היקף היישום של טורבינת פרנסיס

טורבינת מים היא סוג של מנגנון טורבינה במכונות נוזלים. כבר בסביבות שנת 100 לפני הספירה נולד אב הטיפוס של טורבינת המים - טורבינת מים. באותה תקופה, התפקיד העיקרי היה להניע מכונות לעיבוד תבואה והשקיה. טורבינת מים, כמכשיר מכני המופעל על ידי זרימת מים, התפתחה לטורבינת המים של ימינו, וגם היקף היישום שלה הורחב. אז היכן משמשות בעיקר טורבינות מים מודרניות?

טורבינת מים משמשת בעיקר לתחנות כוח אגירה שאובה. כאשר העומס של מערכת החשמל נמוך מהעומס הבסיסי, ניתן להשתמש בה כמשאבת מים כדי להשתמש בקיבולת ייצור החשמל העודפת כדי לשאוב מים מהמאגר במורד הזרם למאגר במעלה הזרם ולאגור אנרגיה בצורה של אנרגיה פוטנציאלית; כאשר עומס המערכת גבוה מהעומס הבסיסי, ניתן להשתמש בה כטורבינת מים לייצור חשמל כדי להתאים את עומס השיא. לכן, תחנת כוח אגירה שאובה טהורה אינה יכולה להגדיל את הספק מערכת החשמל, אך 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 בכל רחבי העולם.

יחידות אגירת שאיבה שפותחו בשלב מוקדם או עם גובה מים גבוה מאמצות לרוב את שלושת סוגי המכונות, כלומר, הן מורכבות ממנוע גנרטור, טורבינת מים ומשאבת מים בטור. היתרון שלהן הוא שטורבינת המים ומשאבת המים מתוכננות בנפרד, מה שיכול להיות בעל יעילות גבוהה, וכיוון הסיבוב של היחידה זהה בעת ייצור ושאיבה, מה שניתן להמיר במהירות מייצור חשמל לשאיבה, או משאיבה לייצור חשמל. יחד עם זאת, ניתן להשתמש בטורבינה כדי להפעיל את היחידה. חסרונותיהן הן עלות גבוהה והשקעה גדולה בתחנת כוח.

להבי טורבינת משאבת הזרימה המשופעת יכולים להסתובב ועדיין להשיג ביצועי פעולה טובים כאשר גובה המים והעומס משתנים. עם זאת, מוגבל על ידי המאפיינים ההידראוליים וחוזק החומר, גובה המים המרבי שלה היה רק ​​136.2 מטר בתחילת שנות ה-80 (תחנת הכוח קוגן מספר 1 ביפן). עבור גובהי מים גבוהים יותר, נדרשות טורבינות משאבה מסוג פרנסיס.

תחנת הכוח לאגירת אנרגיה שאובה מצוידת במאגרים עליונים ותחתונים. בתנאי אגירת אנרגיה זהה, הגדלת העומס יכולה להפחית את קיבולת האחסון, להגדיל את מהירות היחידה ולהפחית את עלות הפרויקט. לכן, תחנות כוח לאגירת אנרגיה בעומק גבוה מעל 300 מטר מתפתחות במהירות. טורבינת המשאבה פרנסיס בעלת עומק המים הגבוה ביותר בעולם מותקנת בתחנת הכוח ביינאבשטה ביוגוסלביה. הספק היחידה שלה הוא 315 מגה-וואט ועומק המים של הטורבינה הוא 600.3 מטר; למשאבה עומק של 623.1 מטר ומהירות סיבוב של 428.6 סל"ד. היא הופעלה בשנת 1977. מאז המאה ה-20, יחידות אנרגיה הידרואלקטרית התפתחו לקראת פרמטרים גבוהים וקיבולת גדולה. עם העלייה ביכולת האש במערכת החשמל ופיתוח האנרגיה הגרעינית, על מנת לפתור את בעיית גילוח השיאים הסביר, מדינות בכל רחבי העולם בונות באופן פעיל תחנות כוח לאגירת אנרגיה שאובה בנוסף לפיתוח או הרחבה נמרצים של תחנות כוח בקנה מידה גדול במערכות מים מרכזיות. לכן, טורבינות המשאבה התפתחו במהירות.

כמכונת כוח הממירה את אנרגיית זרימת המים לאנרגיה מכנית מסתובבת, טורבינת מים היא חלק הכרחי במערך גנרטור של טורבינות מים. כיום, בעיית הגנת הסביבה הופכת לחמורה יותר ויותר. אנרגיה הידרואלקטרית, שיטת ייצור חשמל המשתמשת באנרגיה נקייה, הולכת וגוברת השימוש בה וקידום שלה. על מנת לנצל באופן מלא את המשאבים הידראוליים השונים, גאות ושפל, נהרות רגילים עם מפל נמוך וגלים אפילו משכו גם הם תשומת לב נרחבת, מה שהוביל לפיתוח מהיר של טורבינות צינוריות ויחידות קטנות אחרות.