Vodná turbína, pričom najbežnejšie sú Kaplanova, Peltonova a Francisova turbína, je veľký rotačný stroj, ktorý premieňa kinetickú a potenciálnu energiu na vodnú energiu. Tieto moderné ekvivalenty vodného kolesa sa používajú už viac ako 135 rokov na priemyselnú výrobu energie a v poslednom čase aj na výrobu vodnej energie.
Na čo sa dnes používajú vodné turbíny?
Vodná energia dnes prispieva 16 % k svetovej výrobe energie. V 19. storočí sa vodné turbíny používali prevažne na výrobu energie v priemysle, kým sa nerozšírili elektrické siete. V súčasnosti sa používajú na výrobu elektrickej energie a možno ich nájsť v priehradách alebo oblastiach s vysokým prietokom vody.
Vzhľadom na rýchlo rastúci globálny dopyt po energii a faktory, ako sú klimatické zmeny a vyčerpávanie fosílnych palív, má vodná energia potenciál mať veľký vplyv ako forma zelenej energie v celosvetovom meradle. Keďže hľadanie ekologických a čistých zdrojov energie pokračuje, Francisove turbíny by sa v nasledujúcich rokoch mohli ukázať ako veľmi populárne a čoraz viac prijímané riešenie.
Ako vodné turbíny vyrábajú elektrinu?
Tlak vody vytvorený prirodzene alebo umelo tečúcou vodou slúži ako zdroj energie pre vodné turbíny. Táto energia sa zachytáva a premieňa na vodnú energiu. Vodná elektráreň zvyčajne využíva priehradu na aktívnej rieke na uskladnenie vody. Voda sa potom postupne vypúšťa, preteká turbínou, otáča ju a aktivuje generátor, ktorý potom vyrába elektrinu.
Aké veľké sú vodné turbíny?
Podľa spádu, pod ktorým pracujú, možno vodné turbíny rozdeliť na vysokotlakové, stredné a nízkotlakové. Vodné elektrárne s nízkym spádom sú väčšie, pretože vodná turbína musí byť veľká, aby dosiahla vysoký prietok, pričom na lopatky pôsobí nízky tlak vody. Vodné elektrárne s vysokým spádom zase nepotrebujú taký veľký obvod povrchu, pretože sa používajú na získavanie energie z rýchlejšie tečúcich vodných zdrojov.
Tabuľka vysvetľujúca veľkosť rôznych častí vodného energetického systému vrátane vodnej turbíny
Tabuľka vysvetľujúca veľkosť rôznych častí vodného energetického systému vrátane vodnej turbíny
Nižšie vysvetlíme niekoľko príkladov rôznych typov vodných turbín používaných pre rôzne aplikácie a tlak vody.
Kaplanova turbína (tlaková výška 0 – 60 m)
Tieto turbíny sú známe ako axiálne reakčné turbíny, pretože menia tlak vody, ktorá nimi preteká. Kaplanova turbína sa podobá vrtuli a má nastaviteľné lopatky na maximalizáciu účinnosti v celom rozsahu úrovní vody a tlaku.
Schéma Kaplanovej turbíny
Peltonova turbína (tlaková výška 300 m – 1600 m)
Peltonova turbína – alebo Peltonovo koleso – je známa ako impulzná turbína, pretože získava energiu z tečúcej vody. Táto turbína je vhodná pre aplikácie s vysokým spádom, pretože vyžaduje vysoký tlak vody na pôsobenie sily na lyžicovité vedierka a spôsobenie otáčania disku a generovania energie.
Peltonova turbína
Francisova turbína (tlaková výška 60 m – 300 m)
Posledná a najznámejšia vodná turbína, Francisova turbína, predstavuje 60 % svetovej vodnej energie. Francisova turbína funguje ako impaktná a reakčná turbína so stredným spádom a kombinuje koncepty axiálneho a radiálneho prúdenia. Vďaka tomu turbína vypĺňa medzeru medzi turbínami s vysokým a nízkym spádom, čím vytvára efektívnejšiu konštrukciu a vyzýva dnešných inžinierov, aby ju ďalej zlepšovali.
Konkrétnejšie, Francisova turbína pracuje na princípe prúdenia vody cez špirálové puzdro do (statických) rozvádzacích lopatiek, ktoré riadia tok vody smerom k (pohybujúcim sa) lopatkám obežného kolesa. Voda núti obežné koleso otáčať sa kombinovaným nárazom a reakciou síl a nakoniec opúšťa obežné koleso cez saciu trubicu, ktorá vypúšťa prúd vody do vonkajšieho prostredia.
Ako si vyberiem dizajn vodnej turbíny?
Výber optimálnej konštrukcie turbíny sa často redukuje na jednu vec; výšku dopravného tlaku a prietoku, ktoré máte k dispozícii. Keď zistíte, aký druh tlaku vody môžete využiť, môžete sa rozhodnúť, či je pre vás vhodnejšia uzavretá „konštrukcia reakčnej turbíny“, ako je Francisova turbína, alebo otvorená „konštrukcia impulznej turbíny“, ako je Peltonova turbína.
Schéma vodnej turbíny
Nakoniec môžete stanoviť požadovanú rýchlosť otáčania vášho navrhovaného elektrického generátora.
Čas uverejnenia: 15. júla 2022
