Er bestaan veel soorten waterkrachtcentrales. Vandaag bespreken we de axiale waterkrachtcentrale in detail. De toepassing van axiale waterkrachtcentrales is de laatste jaren vooral gericht op de ontwikkeling van centrales met een hoge valhoogte en een groot formaat. Ook de ontwikkeling van axiale turbines in China verloopt voorspoedig. In de gebouwde waterkrachtcentrale van Gezhouba zijn twee soorten axiale schoepenradturbines geïnstalleerd, waarvan er één een rotordiameter van 11,3 meter heeft, wat overeenkomt met de rotordiameter van vergelijkbare turbines wereldwijd. Hieronder bespreken we de voor- en nadelen van deze middelgrote axiale turbine.
Voordelen van een axiale turbine
Vergeleken met een Francis-turbine heeft een axiale turbine de volgende belangrijkste voordelen:
1. Hoge specifieke snelheid en goede energiekarakteristieken. Daardoor zijn de snelheid en het debiet per eenheid hoger dan die van een Francis-turbine. Bij dezelfde opvoerhoogte en vermogen kan de hydraulische turbinegeneratorunit aanzienlijk kleiner worden, het gewicht van de unit worden verlaagd en materiaal worden bespaard, wat resulteert in hoge economische voordelen.
2. De vorm en ruwheid van de schoepen van een axiale turbine zijn gemakkelijk te produceren. Omdat de schoepen van een axiale turbine kunnen roteren, is het gemiddelde rendement hoger dan dat van een Francis-turbine. Bij veranderingen in belasting en valhoogte verandert het rendement nauwelijks.
3. De schoepen van de axiale schoepenradturbine kunnen worden gedemonteerd om de productie en het transport te vergemakkelijken.
Daarom blijft de axiale turbine stabiel over een groot werkingsbereik, heeft hij minder trillingen en een hoog rendement en vermogen. Bij lage waterhoogte vervangt hij vrijwel de Francis-turbine. De afgelopen decennia heeft hij een grote ontwikkeling doorgemaakt en wordt hij breed toegepast, zowel qua vermogen per eenheid als bij verschillende waterhoogtes.
3. Nadelen van een axiale turbine
De axiale turbine heeft echter ook nadelen en beperkt daardoor het toepassingsgebied. De belangrijkste nadelen zijn:
1. Het aantal schoepen is klein en ze zijn vrijdragend, waardoor de sterkte gering is en ze niet geschikt zijn voor waterkrachtcentrales met een gemiddelde tot hoge valhoogte.
2. Door de grote doorstroom en hoge snelheid van de turbine is de aanzuighoogte kleiner dan bij een Francis-turbine bij dezelfde waterhoogte. Dit resulteert in een grotere uitgravingsdiepte en een relatief hoge investering in de fundering van de energiecentrale.
Gezien de bovengenoemde tekortkomingen van de axiale turbine, wordt het toepassingsbereik van de axiale turbine voortdurend verbeterd door het gebruik van nieuwe materialen met een hoge sterkte en cavitatiebestendigheid bij de turbineproductie en door het optimaliseren van de spanningsverdeling in de schoepen tijdens het ontwerp. Momenteel ligt het toepassingsbereik van de axiale schroefturbine tussen de 3 en 90 meter, waarmee het in het gebied van de Francis-turbine is terechtgekomen. Zo heeft een buitenlandse axiale schroefturbine bijvoorbeeld een vermogen van 181.700 kW, een opvoerhoogte van 88 meter en een rotordiameter van 10,3 meter. Een in China geproduceerde axiale schroefturbine heeft een vermogen van 175.000 kW, een opvoerhoogte van 78 meter en een rotordiameter van 11,3 meter. De axiale schroefturbine heeft vaste schoepen en een eenvoudige constructie, maar is niet geschikt voor waterkrachtcentrales met grote schommelingen in waterhoogte en belasting. Voor grote waterkrachtcentrales met een stabiele waterhoogte, die dienen als basislast of meerdere eenheden, kan een axiale propellerturbine ook worden overwogen na een economische afweging wanneer er in de loop van het jaar een overvloed aan elektriciteit is. Het toepassingsgebied van de waterhoogte ligt tussen 3 en 50 meter. De axiale propellerturbine maakt over het algemeen gebruik van een verticale constructie en het werkingsprincipe is in principe hetzelfde als dat van een Francis-turbine. Het verschil is dat bij een veranderende belasting niet alleen de rotatie van de geleideschoepen wordt gereguleerd, maar ook die van de rotorbladen om een hoog rendement te behouden.
We hebben eerder ook al de Francis-turbine besproken. De Francis-turbine verschilt aanzienlijk van de axiale turbine binnen de waterkrachtcentrales. Zo is bijvoorbeeld de structuur van de rotor verschillend. De schoepen van een Francis-turbine lopen vrijwel parallel aan de as, terwijl die van een axiale turbine vrijwel loodrecht op de as staan.
Geplaatst op: 19 april 2022
