नवीकरणीय र कम लागतको विशेषताहरू सहितको जलविद्युत ऊर्जा संक्रमणको एक प्रमुख तत्व हो।

स्वच्छ ऊर्जाको परिदृश्यमा, जलविद्युत ऊर्जा रूपान्तरणको एक महत्त्वपूर्ण स्तम्भको रूपमा खडा छ, यसको नवीकरणीय प्रकृति, कम लागत, र बलियो शिखर भार सन्तुलन क्षमताहरूको लागि धन्यवाद। थ्री गर्जेज बाँधका विशाल टर्बाइनहरूदेखि पहाडी क्षेत्रहरूमा साना जलविद्युत प्लान्टहरूको कोमल प्रवाहसम्म, टर्बाइनको परिक्रमण सधैं "पानी सम्भाव्य ऊर्जा → यान्त्रिक ऊर्जा → विद्युतीय ऊर्जा" बाट ऊर्जा रूपान्तरणको साथ हुन्छ। जलविद्युतको मुख्य आकर्षण विभिन्न पानी हेड र प्रवाह अवस्थाहरूमा जलविद्युत टर्बाइन-जेनेरेटर एकाइको उत्कृष्ट अनुकूलनतामा निहित छ। यो गतिशील प्रदर्शन मोडेल, प्रतिक्रिया टर्बाइन र आवेग टर्बाइन जस्ता मुख्यधारा टर्बाइन प्रकारहरूको सही प्रतिकृति मार्फत, टर्बाइन र पानी प्रवाह बीचको अन्तरक्रियाको अद्वितीय सरलता प्रदर्शन गर्दछ। (१) प्रतिक्रिया टर्बाइन मोडेल: पानी प्रवाह र ब्लेडहरू बीच "अङ्गालेको" ऊर्जा आदानप्रदान फ्रान्सिस टर्बाइन मोडेल सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने "अलराउन्डर" हो। मोडेलले थ्री गर्जेज पावर स्टेशनमा १:२५ स्केलमा ७०० मेगावाट एकाइको मुख्य संरचना पुन: उत्पादन गर्दछ। रनरको व्यास ३० सेन्टिमिटर छ र यसमा १३ वटा सुव्यवस्थित ब्लेडहरू (१५° इनलेट कोण, २०° आउटलेट कोण) रेडियल रूपमा व्यवस्थित छन्; रनरको वरिपरि समायोज्य गाइड भेनहरू (२४ भेनहरू, ABS प्लास्टिक र धातु फ्रेम कम्पोजिटबाट बनेका) छन्, जुन "गभर्नर रिंग" मा जोडिएका छन्, जसले गाइड भेन ओपनिङ (०-३०°) समायोजन गर्न सक्छ। पारदर्शी आवरण कास्ट एक्रिलिकबाट बनेको छ। पानी (माइक्रो पम्पद्वारा सञ्चालित परिसंचरण पानी प्रणालीबाट) गाइड भेनहरूद्वारा निर्देशित, सबै पक्षबाट केसिङमा समान रूपमा बग्छ, र २० मिटर/सेकेन्डको सिमुलेटेड फ्लो गतिमा रनर ब्लेडहरूलाई असर गर्छ, जसले रनरलाई घुमाउन चलाउँछ (१५० आरपीएम, वास्तविक एकाइको १२५ आरपीएम अनुरूप)। गतिशील प्रदर्शनको मूल "परिधियुक्त पानी सेवन" को ऊर्जा रूपान्तरणमा निहित छ: जब गाइड भेन ओपनिङ २०° मा समायोजन गरिन्छ, फ्लो मिटरले "सिमुलेटेड फ्लो रेट ५L/सेकेन्ड" देखाउँछ, स्पीड मिटर १५० आरपीएममा स्थिर हुन्छ, र जेनेरेटर मोडेलले २२०V आउटपुट गर्छ। "बाढीको मौसममा बढेको प्रवाह" (गाइड भेन पूर्ण रूपमा खुला) को अनुकरण गर्दा, टर्बाइनको गति १८० आरपीएममा बढ्छ, र भोल्टेज २४० भोल्टमा बढ्छ। स्क्रिनले एकै साथ "फ्रान्सिस टर्बाइनहरू ५०-७०० मिटरको पानीको टाउकोको लागि उपयुक्त छन् र ९५% को दक्षता प्राप्त गर्न सक्छन्" प्रदर्शन गर्दछ। यो डिजाइनले "टर्बाइन चलाउने ब्लेडको दुबै छेउमा दबाब भिन्नता" को प्रतिक्रिया सिद्धान्तलाई सहज बनाउँछ, फ्रान्सिस टर्बाइनहरू उच्च पानीको टाउको र ठूलो प्रवाह दरहरूको लागि किन रुचाइएको विकल्प हो भनेर पूर्ण रूपमा व्याख्या गर्दछ। अक्षीय प्रवाह टर्बाइन मोडेलले कम पानीको टाउकोको लागि "अक्षीय पानी सेवन" को फाइदाहरू प्रदर्शन गर्दछ, जसमा स्थिर र समायोज्य ब्लेड प्रकारहरू दुवै छन्। समायोज्य ब्लेड मोडेलमा ४० सेमी व्यासको रोटर छ जसमा ६ ब्लेडहरू छन् जुन पानीको प्रवाह अवस्था (माइक्रो सर्वो मोटरद्वारा नियन्त्रित) अनुसार घुम्छन्, ब्लेड कोण समायोजन दायरा -१०° देखि +१५° सम्म हुन्छ। गाइड भेन र रोटर समाक्षीय रूपमा व्यवस्थित छन्, पानी रोटरमा अक्षीय रूपमा बग्छ। ब्लेडहरू पानीको थ्रस्ट र तिनीहरूको आफ्नै घुमाउरोपनको संयुक्त प्रभाव अन्तर्गत घुम्छन्। मोडेलको “पानी टाउको समायोजन” अन्तरक्रियात्मक सुविधा अद्वितीय छ: जब दर्शकहरूले “कम पानी टाउको ३-५ मिटर” (जस्तै, मैदानमा नदी) चयन गर्छन्, ब्लेड कोण +१५° (पानी सम्पर्क क्षेत्र बढाउँदै) मा समायोजन गरिन्छ, गाइड भेन खोल्ने ३०° हुन्छ, र रोटर गति ६० rpm हुन्छ; “मध्यम पानी टाउको १०-३० मिटर” मा स्विच गर्दा, ब्लेड कोण ०° मा समायोजन गरिन्छ, गति १०० rpm मा बढ्छ, र स्क्रिनले “अक्षीय प्रवाह टर्बाइनहरूले उच्च प्रवाह दर र कम पानी टाउकोमा ९२% को दक्षता प्राप्त गर्न सक्छन्” प्रदर्शन गर्दछ। समायोज्य-पिच र स्थिर-पिच टर्बाइनहरूको तुलनात्मक प्रदर्शनमा बढी शैक्षिक मूल्य छ: समान प्रवाह दर अन्तर्गत, समायोज्य-पिच टर्बाइनले, ब्लेड कोण समायोजन गरेर, स्थिर-पिच टर्बाइन भन्दा ८-१०% बढी दक्षता प्राप्त गर्दछ (दक्षता वक्र स्क्रिनमा वास्तविक समयमा प्रदर्शित हुन्छ), सहज रूपमा “समायोज्य-पिच टर्बाइनहरू प्रवाह दरहरूको फराकिलो दायरामा अनुकूलन गर्न सक्षम हुनु” को प्राविधिक फाइदालाई चित्रण गर्दछ। सिँचाइ क्षेत्रहरूमा साना जलविद्युतको बारेमा सिकाउन यो तुलना विशेष गरी महत्त्वपूर्ण छ, जसले विद्यार्थीहरूलाई "ग्रामीण साना जलविद्युत परियोजनाहरूमा अक्षीय-प्रवाह टर्बाइनहरू किन प्रयोग गरिन्छ" भनेर बुझ्न मद्दत गर्दछ। झुकाव-प्रवाह टर्बाइन मोडेल "हेड अनुकूलनको मास्टर" हो, जसको रनर ब्लेड अक्ष मुख्य शाफ्टमा ४५° कोणमा हुन्छ (मिश्रित-प्रवाह र अक्षीय-प्रवाह टर्बाइन बीच)। मोडेलको ब्लेडहरू समकालिक रूपमा समायोजित गर्न सकिन्छ (-५° देखि +२५° सम्म), गाइड भेनहरू र रनर एकसाथ समायोजन गर्दै। जब सिमुलेटेड हेड ४० मिटरबाट १२० मिटरमा बढ्छ, ब्लेड कोण स्वचालित रूपमा +२५° देखि -५° सम्म समायोजन हुन्छ, १२० rpm को स्थिर रनर गति कायम राख्छ, "३-गुणा हेड भिन्नतामा उच्च दक्षता" को विशेषता प्रदर्शन गर्दछ। पारदर्शी आवरणले अद्वितीय प्रवाह मार्गको स्पष्ट अवलोकन गर्न अनुमति दिन्छ, र स्क्रिनमा दक्षता समोच्च नक्साले दर्शकहरूलाई यसको "मिश्रित-प्रवाह र अक्षीय-प्रवाह टर्बाइनहरू बीचको अनुकूलनता" बुझ्न मद्दत गर्दछ।

(२) इम्पल्स टर्बाइन मोडेल: पानीको प्रवाह र ब्लेडहरूको "टक्कर-प्रकार" ऊर्जा रिलीज
पेल्टन टर्बाइन मोडेल उच्च-हेड अनुप्रयोगहरूको लागि "पावर च्याम्पियन" हो, स्विट्जरल्याण्डको लियोनहार्ड पावर स्टेशनको क्लासिक डिजाइनको नक्कल गर्दै। १२ कप-आकारको बाल्टिनहरू (प्रत्येक ५० मिलीलीटर क्षमता भएको, क्रोम-प्लेटेड ब्रासबाट बनेको) रनर (२५ सेमी व्यास) वरिपरि समान रूपमा वितरित छन्; "नोजल" ​​(०.५ सेमी व्यास) ३६०° घुम्छ। उच्च-दबावको पानी (प्लन्जर पम्पद्वारा प्रदान गरिएको, ५००-१००० मिटरको हेडको अनुकरण गर्दै) ले उच्च-गतिको जेट (५० मिटर/सेकेन्ड) बनाउँछ जसले बाल्टिनको "स्प्लिटर" लाई ठ्याक्कै असर गर्छ, पानीको गतिज ऊर्जालाई घुम्ने धावकको यांत्रिक ऊर्जामा रूपान्तरण गर्छ। गतिशील प्रदर्शनको मुख्य आकर्षण "जेट प्रभाव" मार्फत ऊर्जा स्थानान्तरण हो: जब एकल नोजल सक्रिय हुन्छ, टर्बाइन पाङ्ग्रालाई असर गर्ने पानी जेटले एक उल्लेखनीय "प्रतिक्रिया बल" (रोटरको तत्काल प्रवेग) उत्पन्न गर्दछ, ३०० आरपीएममा पुग्छ र ५०० वाटको सिमुलेटेड जेनेरेटर आउटपुट पावर। दुई नोजलहरू (सममित रूपमा व्यवस्थित) भएको खण्डमा, गति ५८० आरपीएम र शक्ति ९८० वाटमा बढ्छ। स्क्रिनले "यस प्रकारको टर्बाइनको दक्षता उच्च पानीको टाउकोमुनि ९०% सम्म पुग्न सक्छ, र पानी आवरणमा प्रवेश गर्दैन, जसले गर्दा यो उच्च तलछट सामग्री भएको पानीको लागि उपयुक्त हुन्छ" भनेर देखाउँछ। यो डिजाइनले "गतिज ऊर्जा स्थानान्तरण पानीको दबाबमा निर्भर गर्दैन, तर केवल उच्च-गतिको पानी प्रवाहको प्रभावमा" भन्ने सिद्धान्तलाई स्पष्ट रूपमा चित्रण गर्दछ, "१०० मिटर भन्दा बढीको टाउको भएको पहाडी जलविद्युत प्लान्टहरूको लागि यो किन उपयुक्त छ भनेर पूर्ण रूपमा व्याख्या गर्दछ।" झुकाव-प्रभाव टर्बाइन मोडेलले "तिरछा जेट प्रभाव" को लचिलो अनुकूलनता प्रदर्शन गर्दछ, नोजल टर्बाइन ह्वील प्लेनमा २२.५° कोणको साथ, पानीले स्कूप-आकारको ब्लेडहरू (१८ ब्लेडहरू) लाई तिरछा रूपमा असर गर्छ। अन्तरक्रियात्मक सुविधाले दर्शकहरूलाई नोजल कोण समायोजन गर्न अनुमति दिन्छ, रोटर गतिमा परिवर्तन अवलोकन गर्दै - कोण २२.५° बाट विचलित हुँदा १०-१५% कमी, दक्षतामा कोण शुद्धताको प्रभावलाई चित्रण गर्दछ। यस प्रकारको मोडेल प्रायः "पहाडी क्षेत्रहरूमा सानो-स्तरीय जलविद्युत" चित्रण गर्न प्रयोग गरिन्छ, जुन "२०-३०० मिटरको हेड र सानो प्रवाह दर भएका वितरित ऊर्जा प्रणालीहरू" को लागि उपयुक्त छ। दोहोरो-प्रभाव टर्बाइन मोडेलले "पानीले ब्लेडहरूलाई दुई पटक असर गरेर" ऊर्जा उपयोगलाई अधिकतम बनाउँछ। टर्बाइन पाङ्ग्रामा ब्लेडका दुई तहहरू हुन्छन्; पहिलो प्रभाव पछि, पानी तल्लो तहलाई असर गर्न पाङ्ग्राबाट बग्छ। पारदर्शी पाङ्ग्राले दर्शकहरूलाई "दोहोरो-प्रभाव" मार्ग हेर्न अनुमति दिन्छ। स्क्रिनले देखाउँछ कि "दोहोरो-प्रभाव डिजाइनको दक्षता थोरै कम (७५-८५%) छ, यसको सरल संरचना र कम लागतले यसलाई ग्रामीण सूक्ष्म-जलविद्युतको लागि उपयुक्त बनाउँछ।" यो डिजाइनले "सरल डिजाइनहरूमा ऊर्जा उपयोगको बुद्धि" सजिलै स्पष्ट बनाउँछ। (३) हाइड्रो टर्बाइन मोडेलका विशेष प्रकारहरू: चरम अवस्थाहरूको लागि नवीन डिजाइनहरू
बल्ब टर्बाइन मोडेल कम हेड जलविद्युत प्लान्टहरूको लागि "फ्ल्याट-प्रोफाइल" समाधान हो। यसमा "बल्ब-आकार" संरचना छ - जेनेरेटर पानीको प्रवाह मार्गमा बल्ब-आकारको आवरण भित्र राखिएको छ, र टर्बाइन रोटर सिधै जेनेरेटर शाफ्टमा जोडिएको छ (सर्पिल केसिंग छैन)। पानी युनिट मार्फत अक्षीय रूपमा बग्छ। २-८ मिटरको सिमुलेटेड हेड उचाइको लागि (जस्तै, ज्वारीय पावर प्लान्टहरू), रोटर (४० सेमी व्यास, ८ घुमाउरो ब्लेडहरू) ८० आरपीएममा घुम्छ। स्क्रिनले "बल्ब टर्बाइनहरूले ८८% सम्मको दक्षता प्राप्त गर्न सक्छन्, नदीको किनारका पावर प्लान्टहरूको लागि उपयुक्त, कम सिभिल इन्जिनियरिङ लागतको साथ।" पारदर्शी आवरणले स्पष्ट रूपमा "सिधा-मार्फत पानी प्रवाह" विशेषता देखाउँछ, ज्वारीय र सिँचाइ च्यानलहरू जस्ता कम-हेड अनुप्रयोगहरूमा यसको व्यापक प्रयोगको व्याख्या गर्दै। ज्वारीय टर्बाइन मोडेलले द्विदिशात्मक बिजुली उत्पादन प्रदर्शन गर्दछ। यसको रोटर ब्लेडहरूमा सममित "एस-आकार" डिजाइन छ, जसले पानी बायाँबाट दायाँ वा दायाँबाट बायाँ बग्छ कि परवाह नगरी रोटरलाई घुमाउन अनुमति दिन्छ (६० आरपीएम)। यो मोडेल "टाइडल सिमुलेशन ट्याङ्की" सँग जोडिएको छ, जसले "उच्च ज्वारभाटाको समयमा बिजुली उत्पादन → कम ज्वारभाटाको समयमा बिजुली उत्पादन → स्थिर ज्वारभाटाको समयमा बन्द" को चक्र प्रदर्शन गर्दै पारस्परिक प्रवाह सिर्जना गर्न बढ्दो र घट्दो पानीको स्तर प्रयोग गर्दछ। स्क्रिनले "टाइडल टर्बाइनहरूले चन्द्र गुरुत्वाकर्षण प्रयोग गर्छन्, नवीकरणीय छन्, र अत्यधिक अनुमानित छन्" भनेर देखाउँछ। यो डिजाइनले "स्वच्छ ऊर्जा र प्राकृतिक लय" बीचको तालमेललाई दृश्यात्मक रूपमा स्पष्ट बनाउँछ।