ფრენსისის ტურბინის უპირატესობების გამოვლენა თანამედროვე ენერგიის გენერაციაში

ენერგეტიკის სექტორის მუდმივად ცვალებად გარემოში, ეფექტური ენერგიის გამომუშავების ტექნოლოგიების ძიება უფრო აქტუალური გახდა, ვიდრე ოდესმე. მსოფლიო ორმაგი გამოწვევის წინაშე დგას - მზარდი ენერგომოთხოვნილების დაკმაყოფილება და ნახშირორჟანგის გამონაბოლქვის შემცირება, განახლებადი ენერგიის წყაროები წინა პლანზე წამოვიდა. მათ შორის, ჰიდროენერგია გამოირჩევა, როგორც საიმედო და მდგრადი ვარიანტი, რომელიც მსოფლიოს ელექტროენერგიის მნიშვნელოვან ნაწილს უზრუნველყოფს.
ფრენსისის ტურბინა, ჰიდროელექტროსადგურების ძირითადი კომპონენტი, გადამწყვეტ როლს ასრულებს სუფთა ენერგიის ამ რევოლუციაში. ჯეიმს ბ. ფრენსისის მიერ 1849 წელს გამოგონილი ამ ტიპის ტურბინა მას შემდეგ მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებადი გახდა. მისი მნიშვნელობა ჰიდროენერგეტიკის სფეროში ძნელია გადაჭარბებული იყოს, რადგან მას შეუძლია ეფექტურად გარდაქმნას წყლის ენერგია მექანიკურ ენერგიად, რომელიც შემდეგ გენერატორის მიერ გარდაიქმნება ელექტროენერგიად. ფართო სპექტრის გამოყენებით, მცირე მასშტაბის სოფლის ჰიდროელექტროსადგურებიდან დაწყებული მასშტაბური კომერციული ელექტროსადგურებით დამთავრებული, ფრენსისის ტურბინა წყლის ენერგიის გამოყენების მრავალმხრივ და საიმედო გადაწყვეტად იქცა.
ენერგიის გარდაქმნის მაღალი ეფექტურობა
ფრენსისის ტურბინა ცნობილია წყლის ენერგიის მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნის მაღალი ეფექტურობით, რომელიც შემდეგ გენერატორის მიერ ელექტროენერგიად გარდაიქმნება. ეს მაღალი ეფექტურობის მაჩვენებელი მისი უნიკალური დიზაინისა და ექსპლუატაციის პრინციპების შედეგია.
1. კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის გამოყენება
ფრენსისის ტურბინები შექმნილია წყლის როგორც კინეტიკური, ასევე პოტენციური ენერგიის სრულად გამოსაყენებლად. როდესაც წყალი შედის ტურბინაში, ის ჯერ გადის სპირალურ გარსში, რომელიც წყალს თანაბრად ანაწილებს ტურბინის გარშემო. ტურბინის პირები ფრთხილად არის ფორმირებული, რათა უზრუნველყოფილი იყოს წყლის ნაკადის გლუვი და ეფექტური ურთიერთქმედება მათთან. როდესაც წყალი მოძრაობს ტურბინის გარე დიამეტრიდან ცენტრისკენ (რადიალურ-ღერძული ნაკადის ნიმუშით), მისი წნევის (წყლის წყაროსა და ტურბინას შორის სიმაღლის სხვაობა) გამო წყლის პოტენციური ენერგია თანდათან გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად. ეს კინეტიკური ენერგია შემდეგ გადადის ტურბინაზე, რაც იწვევს მის ბრუნვას. კარგად შემუშავებული ნაკადის გზა და ტურბინის პირების ფორმა საშუალებას აძლევს ტურბინას, ამოიღოს დიდი რაოდენობით ენერგია წყლიდან, რაც უზრუნველყოფს მაღალი ეფექტურობის ენერგიის გარდაქმნას.
2. შედარება სხვა ტურბინების ტიპებთან
სხვა ტიპის წყლის ტურბინებთან შედარებით, როგორიცაა პელტონის ტურბინა და კაპლანის ტურბინა, ფრენსისის ტურბინას გამორჩეული უპირატესობები აქვს ეფექტურობის თვალსაზრისით სამუშაო პირობების გარკვეულ დიაპაზონში.
პელტონის ტურბინა: პელტონის ტურბინა ძირითადად მაღალი დაწნევის აპლიკაციებისთვისაა შესაფერისი. ის მუშაობს მაღალი სიჩქარის წყლის ჭავლის კინეტიკური ენერგიის გამოყენებით, რათა აფეთქდეს ვედროები ლილვზე. მიუხედავად იმისა, რომ ის მაღალი დაწნევის სიტუაციებში მაღალეფექტურია, საშუალო დაწნევის აპლიკაციებში ის ისეთივე ეფექტური არ არის, როგორც ფრენსისის ტურბინა. ფრენსისის ტურბინას, როგორც კინეტიკური, ასევე პოტენციური ენერგიის გამოყენების უნარით და საშუალო დაწნევის წყლის წყაროებისთვის უფრო შესაფერისი ნაკადის მახასიათებლებით, შეუძლია ამ დიაპაზონში უფრო მაღალი ეფექტურობის მიღწევა. მაგალითად, ელექტროსადგურში, რომელსაც აქვს საშუალო დაწნევის წყლის წყარო (ვთქვათ, 50-200 მეტრი), ფრენსისის ტურბინას შეუძლია წყლის ენერგია მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნას დაახლოებით 90%-იანი ან უფრო მაღალი ეფექტურობით ზოგიერთ კარგად დაპროექტებულ შემთხვევაში, მაშინ როდესაც იმავე დაწნევის პირობებში მომუშავე პელტონის ტურბინას შეიძლება ჰქონდეს შედარებით დაბალი ეფექტურობა.
კაპლანის ტურბინა: კაპლანის ტურბინა შექმნილია დაბალი და მაღალი ნაკადის აპლიკაციებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ის ძალიან ეფექტურია დაბალი დაწნევის სცენარებში, როდესაც დაწნევა საშუალო დაწნევის დიაპაზონამდე იზრდება, ფრენსისის ტურბინა მას ეფექტურობის თვალსაზრისით აჯობებს. კაპლანის ტურბინის მოძრავი პირები რეგულირდება დაბალი დაწნევის, მაღალი ნაკადის პირობებში მუშაობის ოპტიმიზაციისთვის, მაგრამ მისი დიზაინი არ არის ისეთივე ხელსაყრელი საშუალო დაწნევის სიტუაციებში ენერგიის ეფექტური გარდაქმნისთვის, როგორც ფრენსისის ტურბინა. 30-50 მეტრის დაწნევის მქონე ელექტროსადგურში კაპლანის ტურბინა შეიძლება იყოს საუკეთესო არჩევანი ეფექტურობის თვალსაზრისით, მაგრამ როდესაც დაწნევა 50 მეტრს აღემატება, ფრენსისის ტურბინა იწყებს თავისი უპირატესობის დემონსტრირებას ენერგიის გარდაქმნის ეფექტურობის მხრივ.
შეჯამებისთვის, ფრენსისის ტურბინის დიზაინი საშუალებას იძლევა წყლის ენერგიის უფრო ეფექტურად გამოყენების საშუალო დაწნევის ფართო სპექტრში, რაც მას მსოფლიოს მრავალი ჰიდროელექტროსადგურის პროექტში სასურველ არჩევნად აქცევს.
სხვადასხვა წყლის პირობებთან ადაპტირება
ფრენსისის ტურბინის ერთ-ერთი შესანიშნავი მახასიათებელია მისი მაღალი ადაპტირება წყლის პირობების ფართო სპექტრთან, რაც მას მთელ მსოფლიოში ჰიდროელექტროსადგურების პროექტებისთვის მრავალმხრივ არჩევნად აქცევს. ეს ადაპტირება გადამწყვეტია, რადგან წყლის რესურსები მნიშვნელოვნად განსხვავდება დაწნევის (წყლის ვარდნის ვერტიკალური მანძილი) და ნაკადის სიჩქარის მიხედვით სხვადასხვა გეოგრაფიულ ადგილას.
1. წნევის და ნაკადის სიჩქარის ადაპტირება
დაწნევის დიაპაზონი: ფრენსისის ტურბინებს შეუძლიათ ეფექტურად იმუშაონ შედარებით ფართო დაწნევის დიაპაზონში. ისინი ყველაზე ხშირად გამოიყენება საშუალო დაწნევის აპლიკაციებში, როგორც წესი, დაწნევის დიაპაზონით დაახლოებით 20-დან 300 მეტრამდე. თუმცა, შესაბამისი დიზაინის მოდიფიკაციებით, მათი გამოყენება შესაძლებელია კიდევ უფრო დაბალი ან მაღალი დაწნევის სიტუაციებში. მაგალითად, დაბალი დაწნევის სცენარში, ვთქვათ, დაახლოებით 20-50 მეტრზე, ფრენსისის ტურბინა შეიძლება დაპროექტდეს კონკრეტული გორგოლაჭებიანი პირების ფორმებით და ნაკადის გამტარობის გეომეტრიით ენერგიის მოპოვების ოპტიმიზაციისთვის. გორგოლაჭებიანი პირები შექმნილია ისე, რომ წყლის ნაკადს, რომელსაც დაბალი დაწნევის გამო შედარებით დაბალი სიჩქარე აქვს, მაინც შეეძლოს თავისი ენერგიის ეფექტურად გადაცემა გორგოლაჭიან პირზე. დაწნევის ზრდასთან ერთად, დიზაინის რეგულირება შესაძლებელია უფრო მაღალი სიჩქარის წყლის ნაკადის დასამუშავებლად. 300 მეტრს მიახლოებული მაღალი დაწნევის აპლიკაციებში, ტურბინის კომპონენტები დაპროექტებულია ისე, რომ გაუძლოს მაღალი წნევის წყალს და ეფექტურად გარდაქმნას პოტენციური ენერგიის დიდი რაოდენობა მექანიკურ ენერგიად.
ნაკადის სიჩქარის ცვალებადობა: ფრენსისის ტურბინას ასევე შეუძლია სხვადასხვა ნაკადის სიჩქარის მართვა. მას შეუძლია კარგად იმუშაოს როგორც მუდმივი, ასევე ცვალებადი ნაკადის პირობებში. ზოგიერთ ჰიდროელექტროსადგურში წყლის ნაკადის სიჩქარე შეიძლება სეზონურად განსხვავდებოდეს ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა ნალექების გრაფიკი ან თოვლის დნობა. ფრენსისის ტურბინის დიზაინი საშუალებას აძლევს მას შეინარჩუნოს შედარებით მაღალი ეფექტურობა ნაკადის სიჩქარის ცვლილების დროსაც კი. მაგალითად, როდესაც ნაკადის სიჩქარე მაღალია, ტურბინას შეუძლია მოერგოს წყლის გაზრდილ მოცულობას წყლის კომპონენტებში ეფექტურად გატარებით. სპირალური კორპუსი და მიმმართველი ფრთები შექმნილია წყლის თანაბრად გადანაწილებისთვის მორბენალ მილზე, რაც უზრუნველყოფს მორბენალ მილზე ფრთების ეფექტურ ურთიერთქმედებას წყალთან, ნაკადის სიჩქარის მიუხედავად. როდესაც ნაკადის სიჩქარე მცირდება, ტურბინას კვლავ შეუძლია სტაბილურად მუშაობა, თუმცა გამომავალი სიმძლავრე ბუნებრივად შემცირდება წყლის ნაკადის შემცირების პროპორციულად.
2. გამოყენების მაგალითები სხვადასხვა გეოგრაფიულ გარემოში
მთიანი რეგიონები: მთიან რაიონებში, როგორიცაა ჰიმალაი აზიაში ან ანდები სამხრეთ ამერიკაში, არსებობს მრავალი ჰიდროელექტროსადგურის პროექტი, რომლებიც იყენებენ ფრენსისის ტურბინებს. ამ რეგიონებს ხშირად აქვთ მაღალი წნევის წყლის წყაროები ციცაბო რელიეფის გამო. მაგალითად, ტაჯიკეთში, პამირის მთებში მდებარე ნურეკის კაშხალს აქვს მაღალი წნევის წყლის წყარო. ნურეკის ჰიდროელექტროსადგურზე დამონტაჟებული ფრენსისის ტურბინები შექმნილია დიდი წნევის სხვაობის გასატარებლად (კაშხლის სიმაღლე 300 მეტრზე მეტია). ტურბინები ეფექტურად გარდაქმნიან წყლის მაღალი პოტენციური ენერგიას ელექტროენერგიად, რაც მნიშვნელოვან წვლილს შეაქვს ქვეყნის ენერგომომარაგებაში. მთებში სიმაღლის მკვეთრი ცვლილებები უზრუნველყოფს ფრენსისის ტურბინების მაღალი ეფექტურობით მუშაობისთვის საჭირო წნევის დონეს, ხოლო მათი მაღალი წნევის პირობებთან ადაპტირება მათ იდეალურ არჩევნად აქცევს ასეთი პროექტებისთვის.
მდინარისპირა ვაკეები: მდინარისპირა ვაკეებში, სადაც დაწნევა შედარებით დაბალია, მაგრამ ნაკადის სიჩქარე შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს, ფრენსისის ტურბინებიც ფართოდ გამოიყენება. ჩინეთში სამი ხეობის კაშხალი ამის საუკეთესო მაგალითია. იანძის მდინარეზე მდებარე კაშხლის დაწნევა ფრენსისის ტურბინებისთვის შესაფერის დიაპაზონში ჯდება. სამი ხეობის ჰიდროელექტროსადგურის ტურბინებს იანძის მდინარიდან წყლის დიდი ნაკადის სიჩქარის დამუშავება სჭირდებათ. ფრენსისის ტურბინები შექმნილია დიდი მოცულობის, შედარებით დაბალი დაწნევის წყლის ნაკადის ენერგიის ელექტროენერგიად ეფექტურად გარდასაქმნელად. ფრენსისის ტურბინების სხვადასხვა ნაკადის სიჩქარესთან ადაპტირება მათ საშუალებას აძლევს მაქსიმალურად გამოიყენონ მდინარის წყლის რესურსები და გამოიმუშაონ ელექტროენერგიის დიდი რაოდენობა ჩინეთის დიდი ნაწილის ენერგეტიკული მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად.
კუნძულის გარემო: კუნძულებს ხშირად აქვთ წყლის რესურსების უნიკალური მახასიათებლები. მაგალითად, წყნარი ოკეანის ზოგიერთ კუნძულზე, სადაც არის მცირე და საშუალო ზომის მდინარეები, რომელთა ნაკადის სიჩქარე ცვალებადია წვიმიანი და მშრალი სეზონების მიხედვით, ფრენსისის ტურბინები გამოიყენება მცირე მასშტაბის ჰიდროელექტროსადგურებში. ამ ტურბინებს შეუძლიათ ადაპტირება მოახდინონ წყლის ცვალებად პირობებთან, რაც ადგილობრივი თემებისთვის ელექტროენერგიის საიმედო წყაროს წარმოადგენს. წვიმიან სეზონზე, როდესაც ნაკადის სიჩქარე მაღალია, ტურბინებს შეუძლიათ მუშაობა უფრო მაღალი სიმძლავრით, ხოლო მშრალ სეზონზე მათ კვლავ შეუძლიათ მუშაობა შემცირებული წყლის ნაკადით, თუმცა უფრო დაბალი სიმძლავრის დონით, რაც უზრუნველყოფს უწყვეტი ენერგომომარაგებას.
საიმედოობა და ხანგრძლივი ექსპლუატაცია
ფრენსისის ტურბინა მაღალი შეფასებით სარგებლობს მისი საიმედოობისა და ხანგრძლივი ექსპლუატაციის შესაძლებლობების გამო, რაც გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა ელექტროენერგიის გენერაციის ობიექტებისთვის, რომლებსაც ხანგრძლივი პერიოდის განმავლობაში სტაბილური ენერგომომარაგების შენარჩუნება სჭირდებათ.
1. მყარი სტრუქტურული დიზაინი
ფრენსისის ტურბინას აქვს მყარი და კარგად დაპროექტებული სტრუქტურა. ტურბინის ცენტრალური მბრუნავი კომპონენტი, როგორც წესი, დამზადებულია მაღალი სიმტკიცის მასალებისგან, როგორიცაა უჟანგავი ფოლადი ან სპეციალური შენადნობები. ეს მასალები შერჩეულია მათი შესანიშნავი მექანიკური თვისებების გამო, მათ შორის მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცის, კოროზიისადმი მდგრადობისა და დაღლილობისადმი მდგრადობის გამო. მაგალითად, მსხვილ ჰიდროელექტროსადგურებში გამოყენებულ მასშტაბურ ფრენსისის ტურბინებში, ძრავის პირები შექმნილია მაღალი წნევის წყლის ნაკადის და ბრუნვის დროს წარმოქმნილი მექანიკური დაძაბულობის გასაძლოდ. ძრავის დიზაინი ოპტიმიზირებულია სტრესის ერთგვაროვანი განაწილების უზრუნველსაყოფად, რაც ამცირებს სტრესის კონცენტრაციის წერტილებში წარმოქმნილი რისკის შემცირებას, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ბზარები ან სტრუქტურული რღვევები.
სპირალური კორპუსი, რომელიც წყალს მილსადენისკენ მიმართავს, ასევე გამძლეობის გათვალისწინებით არის აგებული. ის, როგორც წესი, დამზადებულია სქელკედლიანი ფოლადის ფირფიტებისგან, რომლებსაც შეუძლიათ გაუძლონ ტურბინაში შემავალი მაღალი წნევის წყლის ნაკადს. სპირალურ კორპუსსა და სხვა კომპონენტებს, როგორიცაა საყრდენი და მიმმართველი ფრთები, შორის კავშირი შექმნილია მტკიცე და საიმედოდ, რაც უზრუნველყოფს მთელი სტრუქტურის შეუფერხებელ მუშაობას სხვადასხვა სამუშაო პირობებში.
2. დაბალი ტექნიკური მომსახურების მოთხოვნები
ფრენსისის ტურბინის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი უპირატესობა მისი შედარებით დაბალი ტექნიკური მომსახურების მოთხოვნებია. მისი მარტივი და ეფექტური დიზაინის წყალობით, სხვა ტიპის ტურბინებთან შედარებით, მას ნაკლები მოძრავი ნაწილი აქვს, რაც ამცირებს კომპონენტების გაუმართაობის ალბათობას. მაგალითად, მიმმართველ ფრთებს, რომლებიც აკონტროლებენ წყლის ნაკადს მორბენალ ტურბინაში, აქვთ მარტივი მექანიკური შეერთების სისტემა. ეს სისტემა ადვილად ხელმისაწვდომია შემოწმებისა და ტექნიკური მომსახურებისთვის. რეგულარული ტექნიკური მომსახურების ამოცანები ძირითადად მოიცავს მოძრავი ნაწილების შეზეთვას, წყლის გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად დალუქვის შემოწმებას და ტურბინის საერთო მექანიკური მდგომარეობის მონიტორინგს.
ტურბინის კონსტრუქციაში გამოყენებული მასალები ასევე ხელს უწყობს მის დაბალ მოვლა-პატრონობას. ტურბინის კონსტრუქციისა და სხვა კომპონენტებისთვის გამოყენებული კოროზიისადმი მდგრადი მასალები ამცირებს კოროზიის გამო ხშირი ჩანაცვლების საჭიროებას. გარდა ამისა, თანამედროვე ფრენსისის ტურბინები აღჭურვილია მოწინავე მონიტორინგის სისტემებით. ამ სისტემებს შეუძლიათ ისეთი პარამეტრების უწყვეტი მონიტორინგი, როგორიცაა ვიბრაცია, ტემპერატურა და წნევა. ამ მონაცემების ანალიზით, ოპერატორებს შეუძლიათ წინასწარ აღმოაჩინონ პოტენციური პრობლემები და ჩაატარონ პრევენციული მოვლა-პატრონობა, რაც კიდევ უფრო ამცირებს ძირითადი რემონტის დროს მოულოდნელი გათიშვის საჭიროებას.
3. ხანგრძლივი მომსახურების ვადა
ფრენსისის ტურბინებს ხანგრძლივი მომსახურების ვადა აქვთ, ხშირად რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში. მსოფლიოს მრავალ ჰიდროელექტროსადგურში, რამდენიმე ათწლეულის წინ დამონტაჟებული ფრენსისის ტურბინები კვლავ ფუნქციონირებს და ეფექტურად გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას. მაგალითად, შეერთებულ შტატებსა და ევროპაში ადრე დამონტაჟებული ფრენსისის ტურბინებიდან ზოგიერთი 50 წელზე მეტია მუშაობს. სათანადო მოვლა-პატრონობისა და პერიოდული განახლების შემთხვევაში, ამ ტურბინებს შეუძლიათ საიმედოდ განაგრძონ მუშაობა.
ფრენსისის ტურბინის ხანგრძლივი ექსპლუატაციის ვადა არა მხოლოდ სასარგებლოა ელექტროენერგიის წარმოების ინდუსტრიისთვის ეკონომიურობის თვალსაზრისით, არამედ ენერგომომარაგების საერთო სტაბილურობისთვისაც. ხანგრძლივი მოქმედების ტურბინა ნიშნავს, რომ ელექტროსადგურებს შეუძლიათ თავიდან აიცილონ ტურბინების ხშირი ჩანაცვლებით გამოწვეული მაღალი ხარჯები და შეფერხებები. ის ასევე ხელს უწყობს ჰიდროენერგიის, როგორც საიმედო და მდგრადი ენერგიის წყაროს, გრძელვადიან სიცოცხლისუნარიანობას, რაც უზრუნველყოფს სუფთა ელექტროენერგიის უწყვეტად გენერირებას მრავალი წლის განმავლობაში.
ხარჯების ეფექტურობა გრძელვადიან პერსპექტივაში
ელექტროენერგიის გენერაციის ტექნოლოგიების ეკონომიურობის გათვალისწინებით, ფრენსისის ტურბინა ჰიდროელექტროსადგურების გრძელვადიანი ექსპლუატაციისთვის ხელსაყრელ ვარიანტად ცხადდება.
1. საწყისი ინვესტიცია და გრძელვადიანი ექსპლუატაციის ხარჯები
საწყისი ინვესტიცია: მიუხედავად იმისა, რომ ფრენსისის ტურბინაზე დაფუძნებული ჰიდროელექტროსადგურის პროექტში საწყისი ინვესტიცია შეიძლება შედარებით მაღალი იყოს, მნიშვნელოვანია გრძელვადიანი პერსპექტივის გათვალისწინება. ფრენსისის ტურბინის შეძენასთან, მონტაჟთან და საწყის დაყენებასთან დაკავშირებული ხარჯები, მათ შორის, ლილვის, სპირალური კორპუსის და სხვა კომპონენტების, ასევე ელექტროსადგურის ინფრასტრუქტურის მშენებლობასთან დაკავშირებული ხარჯები მნიშვნელოვანია. თუმცა, ეს საწყისი დანახარჯები კომპენსირდება გრძელვადიანი სარგებლით. მაგალითად, 50-100 მეგავატი სიმძლავრის საშუალო ზომის ჰიდროელექტროსადგურში, ფრენსისის ტურბინების და მასთან დაკავშირებული აღჭურვილობის ნაკრების საწყისი ინვესტიცია შეიძლება ათობით მილიონი დოლარის დიაპაზონში იყოს. თუმცა, სხვა ენერგიის გენერაციის ტექნოლოგიებთან შედარებით, როგორიცაა ახალი ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგურის მშენებლობა, რომელიც მოითხოვს უწყვეტ ინვესტიციებს ნახშირის შესყიდვაში და კომპლექსურ გარემოსდაცვით აღჭურვილობაში ემისიების სტანდარტების დასაკმაყოფილებლად, ფრენსისის ტურბინაზე დაფუძნებული ჰიდროელექტროსადგურის პროექტის გრძელვადიანი ხარჯების სტრუქტურა უფრო სტაბილურია.
გრძელვადიანი ექსპლუატაციის ღირებულება: ფრენსისის ტურბინის ექსპლუატაციის ღირებულება შედარებით დაბალია. ტურბინის დამონტაჟებისა და ელექტროსადგურის ექსპლუატაციაში შესვლის შემდეგ, ძირითადი მიმდინარე ხარჯები დაკავშირებულია მონიტორინგისა და მოვლა-პატრონობის პერსონალთან, ასევე დროთა განმავლობაში ზოგიერთი მცირე კომპონენტის შეცვლის ღირებულებასთან. ფრენსისის ტურბინის მაღალი ეფექტურობის მუშაობა ნიშნავს, რომ მას შეუძლია დიდი რაოდენობით ელექტროენერგიის გენერირება შედარებით მცირე რაოდენობით წყლის შეყვანით. ეს ამცირებს გამომუშავებული ელექტროენერგიის ერთეულ ღირებულებას. ამის საპირისპიროდ, თბოელექტროსადგურებს, როგორიცაა ნახშირზე ან გაზზე მომუშავე ელექტროსადგურები, აქვთ მნიშვნელოვანი საწვავის ხარჯები, რომლებიც დროთა განმავლობაში იზრდება ისეთი ფაქტორების გამო, როგორიცაა საწვავის ფასების ზრდა და გლობალური ენერგეტიკული ბაზრის რყევები. მაგალითად, ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგურს შეიძლება ჰქონდეს საწვავის ხარჯების ზრდის მაჩვენებელი ყოველწლიურად გარკვეული პროცენტით, რადგან ნახშირის ფასები დამოკიდებულია მიწოდებისა და მოთხოვნის დინამიკაზე, მოპოვების ხარჯებსა და ტრანსპორტირების ხარჯებზე. ფრენსისის ტურბინით მომუშავე ჰიდროელექტროსადგურში წყლის ღირებულება, რომელიც წარმოადგენს ტურბინის „საწვავს“, არსებითად უფასოა, წყლის რესურსების მართვასთან დაკავშირებული ნებისმიერი ხარჯის და წყლის უფლებების პოტენციური საფასურის გარდა, რომლებიც, როგორც წესი, გაცილებით დაბალია, ვიდრე თბოელექტროსადგურების საწვავის ხარჯები.
2. ელექტროენერგიის წარმოების საერთო ხარჯების შემცირება მაღალი ეფექტურობის ოპერირებისა და დაბალი ტექნიკური მომსახურების ხარჯების მეშვეობით
მაღალი ეფექტურობის ექსპლუატაცია: ფრენსისის ტურბინის მაღალი ეფექტურობის ენერგიის გარდაქმნის უნარი პირდაპირ ხელს უწყობს ხარჯების შემცირებას. უფრო ეფექტურ ტურბინას შეუძლია იმავე რაოდენობის წყლის რესურსებიდან მეტი ელექტროენერგიის გენერირება. მაგალითად, თუ ფრენსისის ტურბინას აქვს 90%-იანი ეფექტურობა წყლის ენერგიის მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნაში (რომელიც შემდეგ გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად), ნაკლებად ეფექტურ ტურბინასთან შედარებით, რომლის ეფექტურობა 80%-ია, მოცემული წყლის ნაკადისა და დაწნევისთვის, 90%-იანი ეფექტურობის მქონე ფრენსისის ტურბინა გამოიმუშავებს 12.5%-ით მეტ ელექტროენერგიას. გაზრდილი სიმძლავრე ნიშნავს, რომ ელექტროსადგურის ექსპლუატაციასთან დაკავშირებული ფიქსირებული ხარჯები, როგორიცაა ინფრასტრუქტურის, მენეჯმენტისა და პერსონალის ხარჯები, ნაწილდება ელექტროენერგიის წარმოების უფრო დიდ რაოდენობაზე. შედეგად, მცირდება ელექტროენერგიის ერთეულის ღირებულება (ელექტროენერგიის გათანაბრებული ღირებულება, LCOE).
დაბალი მოვლა-პატრონობა: ფრენსისის ტურბინის დაბალი მოვლა-პატრონობა ასევე გადამწყვეტ როლს თამაშობს ეკონომიურ ეფექტურობაში. ნაკლები მოძრავი ნაწილებისა და გამძლე მასალების გამოყენების გამო, ძირითადი მოვლა-პატრონობისა და კომპონენტების შეცვლის სიხშირე დაბალია. რეგულარული მოვლა-პატრონობის ამოცანები, როგორიცაა შეზეთვა და შემოწმება, შედარებით იაფია. ამის საპირისპიროდ, ტურბინების ან ენერგიის გენერაციის აღჭურვილობის ზოგიერთ სხვა ტიპს შეიძლება დასჭირდეს უფრო ხშირი და ძვირადღირებული მოვლა-პატრონობა. მაგალითად, ქარის ტურბინას, მიუხედავად იმისა, რომ ის განახლებადი ენერგიის წყაროა, აქვს კომპონენტები, როგორიცაა გადაცემათა კოლოფი, რომლებიც მიდრეკილია ცვეთისა და დაზიანებისკენ და შეიძლება მოითხოვდეს ძვირადღირებულ რემონტს ან შეცვლას ყოველ რამდენიმე წელიწადში ერთხელ. ფრენსისის ტურბინაზე დაფუძნებულ ჰიდროელექტროსადგურში, ძირითად მოვლა-პატრონობის სამუშაოებს შორის ხანგრძლივი ინტერვალები ნიშნავს, რომ ტურბინის სიცოცხლის განმავლობაში მოვლა-პატრონობის საერთო ღირებულება მნიშვნელოვნად დაბალია. ეს, მისი ხანგრძლივი მომსახურების ვადასთან ერთად, დროთა განმავლობაში კიდევ უფრო ამცირებს ელექტროენერგიის გენერაციის საერთო ღირებულებას, რაც ფრენსისის ტურბინას გრძელვადიანი ელექტროენერგიის გენერაციის ეკონომიურ არჩევნად აქცევს.

გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობა
ფრენსისის ტურბინაზე დაფუძნებული ჰიდროელექტროენერგიის გენერაცია ელექტროენერგიის გენერაციის სხვა მრავალ მეთოდთან შედარებით მნიშვნელოვან გარემოსდაცვით უპირატესობებს გვთავაზობს, რაც მას უფრო მდგრადი ენერგეტიკული მომავლისკენ გადასვლის მნიშვნელოვან კომპონენტად აქცევს.
1. შემცირებული ნახშირბადის გამონაბოლქვი
ფრენსისის ტურბინების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გარემოსდაცვითი უპირატესობა მათი მინიმალური ნახშირბადის კვალია. წიაღისეულ საწვავზე დაფუძნებული ელექტროენერგიის გენერაციისგან განსხვავებით, როგორიცაა ნახშირზე და გაზზე მომუშავე ელექტროსადგურები, ფრენსისის ტურბინების გამოყენებით მომუშავე ჰიდროელექტროსადგურები მუშაობის დროს არ წვავენ ნამარხი საწვავს. ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგურები ნახშირორჟანგის (\(CO_2\)) ძირითადი გამომსხივებლები არიან, ტიპიური მასშტაბური ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგური წელიწადში მილიონობით ტონა \(CO_2\)-ს გამოყოფს. მაგალითად, 500 მეგავატიანი ნახშირზე მომუშავე ელექტროსადგური წელიწადში შეიძლება დაახლოებით 3 მილიონი ტონა \(CO_2\) გამოყოფდეს. შედარებისთვის, ფრენსისის ტურბინებით აღჭურვილი მსგავსი სიმძლავრის ჰიდროელექტროსადგური მუშაობის დროს პრაქტიკულად არ წარმოქმნის პირდაპირ \(CO_2\) გამოყოფას. ფრენსისის ტურბინებით მომუშავე ჰიდროელექტროსადგურების ეს ნულოვანი ემისიის მახასიათებელი სასიცოცხლო როლს ასრულებს სათბურის გაზების ემისიების შემცირებისა და კლიმატის ცვლილების შერბილების გლობალურ მცდელობებში. წიაღისეულ საწვავზე დაფუძნებული ელექტროენერგიის გენერაციის ჰიდროელექტროსადგურით ჩანაცვლებით, ქვეყნებს შეუძლიათ მნიშვნელოვნად შეუწყონ ხელი ნახშირორჟანგის შემცირების მიზნების მიღწევას. მაგალითად, ისეთ ქვეყნებს, როგორიცაა ნორვეგია, რომლებიც დიდად არიან დამოკიდებული ჰიდროენერგიაზე (ფრენსისის ტურბინები ფართოდ გამოიყენება), ერთ სულ მოსახლეზე ნახშირორჟანგის გამოყოფა შედარებით დაბალია იმ ქვეყნებთან შედარებით, რომლებიც უფრო მეტად არიან დამოკიდებულნი ნამარხი საწვავზე დაფუძნებულ ენერგიის წყაროებზე.
2. დაბალი ჰაერის გამონაბოლქვი
ნახშირბადის გამონაბოლქვის გარდა, ნამარხი საწვავის ელექტროსადგურები ასევე გამოყოფენ ჰაერის სხვადასხვა დამაბინძურებლებს, როგორიცაა გოგირდის დიოქსიდი (\(SO_2\)), აზოტის ოქსიდები (\(NO_x\)) და მყარი ნაწილაკები. ამ დამაბინძურებლებს სერიოზული უარყოფითი გავლენა აქვთ ჰაერის ხარისხსა და ადამიანის ჯანმრთელობაზე. \(SO_2\)-მა შეიძლება გამოიწვიოს მჟავა წვიმა, რომელიც აზიანებს ტყეებს, ტბებსა და შენობებს. \(NO_x\) ხელს უწყობს სმოგის წარმოქმნას და შეიძლება გამოიწვიოს სასუნთქი გზების პრობლემები. მყარი ნაწილაკები, განსაკუთრებით წვრილი მყარი ნაწილაკები (PM2.5), დაკავშირებულია ჯანმრთელობის სხვადასხვა პრობლემასთან, მათ შორის გულისა და ფილტვების დაავადებებთან.
ფრენსისის ტურბინებზე დაფუძნებული ჰიდროელექტროსადგურები კი ექსპლუატაციის დროს არ გამოყოფენ ჰაერის ამ მავნე დამაბინძურებლებს. ეს ნიშნავს, რომ ჰიდროელექტროსადგურების მქონე რეგიონებს შეუძლიათ ისარგებლონ უფრო სუფთა ჰაერით, რაც საზოგადოებრივი ჯანმრთელობის გაუმჯობესებას იწვევს. იმ ადგილებში, სადაც ჰიდროენერგიამ ჩაანაცვლა წიაღისეული საწვავით დაფუძნებული ელექტროენერგიის წარმოების მნიშვნელოვანი ნაწილი, ჰაერის ხარისხის შესამჩნევი გაუმჯობესება შეინიშნება. მაგალითად, ჩინეთის ზოგიერთ რეგიონში, სადაც ფრენსისის ტურბინებით მასშტაბური ჰიდროელექტრო პროექტები განვითარდა, ჰაერში SO2-ის, NOx-ის და მყარი ნაწილაკების დონე შემცირდა, რამაც ადგილობრივ მოსახლეობაში სასუნთქი გზების და გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების შემთხვევების შემცირება გამოიწვია.
3. ეკოსისტემაზე მინიმალური ზემოქმედება
სათანადოდ დაპროექტებისა და მართვის შემთხვევაში, ფრენსისის ტურბინაზე დაფუძნებულ ჰიდროელექტროსადგურებს შეუძლიათ შედარებით მცირე გავლენა მოახდინონ მიმდებარე ეკოსისტემაზე, ზოგიერთ სხვა ენერგეტიკული განვითარების პროექტთან შედარებით.
თევზის გასასვლელი: ფრენსისის ტურბინებით აღჭურვილი მრავალი თანამედროვე ჰიდროელექტროსადგური დაპროექტებულია თევზის გასასვლელი ნაგებობებით. ეს ნაგებობები, როგორიცაა თევზის კიბეები და თევზის ამწევი ნაგებობები, აგებულია თევზის ზემოთ და ქვემოთ მიგრაციაში დასახმარებლად. მაგალითად, ჩრდილოეთ ამერიკაში, კოლუმბიის მდინარეში, ჰიდროელექტროსადგურებმა დაამონტაჟეს თევზის გასასვლელის დახვეწილი სისტემები. ეს სისტემები საშუალებას აძლევს ორაგულს და სხვა მიგრირებად თევზებს, გვერდი აუარონ კაშხლებსა და ტურბინებს, რაც მათ საშუალებას აძლევს მიაღწიონ ქვირითობის ადგილებს. ამ თევზის გასასვლელი ნაგებობების დიზაინი ითვალისწინებს სხვადასხვა სახეობის თევზის ქცევას და ცურვის შესაძლებლობებს, რაც უზრუნველყოფს მიგრირებადი თევზების გადარჩენის მაჩვენებლის მაქსიმიზაციას.
წყალი - ხარისხის შენარჩუნება: ფრენსისის ტურბინების მუშაობა, როგორც წესი, არ იწვევს წყლის ხარისხის მნიშვნელოვან ცვლილებებს. ზოგიერთი სამრეწველო საქმიანობისგან ან ენერგიის გამომუშავების გარკვეული ტიპებისგან განსხვავებით, რომლებსაც შეუძლიათ წყლის წყაროების დაბინძურება, ფრენსისის ტურბინების გამოყენებით მომუშავე ჰიდროელექტროსადგურები, როგორც წესი, ინარჩუნებენ წყლის ბუნებრივ ხარისხს. ტურბინებში გამავალი წყალი ქიმიურად არ იცვლება და ტემპერატურის ცვლილებები, როგორც წესი, მინიმალურია. ეს მნიშვნელოვანია წყლის ეკოსისტემების ჯანმრთელობის შენარჩუნებისთვის, რადგან ბევრი წყლის ორგანიზმი მგრძნობიარეა წყლის ხარისხისა და ტემპერატურის ცვლილებების მიმართ. მდინარეებში, სადაც ფრენსისის ტურბინების მქონე ჰიდროელექტროსადგურები მდებარეობს, წყლის ხარისხი რჩება შესაფერისი წყლის მრავალფეროვანი სახეობებისთვის, მათ შორის თევზებისთვის, უხერხემლოებისა და მცენარეებისთვის.