De waterturbine is een type turbine dat binnen de vloeistofmechanica valt. Al rond 100 voor Christus ontstond het prototype van de waterturbine. Destijds was de belangrijkste functie ervan het aandrijven van machines voor graanverwerking en irrigatie. De waterturbine, als mechanisch apparaat dat wordt aangedreven door waterstroming, heeft zich ontwikkeld tot de waterturbine van nu, en het toepassingsgebied ervan is eveneens uitgebreid. Waar worden moderne waterturbines dan voornamelijk gebruikt?
De waterturbine wordt voornamelijk gebruikt in pompwaterkrachtcentrales. Wanneer de belasting van het elektriciteitsnet lager is dan de basisbelasting, kan de turbine als waterpomp worden ingezet om de overtollige energieopwekkingscapaciteit te gebruiken voor het oppompen van water van het stroomafwaartse reservoir naar het stroomopwaartse reservoir, waarbij energie wordt opgeslagen in de vorm van potentiële energie. Wanneer de belasting van het systeem hoger is dan de basisbelasting, kan de turbine als waterpomp worden gebruikt om elektriciteit op te wekken en de piekbelasting te beheersen. Een pompwaterkrachtcentrale kan dus niet per se het vermogen van het elektriciteitsnet verhogen, maar kan wel de operationele kosten van thermische centrales verlagen en de algehele efficiëntie van het elektriciteitsnet verbeteren. Sinds de jaren 50 worden pompwaterkrachtcentrales wereldwijd steeds meer gewaardeerd en hebben ze zich snel ontwikkeld.
De pompwaterkrachtcentrales die in een vroeg stadium zijn ontwikkeld of die een hoge waterdruk vereisen, maken meestal gebruik van het driemachinetype, dat wil zeggen dat ze bestaan uit een generator, een waterturbine en een waterpomp in serie. Het voordeel hiervan is dat de waterturbine en de waterpomp afzonderlijk zijn ontworpen, wat een hoog rendement mogelijk maakt. Bovendien draait de unit in dezelfde richting tijdens het opwekken en pompen, waardoor snel kan worden omgeschakeld van energieopwekking naar pompen, of andersom. Tegelijkertijd kan de turbine worden gebruikt om de unit op te starten. De nadelen zijn de hoge kosten en de grote investering in de energiecentrale.
De schoepen van de turbine van een hellende stromingspomp kunnen roteren en toch goed blijven functioneren, zelfs bij wisselende waterhoogte en belasting. Echter, beperkt door de hydraulische eigenschappen en materiaalkracht, bedroeg de maximale waterhoogte begin jaren tachtig slechts 136,2 meter (Kogen No. 1-krachtcentrale in Japan). Voor hogere waterhoogtes zijn Francis-pompturbines nodig.
De pompwaterkrachtcentrale is uitgerust met een boven- en een onderreservoir. Bij een gelijke opslagcapaciteit kan een hogere valhoogte de opslagcapaciteit verlagen, de rotatiesnelheid van de turbine verhogen en de projectkosten verlagen. Daarom worden pompwaterkrachtcentrales met een valhoogte van meer dan 300 meter snel ontwikkeld. De Francis-pompturbine met de hoogste valhoogte ter wereld is geïnstalleerd in de Beinabashta-krachtcentrale in Joegoslavië. Het vermogen van de turbine bedraagt 315 MW en de valhoogte is 600,3 meter. De pomp heeft een valhoogte van 623,1 meter 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 hogere parameters en een grote capaciteit. Met de toename van de capaciteit van het elektriciteitsnet en de ontwikkeling van kernenergie, en om het probleem van een redelijke piekbelastingafvlakking op te lossen, bouwen landen over de hele wereld actief pompwaterkrachtcentrales, naast de krachtige ontwikkeling of uitbreiding van grootschalige energiecentrales in belangrijke watersystemen. Daarom hebben pompturbines zich snel ontwikkeld.
Als krachtbron die de energie van waterstroming omzet in roterende mechanische energie, is de waterturbine een onmisbaar onderdeel van een waterturbinegenerator. Het probleem van milieubescherming wordt tegenwoordig steeds ernstiger. Waterkracht, een methode voor energieopwekking die gebruikmaakt van schone energie, wint aan populariteit en wordt steeds meer toegepast. Om optimaal gebruik te maken van diverse waterkrachtbronnen, trekken getijden, vlakke rivieren met een geringe valhoogte en zelfs golven steeds meer aandacht, wat heeft geleid tot de snelle ontwikkeling van buisturbines en andere kleine eenheden.
Geplaatst op: 06-04-2022
