De waterturbine is een turbomachine in de vloeistoftechniek. Al rond 100 voor Christus ontstond het prototype van de waterturbine, het waterrad. Destijds was de belangrijkste functie het aandrijven van machines voor graanverwerking en irrigatie. Het waterrad, als mechanisch apparaat dat waterstroom als krachtbron gebruikt, heeft zich ontwikkeld tot de huidige waterturbine en ook het toepassingsgebied is uitgebreid. Waar worden moderne waterturbines dan vooral gebruikt?
Turbines worden voornamelijk gebruikt in pompaccumulatiecentrales. Wanneer de belasting van het energiesysteem lager is dan de basisbelasting, kan het worden gebruikt als een waterpomp om de overtollige energieopwekkingscapaciteit te gebruiken om water van het stroomafwaartse reservoir naar het stroomopwaartse reservoir te pompen om energie op te slaan in de vorm van potentiële energie; wanneer de systeembelasting hoger is dan de basisbelasting, kan het worden gebruikt als een hydraulische turbine, die elektriciteit opwekt om piekbelastingen te reguleren. Daarom kan de pure pompaccumulatiecentrale het vermogen van het energiesysteem niet verhogen, maar het kan de operationele economie van thermische energieopwekkende eenheden verbeteren en de algehele efficiëntie van het energiesysteem verbeteren. Sinds de jaren 1950 worden pompaccumulatie-eenheden alom gewaardeerd en snel ontwikkeld in landen over de hele wereld.
De meeste pompaccumulatie-installaties die in een vroeg stadium of met een hoge waterdruk worden ontwikkeld, maken gebruik van het type met drie machines, dat wil zeggen dat ze bestaan uit een generatormotor, een waterturbine en een waterpomp in serie. Het voordeel hiervan is dat de turbine en de waterpomp afzonderlijk zijn ontworpen, waardoor ze elk een hogere efficiëntie kunnen hebben. Bovendien draait de installatie in dezelfde richting tijdens het opwekken van elektriciteit en het pompen van water, en kan snel worden overgeschakeld van energieopwekking naar pompen, of van pompen naar energieopwekking. Tegelijkertijd kan de turbine worden gebruikt om de installatie te starten. Het nadeel hiervan is de hoge kosten en de grote investering in de energiecentrale.
De schoepen van de turbine van de schuine stromingspomp kunnen draaien en de turbine presteert nog steeds goed bij wisselende waterhoogte en belasting. Door de beperkingen van de hydraulische eigenschappen en de materiaalsterkte bedroeg de netto opvoerhoogte begin jaren 80 echter slechts 136,2 meter (Japanse Takagen First Power Station). Voor hogere opvoerhoogten zijn Francis-pompturbines vereist.
De pompaccumulatiecentrale heeft boven- en onderreservoirs. Om dezelfde energie op te slaan, kan een verhoging van de opvoerhoogte de opslagcapaciteit verminderen, de snelheid van de eenheid verhogen en de projectkosten verlagen. Daarom heeft de energieopslagcentrale met hoge opvoerhoogte boven 300 meter zich snel ontwikkeld. De Francis-pompturbine met de hoogste opvoerhoogte ter wereld is geïnstalleerd in de Baina Basta-centrale in Joegoslavië. Sinds de 20e eeuw ontwikkelen waterkrachtcentrales zich in de richting van hoge parameters en een grote capaciteit. Met de toename van de thermische energiecapaciteit in het elektriciteitsnet en de ontwikkeling van kernenergie, om het probleem van redelijke piekregeling op te lossen, naast de krachtige ontwikkeling of uitbreiding van grootschalige elektriciteitscentrales in grote watersystemen, bouwen landen over de hele wereld actief pompaccumulatiecentrales, wat resulteert in een snelle ontwikkeling van pompturbines.
Als krachtbron die de energie van stromend water omzet in roterende mechanische energie, is een waterturbine een onmisbaar onderdeel van een hydrogeneratorset. Tegenwoordig wordt de problematiek rond milieubescherming steeds ernstiger en neemt de toepassing en promotie van waterkracht, die gebruikmaakt van schone energie, toe. Om de verschillende waterkrachtbronnen optimaal te benutten, hebben getijden, ondiepe rivieren met een zeer laag verval en zelfs golven ook brede aandacht getrokken, wat heeft geleid tot de snelle ontwikkeling van buisturbines en andere kleine eenheden.
Plaatsingstijd: 23-03-2022
