Een waterturbine is een soort turbinemachine in de vloeistoftechniek. Al rond 100 voor Christus ontstond het prototype van de waterturbine: de waterturbine. Destijds was de belangrijkste functie het aandrijven van machines voor graanverwerking en irrigatie. De waterturbine, een mechanisch apparaat aangedreven door waterstroming, heeft zich ontwikkeld tot de huidige waterturbine en ook het toepassingsgebied is uitgebreid. Waar worden moderne waterturbines dan voornamelijk gebruikt?
De waterturbine wordt voornamelijk gebruikt in pompaccumulatiecentrales. Wanneer de belasting van het energiesysteem lager is dan de basisbelasting, kan deze als waterpomp worden gebruikt om de overtollige energieopwekkingscapaciteit te benutten en water van het stroomafwaartse reservoir naar het stroomopwaartse reservoir te pompen en energie op te slaan in de vorm van potentiële energie. Wanneer de systeembelasting hoger is dan de basisbelasting, kan de turbine als waterturbine worden gebruikt om elektriciteit op te wekken en zo de piekbelasting aan te passen. Een pompaccumulatiecentrale kan daarom niet het vermogen van het energiesysteem verhogen, maar wel de operationele economie van thermische energieopwekkingseenheden verbeteren en de algehele efficiëntie van het energiesysteem verbeteren. Sinds de jaren 50 worden pompaccumulaties wereldwijd breed gewaardeerd en snel ontwikkeld.
De pompaccumulatie-units die in een vroeg stadium of met een hoge waterdruk worden ontwikkeld, maken meestal gebruik van drie machinetypen: een generatormotor, waterturbine en waterpomp in serie. Het voordeel hiervan is dat de waterturbine en de waterpomp afzonderlijk zijn ontworpen, wat een hoog rendement kan opleveren. Bovendien is de draairichting van de unit hetzelfde tijdens het opwekken en pompen, waardoor de unit snel kan worden omgeschakeld van energieopwekking naar pompen, of van pompen naar energieopwekking. Tegelijkertijd kan de turbine worden gebruikt om de unit te starten. Nadelen zijn de hoge kosten en de grote investering in de energiecentrale.
De schoepen van de turbine van de hellende stromingspomp kunnen roteren en toch goed blijven functioneren, zelfs bij wisselende waterhoogte en belasting. Beperkingen door de hydraulische eigenschappen en materiaalsterkte leidden er echter toe dat de maximale waterhoogte begin jaren 80 slechts 136,2 m bedroeg (Kogen elektriciteitscentrale nr. 1 in Japan). Voor hogere waterhoogtes zijn Francis-pompturbines vereist.
De pompaccumulatiecentrale is uitgerust met boven- en onderreservoirs. Onder de voorwaarde van het opslaan van dezelfde energie, kan het verhogen van de opvoerhoogte de opslagcapaciteit verminderen, de snelheid van de eenheid verhogen en de projectkosten verlagen. Daarom ontwikkelen energieopslagcentrales met hoge opvoerhoogte boven 300 meter zich snel. De Francis-pompturbine met de hoogste wateropvoerhoogte ter wereld is geïnstalleerd in de Beinabashta-centrale in Joegoslavië. Het individuele vermogen is 315 MW en de wateropvoerhoogte van de turbine is 600,3 meter; de pomp heeft een opvoerhoogte van 623,1 m en een rotatiesnelheid van 428,6 omwentelingen per minuut. Deze werd in 1977 in gebruik genomen. Sinds de 20e eeuw hebben waterkrachtcentrales zich ontwikkeld naar hoge parameters en een grote capaciteit. Met de toename van de brandcapaciteit in het energiesysteem en de ontwikkeling van kernenergie, om het probleem van redelijke piekafvlakking op te lossen, bouwen landen over de hele wereld actief pompaccumulatiecentrales, naast de snelle ontwikkeling of uitbreiding van grootschalige energiecentrales in grote watersystemen. Daarom hebben pompturbines zich snel ontwikkeld.
Als krachtbron die de energie van de waterstroom omzet in roterende mechanische energie, is een waterturbine een onmisbaar onderdeel van een waterturbinegeneratorset. Tegenwoordig wordt de problematiek rond milieubescherming steeds ernstiger. Waterkracht, een energieopwekkingsmethode die gebruikmaakt van schone energie, wordt steeds vaker toegepast en gepromoot. Om optimaal gebruik te maken van diverse hydraulische bronnen, hebben getijden, vlakke rivieren met een laag verval en zelfs golven ook brede aandacht getrokken, wat heeft geleid tot de snelle ontwikkeling van buisturbines en andere kleine eenheden.
Plaatsingstijd: 06-04-2022
