חשיפת יתרונותיה של טורבינת פרנסיס בייצור חשמל מודרני

בנוף המתפתח ללא הרף של מגזר האנרגיה, החתירה לטכנולוגיות יעילות לייצור חשמל הפכה קריטית מתמיד. ככל שהעולם מתמודד עם שני אתגרים של עמידה בביקוש האנרגיה הגובר והפחתת פליטות פחמן, מקורות אנרגיה מתחדשים צצים לקדמת הבמה. מבין אלה, אנרגיה הידרואלקטרית בולטת כאופציה אמינה ובת קיימא, המספקת חלק משמעותי מהחשמל העולמי.
טורבינת פרנסיס, מרכיב מפתח בתחנות כוח הידרואלקטריות, ממלאת תפקיד מרכזי במהפכה זו של אנרגיה נקייה. טורבינה מסוג זה, שהומצאה על ידי ג'יימס ב. פרנסיס בשנת 1849, הפכה מאז לאחת הנפוצות בעולם. חשיבותה בתחום האנרגיה ההידרואלקטרית אינה ניתנת להפריז, שכן היא מסוגלת להמיר ביעילות את אנרגיית המים הזורמים לאנרגיה מכנית, אשר לאחר מכן מומרת לאנרגיה חשמלית על ידי גנרטור. עם מגוון רחב של יישומים, החל מפרויקטים הידרואלקטריים כפריים בקנה מידה קטן ועד תחנות כוח מסחריות בקנה מידה גדול, טורבינת פרנסיס הוכיחה את עצמה כפתרון רב-תכליתי ואמין לרתימת כוח המים.
יעילות גבוהה בהמרת אנרגיה
טורבינת פרנסיס ידועה ביעילותה הגבוהה בהמרת אנרגיית המים הזורמים לאנרגיה מכנית, אשר לאחר מכן מומרת לאנרגיה חשמלית על ידי גנרטור. ביצועי יעילות גבוהה אלה נובעים מהתכנון הייחודי ועקרונות התפעול שלה.
1. ניצול אנרגיה קינטית ופוטנציאלית
טורבינות פרנסיס מתוכננות לנצל באופן מלא את האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של המים. כאשר מים נכנסים לטורבינה, הם עוברים תחילה דרך מעטפת ספירלית, אשר מפזרת את המים באופן שווה סביב המסלול. להבי המסלול מעוצבים בקפידה כדי להבטיח שלזרימת המים תהיה אינטראקציה חלקה ויעילה איתם. כאשר המים נעים מהקוטר החיצוני של המסלול לכיוון המרכז (בדפוס זרימה רדיאלי-צירי), האנרגיה הפוטנציאלית של המים עקב גובהם (הפרש הגובה בין מקור המים לטורבינה) מומרת בהדרגה לאנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית זו מועברת לאחר מכן למסלול, וגורמת לו להסתובב. נתיב הזרימה המתוכנן היטב וצורת להבי המסלול מאפשרים לטורבינה להפיק כמות גדולה של אנרגיה מהמים, ולהשיג המרת אנרגיה ביעילות גבוהה.
2. השוואה עם סוגי טורבינות אחרים
בהשוואה לסוגים אחרים של טורבינות מים, כגון טורבינת פלטון וטורבינת קפלן, לטורבינת פרנסיס יתרונות ברורים מבחינת יעילות בטווח מסוים של תנאי פעולה.
טורבינת פלטון: טורבינת פלטון מתאימה בעיקר ליישומים בעלי עומק גובה. היא פועלת באמצעות אנרגיה קינטית של סילון מים במהירות גבוהה כדי לפגוע בדליים על המסילה. בעוד שהיא יעילה מאוד במצבים בעלי עומק גובה, היא אינה יעילה כמו טורבינת פרנסיס ביישומים בעלי עומק גובה בינוני. טורבינת פרנסיס, עם יכולתה לנצל אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית כאחד ומאפייני הזרימה המתאימים יותר למקורות מים בעלי עומק גובה בינוני, יכולה להשיג יעילות גבוהה יותר בטווח זה. לדוגמה, בתחנת כוח עם מקור מים בעל עומק גובה בינוני (נניח, 50 - 200 מטר), טורבינת פרנסיס יכולה להמיר אנרגיית מים לאנרגיה מכנית ביעילות של כ-90% או אף גבוהה יותר במקרים מסוימים המתוכננים היטב, בעוד שטורבינת פלטון הפועלת באותם תנאי עומק גובה עשויה להיות בעלת יעילות נמוכה יחסית.
טורבינת קפלן: טורבינת קפלן מיועדת ליישומים בעלי גובה גובה נמוך וזרימה גבוהה. למרות שהיא יעילה מאוד בתרחישים בעלי גובה גובה נמוך, כאשר הגובה עולה לטווח גובה בינוני, טורבינת פרנסיס עולה עליה מבחינת יעילות. להבי הרץ של טורבינת קפלן ניתנים לכוונון כדי לייעל את הביצועים בתנאי גובה גובה נמוך וזרימה גבוהה, אך עיצובה אינו תורם להמרת אנרגיה יעילה במצבים בעלי גובה גובה בינוני כמו טורבינת פרנסיס. בתחנת כוח בעלת גובה גובה של 30-50 מטרים, טורבינת קפלן עשויה להיות הבחירה הטובה ביותר ליעילות, אך ככל שהגובה עולה על 50 מטרים, טורבינת פרנסיס מתחילה להראות את עליונותה ביעילות המרת האנרגיה.
לסיכום, תכנון טורבינת פרנסיס מאפשר ניצול יעיל יותר של אנרגיית מים במגוון רחב של יישומים בעלי עוצמה בינונית, מה שהופך אותה לבחירה מועדפת בפרויקטים רבים של אנרגיה הידרואלקטרית ברחבי העולם.
הסתגלות לתנאי מים שונים
אחת התכונות הבולטות של טורבינת פרנסיס היא יכולת ההסתגלות הגבוהה שלה למגוון רחב של תנאי מים, מה שהופך אותה לבחירה רב-תכליתית עבור פרויקטים של אנרגיה הידרואלקטרית ברחבי העולם. יכולת הסתגלות זו היא קריטית מכיוון שמשאבי המים משתנים באופן משמעותי מבחינת גובה הזרימה (המרחק האנכי שבו המים יורדים) וקצב הזרימה במיקומים גיאוגרפיים שונים.
1. יכולת הסתגלות לגובה ולקצב זרימה
טווח גובה: טורבינות פרנסיס יכולות לפעול ביעילות בטווח גובה רחב יחסית. הן נפוצות לרוב ביישומים בעלי גובה גובה בינוני, בדרך כלל עם גובה הנעים בין 20 ל-300 מטרים. עם זאת, עם שינויי תכנון מתאימים, ניתן להשתמש בהן אפילו במצבים של גובה גובה נמוך או גבוה יותר. לדוגמה, בתרחיש של גובה גובה נמוך, נניח בסביבות 20-50 מטרים, ניתן לתכנן את טורבינת הפרנסיס עם צורות להבי מסלול וגיאומטריות מעבר זרימה ספציפיות כדי לייעל את מיצוי האנרגיה. להבי המסלול מתוכננים להבטיח שזרימת המים, שלה מהירות נמוכה יחסית עקב גובה הגובה הנמוך, עדיין תוכל להעביר ביעילות את האנרגיה שלה למסלול. ככל שהגובה עולה, ניתן להתאים את התכנון להתמודד עם זרימת המים במהירות גבוהה יותר. ביישומים בעלי גובה גובה המתקרב ל-300 מטרים, רכיבי הטורבינה מתוכננים לעמוד במים בלחץ גבוה ולהמיר את כמות האנרגיה הפוטנציאלית הגדולה לאנרגיה מכנית ביעילות.
שינוי קצב זרימה: טורבינת פרנסיס יכולה להתמודד גם עם קצבי זרימה שונים. היא יכולה לפעול היטב הן בתנאי זרימה קבועים והן בתנאי זרימה משתנים. בחלק מתחנות הכוח ההידרואלקטריות, קצב זרימת המים עשוי להשתנות עונתית עקב גורמים כמו דפוסי גשמים או הפשרת שלגים. תכנון טורבינת פרנסיס מאפשר לה לשמור על יעילות גבוהה יחסית גם כאשר קצב הזרימה משתנה. לדוגמה, כאשר קצב הזרימה גבוה, הטורבינה יכולה להסתגל לנפח המים המוגבר על ידי הובלת המים ביעילות דרך רכיביה. מעטפת הספירלה וכנפי ההנחיה נועדו לפזר את המים באופן שווה סביב המסלול, מה שמבטיח שלהבי המסלול יוכלו לתקשר ביעילות עם המים, ללא קשר לקצב הזרימה. כאשר קצב הזרימה יורד, הטורבינה עדיין יכולה לפעול ביציבות, אם כי תפוקת החשמל תפחת באופן טבעי ביחס לירידה בזרימת המים.
2. דוגמאות יישום בסביבות גיאוגרפיות שונות
אזורים הרריים: באזורים הרריים, כמו הרי ההימלאיה באסיה או הרי האנדים בדרום אמריקה, ישנם פרויקטים רבים של אנרגיה הידרואלקטרית המשתמשים בטורבינות פרנסיס. באזורים אלה יש לעתים קרובות מקורות מים בעלי גובה פני השטח התלול. לדוגמה, סכר נורק בטג'יקיסטן, הממוקם בהרי פמיר, מכיל מקור מים בעל גובה פני השטח. טורבינות הפרנסיס המותקנות בתחנת הכוח ההידרואלקטרית נורק מתוכננות להתמודד עם הפרש גובה פני השטח הגדול (הסכר בגובה של מעל 300 מטר). הטורבינות ממירות ביעילות את האנרגיה הפוטנציאלית הגבוהה של המים לאנרגיה חשמלית, ותורמות משמעותית לאספקת החשמל של המדינה. שינויי הגובה התלולים בהרים מספקים את גובה פני השטח הדרוש לטורבינות פרנסיס לפעול ביעילות גבוהה, ויכולת ההסתגלות שלהן לתנאי גובה פני השטח הופכת אותן לבחירה האידיאלית עבור פרויקטים כאלה.
מישורי נהרות: במישורי נהרות, שבהם גובה המים נמוך יחסית אך קצב הזרימה יכול להיות משמעותי, טורבינות פרנסיס נמצאות גם הן בשימוש נרחב. סכר שלושת הערוצים בסין הוא דוגמה מובהקת. הסכר, הממוקם על נהר היאנגצה, בעל גובה המים הנמצא בטווח המתאים לטורבינות פרנסיס. הטורבינות בתחנת הכוח שלושת הערוצים צריכות להתמודד עם קצב זרימה גדול של מים מנהר היאנגצה. טורבינות הפרנסיס מתוכננות להמיר ביעילות את האנרגיה של זרימת המים הגדולה - בנפח ובגובה המים הנמוך יחסית - לאנרגיה חשמלית. יכולת ההתאמה של טורבינות הפרנסיס לקצבי זרימה שונים מאפשרת להן להפיק את המרב ממשאבי המים של הנהר, ולייצר כמות עצומה של חשמל כדי לענות על דרישות האנרגיה של חלק גדול מסין.
סביבות איים: לאיים יש לעתים קרובות מאפייני משאבי מים ייחודיים. לדוגמה, בכמה איי האוקיינוס ​​השקט, בהם ישנם נהרות קטנים עד בינוניים עם קצב זרימה משתנה בהתאם לעונות הגשמים והיבשים, טורבינות פרנסיס משמשות בתחנות כוח הידרואלקטריות בקנה מידה קטן. טורבינות אלו יכולות להסתגל לתנאי המים המשתנים, ולספק מקור חשמל אמין לקהילות המקומיות. בעונת הגשמים, כאשר קצב הזרימה גבוה, הטורבינות יכולות לפעול בהספק גבוה יותר, ובעונה היבשה, הן עדיין יכולות לפעול עם זרימת מים מופחתת, אם כי ברמת הספק נמוכה יותר, מה שמבטיח אספקת חשמל רציפה.
אמינות ותפעול לטווח ארוך
טורבינת פרנסיס מוערכת מאוד בזכות אמינותה ויכולות ההפעלה ארוכות הטווח שלה, שהן קריטיות עבור מתקני ייצור חשמל הזקוקים לשמירה על אספקת חשמל יציבה לאורך תקופות ממושכות.
1. תכנון מבני חזק
טורבינת פרנסיס מתאפיינת במבנה חזק ומתוכנן היטב. הציר, שהוא הרכיב המרכזי המסתובב של הטורבינה, עשוי בדרך כלל מחומרים בעלי חוזק גבוה כמו נירוסטה או סגסוגות מיוחדות. חומרים אלה נבחרים בשל תכונותיהם המכניות המצוינות, כולל חוזק מתיחה גבוה, עמידות בפני קורוזיה ועמידות בפני עייפות. לדוגמה, בטורבינות פרנסיס בקנה מידה גדול המשמשות בתחנות כוח הידרואלקטריות גדולות, להבי הציר מתוכננים לעמוד בזרימת מים בלחץ גבוה ובמאמצים מכניים הנוצרים במהלך הסיבוב. תכנון הציר מותאם במיוחד כדי להבטיח פיזור מאמצים אחיד, ובכך להפחית את הסיכון לנקודות ריכוז מאמצים שעלולות להוביל לסדקים או כשלים מבניים.
גם מעטפת הספירלה, המובילה את המים אל הצינור, בנויה תוך מחשבה על עמידות. היא עשויה בדרך כלל מלוחות פלדה עבים שיכולים לעמוד בזרימת המים בלחץ גבוה הנכנסת לטורבינה. ​​החיבור בין מעטפת הספירלה לרכיבים אחרים, כגון כנפי התמך כנפי ההנחיה, מתוכנן להיות חזק ואמין, מה שמבטיח שהמבנה כולו יוכל לפעול בצורה חלקה בתנאי הפעלה שונים.
2. דרישות תחזוקה נמוכות
אחד היתרונות המשמעותיים של טורבינת פרנסיס הוא דרישות התחזוקה הנמוכות יחסית שלה. הודות לתכנון הפשוט והיעיל שלה, יש פחות חלקים נעים בהשוואה לסוגים אחרים של טורבינות, מה שמפחית את הסבירות לכשלים ברכיבים. לדוגמה, לגלגלי ההנחיה, השולטים בזרימת המים לתוך הצינור, יש מערכת חיבור מכנית פשוטה. מערכת זו נגישה בקלות לצורך בדיקה ותחזוקה. משימות תחזוקה שוטפות כוללות בעיקר שימון של חלקים נעים, בדיקת אטמים למניעת דליפת מים וניטור המצב המכני הכללי של הטורבינה.
החומרים המשמשים בבניית הטורבינה תורמים גם הם לדרישות התחזוקה הנמוכות שלה. החומרים העמידים בפני קורוזיה המשמשים לגלגל הצינור ולרכיבים אחרים החשופים למים מפחיתים את הצורך בהחלפה תכופה עקב קורוזיה. בנוסף, טורבינות פרנסיס מודרניות מצוידות במערכות ניטור מתקדמות. מערכות אלו יכולות לנטר באופן רציף פרמטרים כגון רעידות, טמפרטורה ולחץ. על ידי ניתוח נתונים אלה, מפעילים יכולים לזהות בעיות פוטנציאליות מראש ולבצע תחזוקה מונעת, ובכך להפחית עוד יותר את הצורך בכיבויים בלתי צפויים לצורך תיקונים גדולים.
3. חיי שירות ארוכים
לטורבינות פרנסיס אורך חיים ארוך, שלעתים קרובות משתרע על פני מספר עשורים. בתחנות כוח הידרואלקטריות רבות ברחבי העולם, טורבינות פרנסיס שהותקנו לפני מספר עשורים עדיין פועלות ומייצרות חשמל ביעילות. לדוגמה, חלק מטורבינות הפרנסיס המוקדמות שהותקנו בארצות הברית ובאירופה פועלות כבר יותר מ-50 שנה. עם תחזוקה נאותה ושדרוגים מזדמנים, טורבינות אלו יכולות להמשיך לפעול בצורה אמינה.
חיי השירות הארוכים של טורבינת פרנסיס מועילים לא רק לתעשיית ייצור החשמל מבחינת עלות-תועלת, אלא גם ליציבות הכוללת של אספקת החשמל. טורבינה עמידה לאורך זמן פירושה שתחנות כוח יכולות להימנע מהעלויות הגבוהות וההפרעות הכרוכות בהחלפות טורבינות תכופות. היא גם תורמת לכדאיות ארוכת הטווח של אנרגיית מים כמקור אנרגיה אמין ובר-קיימא, ומבטיחה שניתן יהיה לייצר חשמל נקי ברציפות במשך שנים רבות.
עלות-תועלת בטווח הארוך
כאשר בוחנים את העלות-תועלת של טכנולוגיות ייצור חשמל, טורבינת פרנסיס מוכיחה את עצמה כאופציה מועדפת בהפעלה ארוכת טווח של תחנות כוח הידרואלקטריות.
1. השקעה ראשונית ועלות תפעול לטווח ארוך
השקעה ראשונית: למרות שההשקעה הראשונית בפרויקט אנרגיה הידרואלקטרית מבוסס טורבינת פרנסיס יכולה להיות גבוהה יחסית, חשוב לשקול את הפרספקטיבה ארוכת הטווח. העלויות הכרוכות ברכישה, התקנה והקמה ראשונית של טורבינת פרנסיס, כולל המסלול, המארז הספירלי ורכיבים אחרים, כמו גם בניית תשתית תחנת הכוח, הן משמעותיות. עם זאת, הוצאה ראשונית זו מקוזזת על ידי התועלת ארוכת הטווח. לדוגמה, בתחנת כוח הידרואלקטרית בגודל בינוני עם קיבולת של 50-100 מגה-וואט, ההשקעה הראשונית עבור סט של טורבינות פרנסיס וציוד נלווה עשויה להיות בטווח של עשרות מיליוני דולרים. אך בהשוואה לטכנולוגיות ייצור חשמל אחרות, כגון בניית תחנת כוח פחמית חדשה הדורשת השקעה מתמשכת ברכש פחם וציוד מורכב להגנת הסביבה כדי לעמוד בתקני פליטה, מבנה העלויות לטווח ארוך של פרויקט אנרגיה הידרואלקטרית מבוסס טורבינת פרנסיס יציב יותר.
עלות תפעול לטווח ארוך: עלות התפעול של טורבינת פרנסיס נמוכה יחסית. לאחר התקנת הטורבינה ותחנת הכוח פועלת, העלויות השוטפות העיקריות קשורות לכוח אדם לצורך ניטור ותחזוקה, ועלות החלפת רכיבים מינוריים מסוימים לאורך זמן. יעילות הפעולה הגבוהה של טורבינת פרנסיס פירושה שהיא יכולה לייצר כמות גדולה של חשמל עם כמות קטנה יחסית של קלט מים. זה מפחית את העלות ליחידת חשמל המיוצרת. לעומת זאת, תחנות כוח תרמיות, כמו תחנות פחם או גז, בעלות עלויות דלק משמעותיות שעולות עם הזמן עקב גורמים כמו עליית מחירי הדלק ותנודות בשוק האנרגיה העולמי. לדוגמה, תחנת כוח פחמית עשויה לראות את עלויות הדלק שלה עולות באחוז מסוים מדי שנה, מכיוון שמחירי הפחם כפופים לדינמיקת היצע וביקוש, עלויות כרייה ועלויות תחבורה. בתחנת כוח הידרואלקטרית המופעלת על ידי טורבינת פרנסיס, עלות המים, שהם ה"דלק" לטורבינה, היא למעשה בחינם, מלבד כל עלויות הקשורות לניהול משאבי מים ודמי זכויות מים פוטנציאליים, שבדרך כלל נמוכים בהרבה מעלויות הדלק של תחנות כוח תרמיות.
2. הפחתת עלויות ייצור החשמל הכוללות באמצעות תפעול יעיל ותחזוקה נמוכה
פעולה יעילה: יכולת המרת האנרגיה בעלת היעילות הגבוהה של טורבינת פרנסיס תורמת ישירות להפחתת עלויות. טורבינה יעילה יותר יכולה לייצר יותר חשמל מאותה כמות של משאבי מים. לדוגמה, אם לטורבינת פרנסיס יש יעילות של 90% בהמרת אנרגיית מים לאנרגיה מכנית (אשר לאחר מכן מומרת לאנרגיה חשמלית), בהשוואה לטורבינה פחות יעילה עם יעילות של 80%, עבור זרימת מים וגובה נתונים, טורבינת פרנסיס בעלת יעילות של 90% תייצר 12.5% ​​יותר חשמל. תפוקת חשמל מוגברת זו פירושה שהעלויות הקבועות הכרוכות בהפעלת תחנת הכוח, כגון עלות התשתית, הניהול וכוח האדם, מתפזרות על פני כמות גדולה יותר של ייצור חשמל. כתוצאה מכך, העלות ליחידת חשמל (עלות החשמל המפולסת, LCOE) מופחתת.
תחזוקה נמוכה: אופייה הדחוף של טורבינת פרנסיס משחק תפקיד מכריע גם מבחינת יעילות העלות. עם פחות חלקים נעים ושימוש בחומרים עמידים, תדירות התחזוקה הגדולה והחלפת הרכיבים נמוכה. משימות תחזוקה שוטפות, כגון שימון ובדיקות, הן זולות יחסית. לעומת זאת, סוגים אחרים של טורבינות או ציוד לייצור חשמל עשויים לדרוש תחזוקה תכופה ויקרה יותר. לדוגמה, טורבינת רוח, למרות שהיא מקור אנרגיה מתחדשת, מכילה רכיבים כמו תיבת ההילוכים הנוטים לבלאי ועשויים לדרוש שיפוץ או החלפה יקרים כל כמה שנים. בתחנת כוח הידרואלקטרית מבוססת טורבינת פרנסיס, המרווחים הארוכים בין פעילויות תחזוקה גדולות גורמים לכך שעלות התחזוקה הכוללת לאורך חיי הטורבינה נמוכה משמעותית. זה, בשילוב עם חיי השירות הארוכים שלה, מפחית עוד יותר את העלות הכוללת של ייצור חשמל לאורך זמן, מה שהופך את טורבינת פרנסיס לבחירה חסכונית לייצור חשמל לטווח ארוך.

ידידותיות לסביבה
ייצור אנרגיה הידרואלקטרית המבוססת על טורבינת פרנסיס מציע יתרונות סביבתיים משמעותיים בהשוואה לשיטות רבות אחרות לייצור חשמל, מה שהופך אותו למרכיב מכריע במעבר לעתיד אנרגיה בר-קיימא יותר.
1. פליטות פחמן מופחתות
אחד היתרונות הסביבתיים הבולטים ביותר של טורבינות פרנסיס הוא טביעת הרגל הפחמנית המינימלית שלהן. בניגוד לייצור חשמל מבוסס דלקים מאובנים, כגון תחנות כוח המופעלות בפחם ובגז, תחנות כוח הידרואלקטריות המשתמשות בטורבינות פרנסיס אינן שורפות דלקים מאובנים במהלך הפעולה. תחנות כוח המופעלות בפחם הן פולטות עיקריות של פחמן דו-חמצני (CO2), כאשר תחנת כוח טיפוסית בקנה מידה גדול המופעלת בפחם פולטת מיליוני טונות של CO2 בשנה. לדוגמה, תחנת כוח פחמית בהספק של 500 מגה-וואט עשויה לפלוט כ-3 מיליון טונות של CO2 בשנה. לשם השוואה, תחנת כוח הידרואלקטרית בעלת קיבולת דומה המצוידת בטורבינות פרנסיס כמעט ואינה מייצרת פליטות CO2 ישירות במהלך הפעולה. מאפיין אפס פליטות זה של תחנות כוח הידרואלקטריות המופעלות בטורבינות פרנסיס ממלא תפקיד חיוני במאמצים הגלובליים להפחית את פליטות גזי החממה ולמתן את שינויי האקלים. על ידי החלפת ייצור חשמל מבוסס דלקים מאובנים באנרגיה הידרואלקטרית, מדינות יכולות לתרום באופן משמעותי לעמידה ביעדי הפחתת הפחמן שלהן. לדוגמה, מדינות כמו נורבגיה, אשר מסתמכות במידה רבה על אנרגיה הידרואלקטרית (עם טורבינות פרנסיס בשימוש נרחב), בעלות פליטות פחמן נמוכות יחסית לנפש בהשוואה למדינות התלויות יותר במקורות אנרגיה מבוססי דלקים מאובנים.
2. פליטות מזהמים נמוכות לאוויר
בנוסף לפליטות פחמן, תחנות כוח המבוססות על דלקים מאובנים פולטות גם מגוון מזהמי אוויר, כגון גופרית דו-חמצנית (SO2), תחמוצות חנקן (NOx) וחומר חלקיקי. למזהמים אלה השפעות שליליות קשות על איכות האוויר ועל בריאות האדם. SO2 יכול לגרום לגשם חומצי, אשר פוגע ביערות, אגמים ומבנים. NOx תורם להיווצרות ערפיח ויכול לגרום לבעיות נשימה. חומר חלקיקי, במיוחד חומר חלקיקי עדין (PM2.5), קשור למגוון בעיות בריאותיות, כולל מחלות לב וריאה.
לעומת זאת, תחנות כוח הידרואלקטריות מבוססות טורבינות פרנסיס אינן פולטות את מזהמי האוויר המזיקים הללו במהלך הפעילות. משמעות הדבר היא שאזורים עם תחנות כוח הידרואלקטריות יכולים ליהנות מאוויר נקי יותר, מה שמוביל לשיפור בריאות הציבור. באזורים שבהם אנרגיה הידרואלקטרית החליפה חלק משמעותי מייצור חשמל מבוסס דלקים מאובנים, חלו שיפורים ניכרים באיכות האוויר. לדוגמה, באזורים מסוימים בסין שבהם פותחו פרויקטים גדולים של אנרגיה הידרואלקטרית עם טורבינות פרנסיס, רמות ה- SO2 וה- NOx והחלקיקים באוויר ירדו, וכתוצאה מכך פחות מקרים של מחלות נשימה וכלי דם בקרב האוכלוסייה המקומית.
3. השפעה מינימלית על המערכת האקולוגית
כאשר מתוכננים ומנוהלים כראוי, לתחנות כוח הידרואלקטריות מבוססות טורבינות פרנסיס יכולה להיות השפעה קטנה יחסית על המערכת האקולוגית הסובבת בהשוואה לפרויקטים אחרים של פיתוח אנרגיה.
מעבר דגים: תחנות כוח הידרואלקטריות מודרניות רבות עם טורבינות פרנסיס מתוכננות עם מתקני מעבר דגים. מתקנים אלה, כגון סולמות דגים ומעליות דגים, בנויים כדי לסייע לדגים לנדוד במעלה ובמורד הזרם. לדוגמה, בנהר קולומביה בצפון אמריקה, תחנות כוח הידרואלקטריות התקינו מערכות מעבר דגים מתוחכמות. מערכות אלה מאפשרות לסלמון ולמיני דגים נודדים אחרים לעקוף את הסכרים והטורבינות, מה שמאפשר להם להגיע לאזורי הרבייה שלהם. תכנון מתקני מעבר הדגים הללו לוקח בחשבון את ההתנהגות ויכולות השחייה של מיני דגים שונים, ומבטיח ששיעור ההישרדות של הדגים הנודדים יהיה מקסימלי.
שמירה על איכות המים: הפעלת טורבינות פרנסיס אינה גורמת בדרך כלל לשינויים משמעותיים באיכות המים. בניגוד לפעילויות תעשייתיות מסוימות או לסוגים מסוימים של ייצור חשמל שעלולים לזהם מקורות מים, תחנות כוח הידרואלקטריות המשתמשות בטורבינות פרנסיס בדרך כלל שומרות על האיכות הטבעית של המים. המים העוברים דרך הטורבינות אינם עוברים שינויים כימיים, ושינויי הטמפרטורה הם בדרך כלל מינימליים. זה חשוב לשמירה על בריאותן של מערכות אקולוגיות מימיות, שכן אורגניזמים ימיים רבים רגישים לשינויים באיכות המים ובטמפרטורה. בנהרות שבהם ממוקמות תחנות כוח הידרואלקטריות עם טורבינות פרנסיס, איכות המים נשארת מתאימה למגוון רחב של חיים ימיים, כולל דגים, חסרי חוליות וצמחים.