La turbina idraulica è un tipo di macchina a turbina per macchine a fluido. Già intorno al 100 a.C., nacque il prototipo della turbina idraulica. A quel tempo, la sua funzione principale era quella di azionare macchinari per la lavorazione dei cereali e l'irrigazione. La turbina idraulica, come dispositivo meccanico alimentato dal flusso d'acqua, si è evoluta fino a diventare l'attuale turbina idraulica, e anche il suo campo di applicazione è stato ampliato. Dove vengono principalmente utilizzate le moderne turbine idrauliche?
La turbina idraulica viene utilizzata principalmente nelle centrali elettriche ad accumulo con pompaggio. Quando il carico del sistema elettrico è inferiore al carico di base, può essere utilizzata come pompa idraulica per sfruttare la capacità di generazione di energia in eccesso per pompare acqua dal serbatoio a valle a quello a monte e immagazzinare energia sotto forma di energia potenziale; quando il carico del sistema è superiore al carico di base, può essere utilizzata come turbina idraulica per generare elettricità e compensare il carico di picco. Pertanto, le centrali elettriche ad accumulo con pompaggio puro non possono aumentare la potenza del sistema elettrico, ma possono migliorare l'economia operativa delle unità di generazione di energia termica e migliorarne l'efficienza complessiva. Dagli anni '50, le unità ad accumulo con pompaggio sono state ampiamente apprezzate e sviluppate rapidamente in tutto il mondo.
Le unità di pompaggio sviluppate nella fase iniziale o con elevata portata d'acqua adottano principalmente 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 idraulica e la pompa idraulica sono progettate separatamente, il che può garantire un'elevata efficienza, e il senso di rotazione dell'unità è lo stesso durante la generazione e il pompaggio, il che può essere rapidamente convertito dalla produzione di energia al pompaggio, o dal pompaggio alla produzione di energia. Allo stesso tempo, la turbina può essere utilizzata per avviare l'unità. Gli svantaggi sono i costi elevati e i grandi investimenti nella centrale elettrica.
Le pale della girante della turbina della pompa a flusso inclinato possono ruotare e mantenere buone prestazioni operative al variare del carico e della portata d'acqua. Tuttavia, a causa delle caratteristiche idrauliche e della resistenza del materiale, il suo carico massimo era di soli 136,2 m all'inizio degli anni '80 (centrale elettrica Kogen n. 1 in Giappone). Per carichi d'acqua più elevati, sono necessarie turbine Francis.
La centrale idroelettrica ad accumulo è dotata di serbatoi superiori e inferiori. A parità di energia immagazzinata, l'aumento del salto 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 caduta, con altezza superiore ai 300 metri, si stanno sviluppando rapidamente. La turbina Francis con il salto d'acqua più alto al mondo è installata nella centrale idroelettrica di Beinabashta in Jugoslavia. La sua potenza unitaria è di 315 MW e il salto d'acqua della turbina è di 600,3 metri; la pompa ha un salto di 623,1 metri e una velocità di rotazione di 428,6 giri/min. È stata messa in funzione nel 1977. Dal XX secolo, le centrali idroelettriche si sono sviluppate verso parametri elevati e grandi capacità. Con l'aumento della capacità di pompaggio nel sistema elettrico e lo sviluppo dell'energia nucleare, al fine di risolvere il problema di un ragionevole taglio dei picchi di potenza, i paesi di tutto il mondo stanno attivamente costruendo centrali idroelettriche ad accumulo, oltre a sviluppare o espandere energicamente centrali su larga scala nei principali sistemi idrici. Per questo motivo le turbine a pompa si sono sviluppate rapidamente.
In quanto macchina di potenza che converte l'energia del flusso d'acqua in energia meccanica rotativa, la turbina idraulica è un componente indispensabile di un gruppo elettrogeno a turbina idraulica. Oggigiorno, il problema della tutela ambientale sta diventando sempre più serio. L'energia idroelettrica, un metodo di produzione di energia che utilizza energia pulita, sta aumentando la sua applicazione e promozione. Per sfruttare appieno le diverse risorse idriche, anche le maree, i fiumi di pianura con bassi dislivelli e persino le onde hanno attirato una vasta attenzione, il che ha portato al rapido sviluppo di turbine tubolari e altre piccole unità.
Data di pubblicazione: 06-04-2022
