Turbina wodna to rodzaj maszyny turbinowej w maszynach przepływowych. Już około 100 r. p.n.e. narodził się prototyp turbiny wodnej. W tamtym czasie jej główną funkcją było napędzanie maszyn do przetwórstwa zboża i nawadniania. Turbina wodna, jako urządzenie mechaniczne napędzane przepływem wody, rozwinęła się do obecnej turbiny wodnej, a jej zakres zastosowań również uległ rozszerzeniu. Gdzie zatem najczęściej wykorzystuje się współczesne turbiny wodne?
Turbina wodna jest wykorzystywana głównie w elektrowniach szczytowo-pompowych. Gdy obciążenie systemu elektroenergetycznego jest niższe od obciążenia podstawowego, może pełnić funkcję pompy wodnej, wykorzystując nadmiar mocy wytwórczej 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 pełnić funkcję turbiny wodnej do wytwarzania energii elektrycznej w celu kompensacji obciążenia szczytowego. Zatem elektrownia szczytowo-pompowa nie tylko nie zwiększa mocy systemu elektroenergetycznego, ale może również poprawić ekonomikę eksploatacji bloków cieplnych i ogólną sprawność systemu elektroenergetycznego. Od lat 50. XX wieku elektrownie szczytowo-pompowe cieszą się dużym uznaniem i dynamicznie rozwijają się na całym świecie.
Wczesne elektrownie szczytowo-pompowe lub elektrownie z wysokim ciśnieniem wody zazwyczaj wykorzystują trzy typy maszyn, tj. składają się z silnika generatora, turbiny wodnej i pompy wodnej połączonych szeregowo. Zaletą takiego rozwiązania jest niezależna konstrukcja turbiny wodnej i pompy wodnej, co zapewnia wysoką sprawność. Jednocześnie kierunek obrotów elektrowni jest taki sam podczas pracy generatora i pompy, co pozwala na szybkie przełączenie z trybu wytwarzania energii na pompowanie lub odwrotnie. Jednocześnie turbina może być używana do rozruchu elektrowni. Wadami takiego rozwiązania są wysokie koszty i wysokie nakłady inwestycyjne na elektrownię.
Łopatki wirnika turbiny pompy o przepływie skośnym mogą się obracać i nadal zapewniać dobrą wydajność pracy przy zmianie wysokości podnoszenia wody i obciążenia. Jednakże, ze względu na ograniczenia wynikające z właściwości hydraulicznych i wytrzymałości materiałów, maksymalna wysokość podnoszenia wody na początku lat 80. wynosiła zaledwie 136,2 m (elektrownia Kogen nr 1 w Japonii). W przypadku wyższych wysokości podnoszenia wody wymagane są turbiny pompowe Francisa.
Elektrownia szczytowo-pompowa jest wyposażona w zbiornik górny i dolny. Przy założeniu magazynowania tej samej energii, zwiększenie ciśnienia może zmniejszyć pojemność magazynową, zwiększyć prędkość jednostki i obniżyć koszty projektu. Dlatego elektrownie magazynujące energię o wysokim ciśnieniu powyżej 300 metrów rozwijają się dynamicznie. W elektrowni Beinabashta w Jugosławii zainstalowano pompo-turbinę Francisa o najwyższym na świecie ciśnieniu wody. Moc pojedynczego urządzenia wynosi 315 MW, a ciśnienie wody turbiny 600,3 metra. Pompa ma ciśnienio-pompę 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 mocy. Wraz ze wzrostem mocy wytwórczych w systemie elektroenergetycznym i rozwojem energetyki jądrowej, aby rozwiązać problem rozsądnego ograniczania szczytowego zapotrzebowania na energię, kraje na całym świecie aktywnie budują elektrownie szczytowo-pompowe, a także intensywnie rozwijają lub rozbudowują elektrownie wielkoskalowe w dużych systemach wodnych. Dlatego turbiny pompowe rozwijają się szybko.
Jako maszyna energetyczna, która przetwarza energię przepływu wody na energię mechaniczną w ruchu obrotowym, turbina wodna jest niezbędnym elementem agregatu prądotwórczego z turbiną wodną. Problem ochrony środowiska staje się obecnie coraz poważniejszy. Energetyka wodna, metoda wytwarzania energii wykorzystująca czystą energię, zyskuje coraz większe zastosowanie i jest coraz popularniejsza. Aby w pełni wykorzystać różnorodne zasoby hydrauliczne, pływy, rzeki nizinne o niskim spadku, a nawet fale, również zyskały na popularności, co doprowadziło do szybkiego rozwoju turbin rurowych i innych małych jednostek.
Czas publikacji: 06-04-2022
