En vannturbin, med Kaplan-, Pelton- og Francis-turbiner som de vanligste, er en stor roterende maskin som omdanner kinetisk og potensiell energi til vannkraft. Disse moderne ekvivalentene til vannhjulet har blitt brukt i over 135 år til industriell kraftproduksjon, og mer nylig til vannkraftproduksjon.
Hva brukes vannturbiner til i dag?
I dag bidrar vannkraft til 16 % av verdens kraftproduksjon. På 1800-tallet ble vannturbiner hovedsakelig brukt til industriell kraftproduksjon før strømnett ble utbredt. I dag brukes de til kraftproduksjon og kan finnes i demninger eller områder der det forekommer kraftig vannføring.
Med en raskt økende global energibehov og faktorer som klimaendringer og utarming av fossilt brensel, har vannkraft potensial til å ha stor innvirkning som en form for grønn energi på verdensbasis. Etter hvert som søket etter miljøvennlige og rene kraftkilder fortsetter, kan Francis-turbiner vise seg å bli en svært populær og stadig mer tatt i bruk løsning i årene som kommer.
Hvordan genererer vannturbiner strøm?
Vanntrykk skapt av naturlig eller kunstig rennende vann fungerer som energikilde for vannturbiner. Denne energien fanges opp og omdannes til vannkraft. Et vannkraftverk bruker vanligvis en demning i en aktiv elv for å lagre vann. Vannet slippes deretter ut i trinn, strømmer gjennom turbinen, roterer den og aktiverer en generator som deretter produserer strøm.
Hvor store er vannturbiner?
Basert på trykkhøyden de opererer under, kan vannturbiner klassifiseres i høy, middels og lav trykkhøyde. Vannkraftanlegg med lav trykkhøyde er større, ettersom vannturbinen må være stor for å oppnå en høy strømningshastighet mens lavt vanntrykk påføres over bladene. Vannkraftanlegg med høy trykkhøyde trenger på sin side ikke en så stor overflateomkrets, ettersom de brukes til å utnytte energi fra raskere vannkilder.
Diagram som forklarer størrelsen på de ulike delene av vannkraftsystemet, inkludert vannturbinen
Et diagram som forklarer størrelsen på de ulike delene av vannkraftsystemet, inkludert vannturbinen
Nedenfor vil vi forklare noen eksempler på ulike typer vannturbiner som brukes til ulike bruksområder og vanntrykk.
Kaplan-turbin (0–60 m trykkhøyde)
Disse turbinene er kjent som aksialstrømningsreaksjonsturbiner, ettersom de endrer trykket på vannet når det strømmer gjennom den. Kaplan-turbinen ligner en propell og har justerbare blader for å maksimere effektiviteten over en rekke vann- og trykknivåer.
Et Kaplan-turbindiagram
Pelton-turbin (trykkhøyde 300–1600 m)
Pelton-turbinen – eller Pelton-hjulet – er kjent som en impulsturbin, og utvinner energi fra vann i bevegelse. Denne turbinen er egnet for bruk med høyt trykkfall, ettersom den krever et høyt vanntrykk for å legge kraft på de skjeformede bøttene, og få skiven til å rotere og generere kraft.
Pelton-turbin
Francis-turbin (trykkhøyde 60–300 m)
Den siste og mest berømte vannturbinen, Francis-turbinen, står for 60 % av verdens vannkraft. Francis-turbinen fungerer som en slag- og reaksjonsturbin som opererer med middels trykkhøyde, og kombinerer aksial- og radialstrømningskonsepter. Ved å gjøre dette fyller turbinen gapet mellom turbiner med høyt og lavt trykkhøyde, noe som skaper en mer effektiv design og utfordrer dagens ingeniører til å forbedre den ytterligere.
Mer spesifikt fungerer en Francis-turbin ved at vann strømmer gjennom et spiralformet deksel og inn i (statiske) ledevinger som styrer vannstrømmen mot de (bevegelige) løpebladene. Vann tvinger løpehjulet til å rotere gjennom den kombinerte påvirkningen og reaksjonen av krefter, og forlater til slutt løpehjulet gjennom et sugerør som slipper ut vannstrømmen i det ytre miljøet.
Hvordan velger jeg et vannturbindesign?
Å velge det optimale turbindesignet handler ofte om én ting: mengden trykkhøyde og strømningshastighet som er tilgjengelig for deg. Når du har fastslått hva slags vanntrykk du kan utnytte, kan du bestemme om en lukket «reaksjonsturbindesign» som Francis-turbinen eller en åpen «impulsturbindesign», som Pelton-turbinen, passer bedre.
Vannturbindiagram
Til slutt kan du fastslå den nødvendige rotasjonshastigheten til den foreslåtte elektriske generatoren.
Publisert: 15. juli 2022
