Turbina wodna jest rodzajem maszyny turbinowej w maszynach hydraulicznych. Już około 100 r. p.n.e. narodził się prototyp turbiny wodnej – turbina wodna. W tamtym czasie główną funkcją było napędzanie maszyn do przetwarzania zboża i nawadniania. Turbina wodna, jako urządzenie mechaniczne napędzane przepływem wody, rozwinęła się do obecnej turbiny wodnej, a zakres jej zastosowań również został rozszerzony. Gdzie zatem głównie stosuje się nowoczesne turbiny wodne?
Turbina wodna jest głównie używana w elektrowniach szczytowo-pompowych. Gdy obciążenie systemu energetycznego jest niższe od obciążenia podstawowego, może być używana jako pompa wodna, aby wykorzystać nadmiarową moc wytwórczą do pompowania wody ze zbiornika dolnego do zbiornika górnego i magazynowania energii w postaci energii potencjalnej; Gdy obciążenie systemu jest wyższe od obciążenia podstawowego, może być używana jako turbina wodna do wytwarzania energii elektrycznej w celu dostosowania obciążenia szczytowego. Dlatego czysta elektrownia szczytowo-pompowa nie może zwiększyć mocy systemu energetycznego, ale może poprawić ekonomikę eksploatacji jednostek wytwarzania energii cieplnej i poprawić ogólną wydajność systemu energetycznego. Od lat 50. XX wieku jednostki szczytowo-pompowe są szeroko cenione i szybko rozwijane na całym świecie.
Jednostki magazynowania szczytowego opracowane na wczesnym etapie lub z wysokim ciśnieniem wody przyjmują głównie trzy typy maszyn, to znaczy składają się z silnika generatora, turbiny wodnej i pompy wodnej połączonych szeregowo. Ich zaletą jest to, że turbina wodna i pompa wodna są projektowane oddzielnie, co może mieć wysoką wydajność, a kierunek obrotu jednostki jest taki sam podczas generowania i pompowania, co można szybko zmienić z wytwarzania energii na pompowanie lub z pompowania na wytwarzanie energii. Jednocześnie turbina może być używana do uruchamiania jednostki. Jej wadami są wysokie koszty i duże inwestycje w elektrownię.
Łopatki wirnika turbiny pompy o przepływie skośnym mogą się obracać i nadal mieć dobrą wydajność pracy, gdy zmienia się wysokość ciśnienia wody i obciążenie. Jednak ze względu na ograniczenia wynikające z charakterystyki hydraulicznej i wytrzymałości materiału, maksymalna wysokość ciśnienia wody wynosiła zaledwie 136,2 m na początku lat 80. (elektrownia Kogen nr 1 w Japonii). W przypadku wyższych wysokości ciśnienia wody wymagane są turbiny pompowe Francisa.
Elektrownia szczytowo-pompowa jest wyposażona w zbiorniki górne i dolne. W warunkach magazynowania tej samej energii zwiększenie ciśnienia może zmniejszyć pojemność magazynową, zwiększyć prędkość jednostkową i obniżyć koszty projektu. Dlatego elektrownie magazynujące energię o wysokim ciśnieniu powyżej 300 metrów rozwijają się szybko. Turbina pompowa Francisa o najwyższym ciśnieniu wody na świecie jest zainstalowana w elektrowni Beinabashta w Jugosławii. Jej pojedyncza moc jednostkowa wynosi 315 MW, a ciśnienie wody turbiny wynosi 600,3 metra; Pompa ma ciśnienie 623,1 m i prędkość obrotową 428,6 obr./min. została oddana do użytku w 1977 roku. Od XX wieku jednostki hydroenergetyczne rozwijają się w kierunku wysokich parametrów i dużej wydajności. Wraz ze wzrostem mocy pożarowej w systemie energetycznym i rozwojem energetyki jądrowej, w celu rozwiązania problemu rozsądnego ścinania szczytów, kraje na całym świecie aktywnie budują elektrownie szczytowo-pompowe oprócz energicznego rozwijania lub rozbudowy elektrowni na dużą skalę w głównych systemach wodnych. Dlatego turbiny pompowe rozwijają się szybko.
Jako maszyna energetyczna, która zamienia energię przepływu wody na energię mechaniczną obrotową, turbina wodna jest niezbędnym elementem zestawu generatora turbiny wodnej. Obecnie problem ochrony środowiska staje się coraz poważniejszy. Hydroenergia, metoda wytwarzania energii wykorzystująca czystą energię, zyskuje coraz większe zastosowanie i jest promowana. Aby w pełni wykorzystać różne zasoby hydrauliczne, pływy, rzeki płaskie o niskim spadku, a nawet fale również przyciągnęły powszechną uwagę, co doprowadziło do szybkiego rozwoju turbin rurowych i innych małych jednostek.
Czas publikacji: 06-kwi-2022
