წყლის ტურბინის პრინციპი და გამოყენების ფარგლები

წყლის ტურბინა სითხის მექანიზმში ტურბომანქანაა. დაახლოებით ძვ.წ. 100 წელს დაიბადა წყლის ტურბინის პროტოტიპი, წყლის ბორბალი. იმ დროს მისი მთავარი ფუნქცია მარცვლეულის გადამუშავებისა და მორწყვისთვის განკუთვნილი მანქანების მართვა იყო. წყლის ბორბალი, როგორც მექანიკური მოწყობილობა, რომელიც წყლის ნაკადს ენერგიად იყენებს, განვითარდა თანამედროვე წყლის ტურბინად და მისი გამოყენების სფეროც გაფართოვდა. მაშ, სად გამოიყენება ძირითადად თანამედროვე წყლის ტურბინები?
ტურბინები ძირითადად გამოიყენება ტუმბო-აკუმულატორულ ელექტროსადგურებში. როდესაც ენერგოსისტემის დატვირთვა საბაზისო დატვირთვაზე დაბალია, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც წყლის ტუმბო, რათა გამოიყენოს ჭარბი სიმძლავრე წყლის ქვედა დინების რეზერვუარიდან ზედა დინების რეზერვუარში გადასაქაჩად, რათა ენერგია დაგროვდეს პოტენციური ენერგიის სახით; როდესაც სისტემის დატვირთვა საბაზისო დატვირთვაზე მაღალია, ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ჰიდრავლიკური ტურბინა, რომელიც გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას პიკური დატვირთვის რეგულირებისთვის. ამრიგად, სუფთა ტუმბო-აკუმულატორულ ელექტროსადგურს არ შეუძლია გაზარდოს ენერგოსისტემის სიმძლავრე, მაგრამ მას შეუძლია გააუმჯობესოს თბოელექტროსადგურების ექსპლუატაციის ეკონომიურობა და გააუმჯობესოს ენერგოსისტემის საერთო ეფექტურობა. 1950-იანი წლებიდან ტუმბო-აკუმულატორული ერთეულები ფართოდ არის დაფასებული და სწრაფად ვითარდება მსოფლიოს ქვეყნებში.

ადრეულ ეტაპზე შემუშავებული ან მაღალი წყლის დაწნევის მქონე ტუმბო-აკუმულატორების უმეტესობა სამმანქანიან ტიპს იყენებს, ანუ ისინი შედგება გენერატორის ძრავისგან, წყლის ტურბინისგან და მიმდევრობით შეერთებული წყლის ტუმბოსგან. მისი უპირატესობა ის არის, რომ ტურბინა და წყლის ტუმბო ცალ-ცალკეა დაპროექტებული, რომელთაგან თითოეულს შეიძლება ჰქონდეს უფრო მაღალი ეფექტურობა, ხოლო ბლოკი ბრუნავს ერთი მიმართულებით ელექტროენერგიის გენერირებისა და წყლის გადატუმბვისას და შეუძლია სწრაფად გადავიდეს ელექტროენერგიის გენერაციიდან გადატუმბვაზე, ან გადატუმბვიდან ელექტროენერგიის გენერაციაზე. ამავდროულად, ტურბინის გამოყენება შესაძლებელია ბლოკის დასაწყებად. მისი ნაკლი ის არის, რომ ღირებულება მაღალია და ელექტროსადგურში ინვესტიცია დიდია.
ირიბი ნაკადის ტუმბოს ტურბინის ფრთების ბრუნვა შესაძლებელია და წყლის დაწნევისა და დატვირთვის ცვლილებისას მას კარგი მუშაობის უნარი აქვს. თუმცა, ჰიდრავლიკური მახასიათებლებისა და მასალის სიმტკიცის შეზღუდვის გამო, 1980-იანი წლების დასაწყისისთვის მისი წმინდა დაწნევა მხოლოდ 136.2 მეტრი იყო (იაპონიის ტაკაგენის პირველი ელექტროსადგური). უფრო მაღალი დაწნევებისთვის საჭიროა ფრენსისის ტუმბოს ტურბინები.
ტუმბოს დაგროვებით ელექტროსადგურს აქვს ზედა და ქვედა რეზერვუარები. ერთი და იგივე ენერგიის შენახვის პირობით, ამწევი ძალის გაზრდამ შეიძლება შეამციროს შენახვის მოცულობა, გაზარდოს აგრეგატის სიჩქარე და შეამციროს პროექტის ღირებულება. ამიტომ, 300 მეტრზე მეტი სიმაღლის მაღალი წნევის ენერგიის დაგროვებით ელექტროსადგური სწრაფად განვითარდა. მსოფლიოში ყველაზე მაღალი წყლის დაწნევით ფრენსისის ტუმბო-ტურბინა დამონტაჟებულია იუგოსლავიაში, ბაინა ბასტას ელექტროსადგურზე. ექსპლუატაციაში გაშვების ერთი წელია. მე-20 საუკუნიდან ჰიდროელექტროსადგურები ვითარდება მაღალი პარამეტრების და დიდი სიმძლავრის მიმართულებით. ელექტროსისტემაში თბოელექტროსადგურის სიმძლავრის ზრდასთან და ატომური ენერგიის განვითარებასთან ერთად, პიკური დატვირთვის გონივრული რეგულირების პრობლემის გადასაჭრელად, წყლის ძირითად სისტემებში მასშტაბური ელექტროსადგურების ენერგიულად განვითარების ან გაფართოების გარდა, მსოფლიოს ქვეყნები აქტიურად აშენებენ ტუმბო-აკუმულატორულ ელექტროსადგურებს, რაც იწვევს ტუმბო-ტურბინების სწრაფ განვითარებას.

როგორც წყლის ნაკადის ენერგიას მბრუნავ მექანიკურ ენერგიად გარდამქმნელი ენერგეტიკული დანადგარი, ჰიდროტურბინა ჰიდროგენერატორის განუყოფელი ნაწილია. დღესდღეობით, გარემოს დაცვის პრობლემა სულ უფრო სერიოზული ხდება და სუფთა ენერგიის გამოყენებით ჰიდროენერგიის გამოყენება და ხელშეწყობა იზრდება. სხვადასხვა ჰიდრავლიკური რესურსების სრულად გამოსაყენებლად, ფართო ყურადღება მიიპყრო მოქცევამ, ძალიან დაბალი ვარდნის მქონე ვაკე მდინარეებმა და ტალღებმაც კი, რამაც გამოიწვია მილისებრი ტურბინების და სხვა მცირე ზომის დანადგარების სწრაფი განვითარება.