Turbina wodna, a najpopularniejsze są turbiny Kaplana, Peltona i Francisa, to duża maszyna obrotowa, która przetwarza energię kinetyczną i potencjalną na energię wodną. Te nowoczesne odpowiedniki koła wodnego są używane od ponad 135 lat do przemysłowego wytwarzania energii, a ostatnio do wytwarzania energii wodnej.
Do czego wykorzystuje się dziś turbiny wodne?
Obecnie energia wodna odpowiada za 16% światowej produkcji energii. W XIX wieku turbiny wodne były używane głównie do zasilania przemysłu, zanim sieci elektryczne stały się powszechne. Obecnie są używane do wytwarzania energii elektrycznej i można je znaleźć w tamach lub obszarach, w których występuje duży przepływ wody.
W obliczu szybko rosnącego globalnego zapotrzebowania na energię oraz czynników takich jak zmiana klimatu i wyczerpujące się zasoby paliw kopalnych, energia wodna ma potencjał, aby wywrzeć duży wpływ jako forma zielonej energii na skalę światową. W miarę jak trwają poszukiwania przyjaznych dla środowiska i czystych źródeł energii, turbiny Francisa mogą okazać się bardzo popularnym i coraz częściej przyjmowanym rozwiązaniem w nadchodzących latach.
W jaki sposób turbiny wodne wytwarzają energię elektryczną?
Ciśnienie wody wytwarzane z naturalnie lub sztucznie płynącej wody jest źródłem energii dla turbin wodnych. Energia ta jest przechwytywana i zamieniana w energię hydroelektryczną. Elektrownia wodna zazwyczaj wykorzystuje tamę na aktywnej rzece do magazynowania wody. Woda jest następnie uwalniana w przyrostach, przepływając przez turbinę, obracając ją i aktywując generator, który następnie wytwarza energię elektryczną.
Jak duże są turbiny wodne?
Na podstawie ciśnienia, pod jakim pracują, turbiny wodne można podzielić na wysokie, średnie i niskie. Systemy hydroenergetyczne o niskim ciśnieniu są większe, ponieważ turbina wodna musi być duża, aby osiągnąć wysoki przepływ, podczas gdy niskie ciśnienie wody jest stosowane na łopatkach. Z kolei systemy hydroenergetyczne o wysokim ciśnieniu nie potrzebują tak dużego obwodu powierzchni, ponieważ są wykorzystywane do pozyskiwania energii z szybciej poruszających się źródeł wody.
Wykres objaśniający wielkość różnych części układu hydroenergetycznego, w tym turbiny wodnej
Wykres objaśniający wielkość różnych części układu hydroenergetycznego, w tym turbiny wodnej
Poniżej przedstawiamy kilka przykładów różnych typów turbin wodnych, wykorzystywanych w różnych zastosowaniach i przy różnych ciśnieniach wody.
Turbina Kaplana (ciśnienie 0-60 m)
Turbiny te są znane jako turbiny reakcyjne przepływu osiowego, ponieważ zmieniają ciśnienie wody podczas jej przepływu. Turbina Kaplana przypomina śmigło i ma regulowane łopatki, aby zmaksymalizować wydajność w zakresie poziomów wody i ciśnienia.
Schemat turbiny Kaplana
Turbina Peltona (ciśnienie 300–1600 m)
Turbina Peltona — lub koło Peltona — jest znana jako turbina impulsowa, ponieważ czerpie energię z poruszającej się wody. Turbina ta nadaje się do zastosowań o dużym ciśnieniu, ponieważ wymaga dużego ciśnienia wody, aby wywierać siłę na łyżki w kształcie łyżek i powodować obrót dysku i generowanie energii.
Turbina Peltona
Turbina Francisa (ciśnienie 60-300 m)
Ostatnia i najsłynniejsza turbina wodna, turbina Francisa, odpowiada za 60% światowej energii wodnej. Działając jako turbina uderzeniowa i reakcyjna, która działa przy średnim ciśnieniu, turbina Francisa łączy koncepcje przepływu osiowego i promieniowego. Dzięki temu turbina wypełnia lukę między turbinami o wysokim i niskim ciśnieniu, tworząc bardziej wydajną konstrukcję i stawiając inżynierom wyzwanie dalszego jej udoskonalania.
Dokładniej rzecz biorąc, turbina Francisa działa poprzez przepływ wody przez spiralną obudowę do (statycznych) łopatek kierowniczych, które kontrolują przepływ wody w kierunku (ruchomych) łopatek wirnika. Woda zmusza wirnik do obrotu poprzez łączone uderzenie i reakcję sił, ostatecznie opuszczając wirnik przez rurę ssącą, która odprowadza przepływ wody do środowiska zewnętrznego.
Jak wybrać projekt turbiny wodnej?
Wybór optymalnej konstrukcji turbiny często sprowadza się do jednej rzeczy: ilości ciśnienia i natężenia przepływu, jakie są dostępne. Po ustaleniu, jakie ciśnienie wody można wykorzystać, można zdecydować, czy lepiej sprawdzi się zamknięta „konstrukcja turbiny reakcyjnej”, taka jak turbina Francisa, czy otwarta „konstrukcja turbiny impulsowej”, taka jak turbina Peltona.
Schemat turbiny wodnej
Na koniec możesz ustalić potrzebną prędkość obrotową proponowanego przez Ciebie generatora elektrycznego.
Czas publikacji: 15-07-2022
