Ūdens turbīna ir hidrauliskās sistēmas turbomehānisms. Jau ap 100. gadu p.m.ē. radās ūdens turbīnas prototips — ūdensrats. Tolaik tā galvenā funkcija bija darbināt graudu pārstrādes un apūdeņošanas iekārtas. Ūdensrats kā mehāniska ierīce, kas kā enerģiju izmanto ūdens plūsmu, ir attīstījusies par pašreizējo ūdens turbīnu, un arī tās pielietojuma joma ir paplašinājusies. Tātad, kur galvenokārt tiek izmantotas mūsdienu ūdens turbīnas?
Turbīnas galvenokārt izmanto sūknēšanas akumulācijas elektrostacijās. Kad energosistēmas slodze ir zemāka par pamatslodzi, to var izmantot kā ūdens sūkni, lai izmantotu lieko enerģijas ražošanas jaudu ūdens sūknēšanai no lejpus esošā rezervuāra uz augšpuses rezervuāru, lai uzkrātu enerģiju potenciālās enerģijas veidā; kad sistēmas slodze ir augstāka par pamatslodzi, to var izmantot kā hidraulisko turbīnu, lai ražotu elektroenerģiju maksimālās slodzes regulēšanai. Tādēļ tīra sūknēšanas akumulācijas elektrostacija nevar palielināt energosistēmas jaudu, bet tā var uzlabot siltumenerģijas ražošanas iekārtu darbības ekonomiju un uzlabot energosistēmas kopējo efektivitāti. Kopš 20. gs. piecdesmitajiem gadiem sūknēšanas iekārtas ir plaši novērtētas un strauji attīstītas visā pasaulē.
Lielākā daļa agrīnā stadijā vai ar augstu ūdens spiedienu izstrādāto sūknēšanas uzglabāšanas iekārtu izmanto trīs mašīnu tipu, tas ir, tās sastāv no ģeneratora motora, ūdens turbīnas un ūdens sūkņa virknē. Tās priekšrocība ir tā, ka turbīna un ūdens sūknis ir konstruēti atsevišķi, un katram no tiem var būt augstāka efektivitāte, un iekārta griežas vienā virzienā, ražojot elektrību un sūknējot ūdeni, un to var ātri pārslēgt no enerģijas ražošanas uz sūknēšanas režīmu vai no sūknēšanas uz enerģijas ražošanu. Tajā pašā laikā turbīnu var izmantot, lai iedarbinātu iekārtu. Tās trūkums ir augstās izmaksas un lieli ieguldījumi elektrostacijā.
Slīpās plūsmas sūkņa turbīnas skrejriteņa lāpstiņas var pagriezt, un tai joprojām ir laba darba veiktspēja, mainoties ūdens spiedienam un slodzei. Tomēr hidraulisko īpašību un materiāla izturības ierobežojumu dēļ līdz 20. gs. astoņdesmito gadu sākumam tās neto spiediens bija tikai 136,2 metri (Japānas Takagenas Pirmā elektrostacija). Lielākam spiedienam ir nepieciešamas Francis sūkņa turbīnas.
Hidroakumulācijas elektrostacijai ir augšējie un apakšējie rezervuāri. Ar nosacījumu, ka tiek uzkrāta vienāda enerģija, palielinot pacelšanas jaudu, var samazināt uzglabāšanas jaudu, palielināt iekārtas ātrumu un samazināt projekta izmaksas. Tāpēc strauji attīstījušās augsta spiediena enerģijas uzglabāšanas elektrostacija virs 300 metriem. Francis sūkņa turbīna ar augstāko ūdens spiedienu pasaulē ir uzstādīta Baina Basta elektrostacijā Dienvidslāvijā. Kopš 20. gadsimta hidroelektrostacijas ir attīstījušās augstu parametru un lielas jaudas virzienā. Līdz ar siltumenerģijas jaudas pieaugumu energosistēmā un kodolenerģijas attīstību, lai atrisinātu saprātīgas maksimālās slodzes regulēšanas problēmu, papildus liela mēroga elektrostaciju enerģiskai attīstībai vai paplašināšanai lielākajās ūdensapgādes sistēmās, valstis visā pasaulē aktīvi būvē hidroakumulācijas elektrostacijas, kā rezultātā strauji attīstās sūkņu turbīnas.
Kā spēka iekārta, kas pārveido ūdens plūsmas enerģiju rotējošā mehāniskā enerģijā, hidroturbīna ir neaizstājama hidroģeneratora agregāta sastāvdaļa. Mūsdienās vides aizsardzības problēma kļūst arvien nopietnāka, un pieaug tīras enerģijas izmantošana un popularizēšana hidroenerģijā. Lai pilnībā izmantotu dažādus hidrauliskos resursus, plašu uzmanību ir piesaistījuši arī paisumi, līdzenas upes ar ļoti mazu kritumu un vienmērīgi viļņi, kā rezultātā strauji attīstījušās cauruļveida turbīnas un citas mazas vienības.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 23. marts
