Vodná turbína je druh turbínového stroja v fluidných strojoch. Už okolo roku 100 pred Kristom sa zrodil prototyp vodnej turbíny – vodná turbína. V tom čase bolo jej hlavnou funkciou pohon strojov na spracovanie obilia a zavlažovanie. Vodná turbína, ako mechanické zariadenie poháňané prúdením vody, sa vyvinula do súčasnej vodnej turbíny a jej rozsah použitia sa tiež rozšíril. Kde sa teda moderné vodné turbíny hlavne používajú?
Vodná turbína sa používa hlavne v prečerpávacích elektrárňach. Keď je zaťaženie energetickej sústavy nižšie ako základné zaťaženie, môže sa použiť ako vodné čerpadlo na využitie prebytočnej kapacity výroby energie na čerpanie vody z nádrže po prúde do nádrže proti prúdu a ukladanie energie vo forme potenciálnej energie. Keď je zaťaženie sústavy vyššie ako základné zaťaženie, môže sa použiť ako vodná turbína na výrobu elektriny na úpravu 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 na celom svete.
Prečerpávacie elektrárne vyvinuté v počiatočnom štádiu alebo s vysokým spádom vody väčšinou používajú trojmotorový typ, teda sú zložené z generátorového motora, vodnej turbíny a vodného čerpadla zapojených v sérii. Výhodou je, že vodná turbína a vodné čerpadlo sú navrhnuté samostatne, čo môže mať vysokú účinnosť a smer otáčania jednotky je rovnaký pri výrobe aj čerpaní, čo umožňuje rýchlu konverziu z výroby energie na čerpanie alebo z čerpania na výrobu energie. Zároveň je možné turbínu použiť na spustenie jednotky. Nevýhodou sú vysoké náklady a veľké investície do elektrárne.
Lopatky obežného kolesa turbíny so šikmým prietokom sa môžu otáčať a stále zachovávať dobrý prevádzkový výkon pri zmene spádu vody a zaťaženia. Avšak kvôli obmedzeniam hydraulickými vlastnosťami a pevnosťou materiálu bol jej maximálny spád vody začiatkom 80. rokov 20. storočia iba 136,2 m (elektráreň Kogen č. 1 v Japonsku). Pre vyššie spády vody sú potrebné Francisove čerpacie turbíny.
Prečerpávacia elektráreň je vybavená hornými a dolnými nádržami. Za podmienky akumulácie rovnakej energie môže zvýšenie spádu znížiť akumulačnú kapacitu, zvýšiť rýchlosť jednotky a znížiť náklady na projekt. Preto sa elektrárne s vysokým spádom nad 300 metrov rýchlo rozvíjajú. Francisova čerpacia turbína s najvyšším vodným spádom na svete je nainštalovaná v elektrárni Beinabašta v Juhoslávii. Jej výkon jednej jednotky je 315 MW a vodný spád turbíny je 600,3 metra; čerpadlo má spád 623,1 m a rýchlosť otáčania 428,6 ot./min. Bolo uvedené do prevádzky v roku 1977. Od 20. storočia sa vodné elektrárne vyvíjajú smerom k vysokým parametrom a veľkej kapacite. So zvyšovaním kapacity ohrevu v energetickom systéme a rozvojom jadrovej energie, s cieľom vyriešiť problém rozumného odstraňovania špičiek, krajiny na celom svete aktívne budujú prečerpávacie elektrárne, okrem intenzívneho rozvoja alebo rozširovania veľkých elektrární vo veľkých vodných systémoch. Preto sa čerpacie turbíny rýchlo rozvíjajú.
Vodná turbína je energetický stroj, ktorý premieňa energiu prúdenia vody na rotačnú mechanickú energiu, a je nevyhnutnou súčasťou sústavy vodných turbín a generátorov. V súčasnosti je problém ochrany životného prostredia čoraz vážnejší. Vodná energia, metóda výroby energie využívajúca čistú energiu, sa čoraz viac uplatňuje a propaguje. Aby sa plne využili rôzne hydraulické zdroje, priťahujú sa rozsiahle pozornosti aj príliv a odliv, nížinné rieky s nízkym spádom a dokonca aj vlny, čo vedie k rýchlemu rozvoju rúrkových turbín a iných malých jednotiek.
Čas uverejnenia: 6. apríla 2022
