O turbină hidraulică, cele mai comune fiind turbinele Kaplan, Pelton și Francis, este o mașină rotativă mare care transformă energia cinetică și potențială în hidroelectricitate. Aceste echivalente moderne ale roții hidraulice sunt utilizate de peste 135 de ani pentru generarea de energie industrială și, mai recent, pentru generarea de energie hidroelectrică.
La ce sunt folosite turbinele cu apă astăzi?
Astăzi, energia hidroelectrică contribuie la 16% din producția mondială de energie. În secolul al XIX-lea, turbinele hidraulice erau folosite predominant pentru producerea de energie industrială înainte ca rețelele electrice să devină răspândite. În prezent, acestea sunt utilizate pentru generarea de energie electrică și pot fi găsite în baraje sau în zone în care are loc un flux mare de apă.
Având în vedere creșterea rapidă a cererii globale de energie și factori precum schimbările climatice și epuizarea combustibililor fosili, hidroelectricitatea are potențialul de a avea un impact major ca formă de energie verde la scară mondială. Pe măsură ce continuă căutarea de surse de energie ecologice și curate, turbinele Francis s-ar putea dovedi a fi o soluție foarte populară și din ce în ce mai adoptată în următorii ani.
Cum generează turbinele hidraulice electricitate?
Presiunea apei creată din apa care curge natural sau artificial există ca sursă de energie pentru turbinele hidraulice. Această energie este captată și transformată în energie hidroelectrică. O centrală hidroelectrică va folosi, în general, un baraj pe un râu activ pentru a stoca apa. Apa este apoi eliberată în trepte, curgând prin turbină, rotind-o și activând un generator care produce apoi electricitate.
Cât de mari sunt turbinele cu apă?
În funcție de înălțimea de pompare sub care funcționează, turbinele hidraulice pot fi clasificate în înălțime mare, medie și mică. Sistemele hidroelectrice cu înălțime mică sunt mai mari, deoarece turbina hidraulică trebuie să fie mare pentru a obține un debit mare, în timp ce presiunea apei este aplicată pe pale. La rândul lor, sistemele hidroelectrice cu înălțime mare nu au nevoie de o circumferință a suprafeței atât de mare, deoarece sunt utilizate pentru a valorifica energia din surse de apă care se mișcă mai rapid.
Diagramă care explică dimensiunea diferitelor componente ale sistemului hidroenergetic, inclusiv turbina hidraulică
O diagramă care explică dimensiunea diferitelor componente ale sistemului hidroenergetic, inclusiv turbina hidraulică
Mai jos, vom explica câteva exemple de diferite tipuri de turbine hidraulice utilizate pentru diferite aplicații și presiuni ale apei.
Turbină Kaplan (înălțime de presiune 0-60 m)
Aceste turbine sunt cunoscute sub numele de turbine cu reacție cu flux axial, deoarece modifică presiunea apei pe măsură ce aceasta curge prin ea. Turbina Kaplan seamănă cu o elice și are pale reglabile pentru a maximiza eficiența pe o gamă de niveluri de apă și presiune.
O diagramă a turbinei Kaplan
Turbină Pelton (înălțime de presiune 300m-1600m)
Turbina Pelton — sau roata Pelton — este cunoscută sub numele de turbină cu impuls, deoarece extrage energie din apa în mișcare. Această turbină este potrivită pentru aplicații cu înălțime mare, deoarece necesită o presiune mare a apei pentru a aplica forță asupra găleților în formă de lingură și a determina discul să se rotească și să genereze energie.
Turbină Pelton
Turbină Francis (înălțime de presiune 60m-300m)
Ultima și cea mai faimoasă turbină hidroelectrică, turbina Francis, reprezintă 60% din energia hidroelectrică mondială. Funcționând ca o turbină cu impact și reacție la o înălțime medie, turbina Francis combină conceptele de curgere axială și radială. Procedând astfel, turbina umple golul dintre turbinele cu înălțime mare și cea mică, creând un design mai eficient și provocând inginerii de astăzi să îl îmbunătățească în continuare.
Mai precis, o turbină Francis funcționează prin curgerea apei printr-o carcasă spiralată în palete de ghidare (statice) care controlează fluxul de apă către palele (în mișcare) ale rotorului. Apa forțează rotorul să se rotească prin impactul și reacția combinate a forțelor, ieșind în final din rotor printr-un tub de tiraj care deversează fluxul de apă în mediul extern.
Cum aleg un design de turbină hidrostatică?
Alegerea designului optim al turbinei se reduce adesea la un singur lucru: înălțimea de apă și debitul disponibile. După ce ați stabilit ce tip de presiune a apei puteți exploata, puteți decide dacă un design închis al „turbinei cu reacție”, precum turbina Francis, sau un design deschis al „turbinei cu impuls”, precum turbina Pelton, este mai potrivit.
Diagrama turbinei cu apă
În cele din urmă, puteți stabili viteza de rotație necesară a generatorului electric propus.
Data publicării: 15 iulie 2022
