Vodná turbína je turbostroj v rámci fluidných strojov. Už okolo roku 100 pred Kristom sa zrodil prototyp vodnej turbíny, vodné koleso. V tom čase bolo jej hlavnou funkciou pohon strojov na spracovanie obilia a zavlažovanie. Vodné koleso ako mechanické zariadenie, ktoré využíva prúdenie vody ako energiu, sa vyvinulo do súčasnej vodnej turbíny a rozšíril sa aj rozsah jej použitia. Kde sa teda moderné vodné turbíny hlavne používajú?
Turbíny sa používajú hlavne v prečerpávacích elektrárňach. Keď je zaťaženie energetickej sústavy nižšie ako základné zaťaženie, možno ich použiť ako vodné čerpadlo na využitie prebytočnej kapacity výroby energie na čerpanie vody z nádrže po prúde do nádrže proti prúdu na uskladnenie energie vo forme potenciálnej energie; keď je zaťaženie sústavy vyššie ako základné zaťaženie, možno ich použiť ako hydraulickú turbínu na výrobu elektriny na reguláciu špičkového zaťaženia. Preto čisto prečerpávacia elektráreň nemôže zvýšiť výkon energetickej sústavy, ale môže zlepšiť prevádzkovú ekonomiku tepelných elektrární a zlepšiť celkovú účinnosť energetickej sústavy. Od 50. rokov 20. storočia sa prečerpávacie elektrárne tešia veľkej obľube a rýchlo sa rozvíjajú v krajinách po celom svete.
Väčšina prečerpávacích elektrární vyvinutých v počiatočnom štádiu alebo s vysokým spádom vody používa trojmotorový typ, čo znamená, že sa skladajú z generátorového motora, vodnej turbíny a vodného čerpadla zapojených v sérii. Výhodou je, že turbína a vodné čerpadlo sú navrhnuté samostatne, čo môže mať vyššiu účinnosť a jednotka sa pri výrobe elektriny a čerpaní vody otáča rovnakým smerom, čo umožňuje rýchlu prechod z výroby energie na čerpanie alebo z čerpania na výrobu energie. Zároveň sa turbína môže použiť na spustenie jednotky. Nevýhodou sú vysoké náklady a veľká investícia do elektrárne.
Lopatky obežného kolesa šikmej čerpacej turbíny sa dajú otáčať a stále majú dobrý prevádzkový výkon pri zmene spádu vody a zaťaženia. Avšak kvôli obmedzeniam hydraulických charakteristík a pevnosti materiálu bol jej čistý spád začiatkom 80. rokov iba 136,2 metra. (Prvá japonská elektráreň Takagen). Pre vyššie spády sú potrebné Francisove čerpacie turbíny.
Prečerpávacia elektráreň má horné a dolné nádrže. Za podmienky skladovania rovnakej energie môže zvýšenie výtlaku znížiť akumulačnú kapacitu, zvýšiť rýchlosť jednotky a znížiť náklady na projekt. Preto sa elektráreň s vysokým spádom nad 300 metrov rýchlo rozvíjala. Francisova čerpacia turbína s najvyšším vodným spádom na svete je nainštalovaná v elektrárni Baina Bašta v Juhoslávii. Od 20. storočia sa vodné elektrárne vyvíjajú smerom k vysokým parametrom a veľkej kapacite. S rastúcou tepelnou kapacitou v energetickej sústave a rozvojom jadrovej energie, s cieľom vyriešiť problém rozumnej regulácie špičky, okrem intenzívneho rozvoja alebo rozširovania veľkých elektrární vo veľkých vodných systémoch, krajiny na celom svete aktívne budujú prečerpávacie elektrárne, čo vedie k rýchlemu rozvoju čerpacích turbín.
Vodná turbína je ako energetický stroj, ktorý premieňa energiu prúdenia vody na rotačnú mechanickú energiu, a preto je nevyhnutnou súčasťou hydrogenerátora. V súčasnosti je problém ochrany životného prostredia čoraz vážnejší a narastá využívanie a podpora vodnej energie, ktorá využíva čistú energiu. Aby sa mohli plne využiť rôzne hydraulické zdroje, priťahujú rozsiahlu pozornosť aj príliv a odliv, nížinné rieky s veľmi nízkym spádom a dokonca aj vlny, čo vedie k rýchlemu rozvoju rúrkových turbín a iných malých jednotiek.
Čas uverejnenia: 23. marca 2022
