העיקרון והיקף היישום של טורבינת מים

טורבינת המים היא טורבו-מכונה במכונות נוזלים. כבר בסביבות שנת 100 לפני הספירה נולד אב הטיפוס של טורבינת המים, גלגל המים. באותה תקופה, תפקידה העיקרי היה להניע מכונות לעיבוד תבואה והשקיה. גלגל המים, כמכשיר מכני המשתמש בזרימת מים ככוח, התפתח לטורבינת המים הנוכחית, וגם היקף היישום שלו הורחב. אז היכן משמשות בעיקר טורבינות מים מודרניות?
טורבינות משמשות בעיקר בתחנות כוח אגירה שאובה. כאשר העומס של מערכת החשמל נמוך מהעומס הבסיסי, ניתן להשתמש בהן כמשאבת מים כדי להשתמש בכושר ייצור החשמל העודף כדי לשאוב מים מהמאגר במורד הזרם למאגר במעלה הזרם כדי לאגור אנרגיה בצורה של אנרגיה פוטנציאלית; כאשר עומס המערכת גבוה מהעומס הבסיסי, ניתן להשתמש בהן כטורבינה הידראולית, המייצרת חשמל כדי לווסת עומסי שיא. לכן, תחנת כוח אגירה שאובה טהורה אינה יכולה להגדיל את הספק מערכת החשמל, אך היא יכולה לשפר את כלכלת התפעול של יחידות ייצור חשמל תרמי ולשפר את היעילות הכוללת של מערכת החשמל. מאז שנות ה-50, יחידות אגירה שאובה זכו להערכה רבה ופיתחו במהירות במדינות ברחבי העולם.

רוב יחידות אגירת השאיבה שפותחו בשלב מוקדם או עם ראש מים גבוה מאמצות את הסוג של שלוש מכונות, כלומר, הן מורכבות ממנוע גנרטור, טורבינת מים ומשאבת מים בטור. יתרונה הוא שהטורבינה ומשאבת המים מתוכננות בנפרד, שלכל אחת מהן יעילות גבוהה יותר, והיחידה מסתובבת באותו כיוון בעת ​​ייצור חשמל ושאיבת מים, ויכולה לעבור במהירות מייצור חשמל לשאיבה, או משאיבה לייצור חשמל. יחד עם זאת, ניתן להשתמש בטורבינה כדי להפעיל את היחידה. החיסרון שלה הוא שהעלות גבוהה וההשקעה בתחנת הכוח גדולה.
ניתן לסובב את להבי טורבינת משאבת הזרימה האלכסונית, ועדיין יש לה ביצועי פעולה טובים כאשר גובה המים והעומס משתנים. עם זאת, עקב מגבלות המאפיינים ההידראוליים וחוזק החומר, בתחילת שנות ה-80, גובה המים הנקי שלה היה רק ​​136.2 מטרים (תחנת הכוח הראשונה טאקגן ביפן). עבור גובהי סחף גבוהים יותר, נדרשות טורבינות משאבת פרנסיס.
לתחנת כוח לאגירת אנרגיה שאובה יש מאגרים עליונים ותחתונים. בתנאי אגירת אותה אנרגיה, הגדלת העילוי יכולה להפחית את קיבולת האחסון, להגדיל את מהירות היחידה ולהפחית את עלות הפרויקט. לכן, תחנת כוח לאגירת אנרגיה בעלת עומק מים גבוה מעל 300 מטר התפתחה במהירות. טורבינת המשאבה פרנסיס בעלת עומק המים הגבוה בעולם מותקנת בתחנת הכוח באינה באסטה ביוגוסלביה. מאז המאה ה-20, יחידות אנרגיה הידרואלקטרית מתפתחות לכיוון פרמטרים גבוהים וקיבולת גדולה. עם העלייה בקיבולת החשמל התרמית במערכת החשמל ופיתוח האנרגיה הגרעינית, על מנת לפתור את בעיית ויסות השיא הסביר, בנוסף לפיתוח או הרחבה נמרצים של תחנות כוח בקנה מידה גדול במערכות מים מרכזיות, מדינות ברחבי העולם בונות באופן פעיל תחנות כוח לאגירת אנרגיה שאובה, וכתוצאה מכך פיתוח מהיר של טורבינות משאבה.

כמכונת כוח הממירה את אנרגיית זרימת המים לאנרגיה מכנית מסתובבת, טורבינת הידרו היא חלק הכרחי ממערכת גנרטור הידרואלקטרי. כיום, בעיית הגנת הסביבה הופכת חמורה יותר ויותר, והיישום והקידום של אנרגיה הידרואלקטרית, המשתמשת באנרגיה נקייה, גוברים. על מנת לנצל באופן מלא את המשאבים הידראוליים השונים, גאות ושפל, נהרות רגילים עם נפילת מים נמוכה מאוד ואפילו גלים משכו תשומת לב נרחבת, וכתוצאה מכך הפיתוח המהיר של טורבינות צינוריות ויחידות קטנות אחרות.