshæð yfir 300 metra hæð í örri þróun. Francis-dælutúrbínan með hæsta vatnshæð í heimi er sett upp í Beinabashta-virkjuninni í Júgóslavíu. Afl hverrar einingar er 315 MW og vatnshæð túrbínunnar er 600,3 metrar. Dælan hefur vatnshæð upp á 623,1 m og snúningshraða upp á 428,6 snúningar á mínútu. Hún var tekin í notkun árið 1977. Frá 20. öld hafa vatnsaflsvirkjanir verið að þróast í átt að háum breytum og mikilli afkastagetu. Með aukinni eldgetu í raforkukerfinu og þróun kjarnorku, til að leysa vandamálið með sanngjarna tindjaskeringu, hafa lönd um allan heim verið að byggja dælugeymslustöðvar, auk þess að þróa eða stækka stórar virkjanir í helstu vatnskerfum. Þess vegna hafa dælutúrbínur þróast hratt.
Sem orkugjafi sem breytir orku vatnsflæðis í snúningsorku er vatnstúrbína ómissandi hluti af vatnstúrbínuaflssamstæðu. Nú á dögum er vandamálið varðandi umhverfisvernd að verða sífellt alvarlegra. Vatnsafl, orkuframleiðsluaðferð sem notar hreina orku, er að aukast og er kynnt í auknum mæli. Til að nýta ýmsar vatnsauðlindir til fulls hafa sjávarföll, slétt ár með litlu falli og jafnar öldur einnig vakið mikla athygli, sem hefur leitt til hraðrar þróunar rörlaga túrbína og annarra lítilla eininga.
Birtingartími: 6. apríl 2022
