La turbina idraulica è una turbomacchina appartenente alla classe delle macchine a fluido. Già intorno al 100 a.C. nacque il prototipo della turbina idraulica, la ruota idraulica. A quel tempo, la sua funzione principale era quella di azionare macchinari per la lavorazione dei cereali e l'irrigazione. La ruota idraulica, come dispositivo meccanico che sfrutta il flusso d'acqua come energia, si è evoluta nell'attuale turbina idraulica, e anche il suo campo di applicazione è stato ampliato. Dove vengono principalmente utilizzate le moderne turbine idrauliche?
Le turbine sono utilizzate principalmente nelle centrali elettriche ad accumulo con pompaggio. Quando il carico del sistema elettrico è inferiore al carico di base, possono essere utilizzate come pompe idrauliche per sfruttare la capacità di generazione di energia in eccesso e pompare acqua dal serbatoio a valle a quello a monte, immagazzinando energia sotto forma di energia potenziale; quando il carico del sistema è superiore al carico di base, possono essere utilizzate come turbine idrauliche, generando elettricità per regolare i picchi di carico. Pertanto, una centrale elettrica ad accumulo con pompaggio puro non può aumentare la potenza del sistema elettrico, ma può migliorare l'economia operativa delle unità di generazione di energia termica e l'efficienza complessiva del sistema elettrico. Dagli anni '50, le unità di accumulo con pompaggio sono state ampiamente apprezzate e sviluppate rapidamente in paesi di tutto il mondo.
La maggior parte delle unità di pompaggio sviluppate in fase iniziale o con elevata portata d'acqua adotta il tipo a tre macchine, ovvero sono composte da un motore generatore, una turbina idraulica e una pompa idraulica in serie. Il vantaggio è che la turbina e la pompa idraulica sono progettate separatamente, il che consente una maggiore efficienza, e l'unità ruota nella stessa direzione durante la generazione di elettricità e il pompaggio dell'acqua, e può passare rapidamente dalla produzione di energia al pompaggio, o viceversa. Allo stesso tempo, la turbina può essere utilizzata per avviare l'unità. Lo svantaggio è l'elevato costo e l'ingente investimento nella centrale elettrica.
Le pale della girante della turbina a pompa obliqua possono essere ruotate e mantengono buone prestazioni operative al variare del carico e del salto idrico. Tuttavia, a causa dei limiti delle caratteristiche idrauliche e della resistenza dei materiali, all'inizio degli anni '80 il suo salto netto era di soli 136,2 metri (prima centrale elettrica giapponese di Takagen). Per salti più elevati, sono necessarie turbine a pompa Francis.
La centrale idroelettrica ad accumulo è dotata di serbatoi superiori e inferiori. A parità di energia immagazzinata, l'aumento della portata può ridurre la capacità di accumulo, aumentare la velocità dell'unità e ridurre i costi di progetto. Pertanto, le centrali idroelettriche ad accumulo ad alta portata, con prevalenza superiore ai 300 metri, si sono sviluppate rapidamente. La pompa-turbina Francis con la più alta portata d'acqua al mondo è installata nella centrale idroelettrica di Baina Basta in Jugoslavia. È entrata in funzione nel 2018. Dal XX secolo, le centrali idroelettriche si sono sviluppate verso parametri elevati e grandi capacità. Con l'aumento della capacità termica del sistema elettrico e lo sviluppo dell'energia nucleare, al fine di risolvere il problema di una ragionevole regolazione dei picchi, oltre allo sviluppo o all'espansione intensiva di centrali elettriche su larga scala nei principali sistemi idrici, i paesi di tutto il mondo stanno attivamente costruendo centrali idroelettriche ad accumulo, con conseguente rapido sviluppo delle pompe-turbine.
In quanto macchina che converte l'energia del flusso d'acqua in energia meccanica rotante, una turbina idraulica è una parte indispensabile di un gruppo idroelettrico. Oggigiorno, il problema della tutela ambientale sta diventando sempre più serio e l'applicazione e la promozione dell'energia idroelettrica, che utilizza energia pulita, sono in aumento. Per sfruttare appieno le diverse risorse idriche, anche le maree, i fiumi di pianura con dislivello molto basso e persino le onde hanno attirato una vasta attenzione, con conseguente rapido sviluppo di turbine tubolari e altre piccole unità.
Data di pubblicazione: 23 marzo 2022
