Vodna turbina je turbostroj v fluidnem strojništvu. Že okoli leta 100 pr. n. št. se je rodil prototip vodne turbine, vodno kolo. Takrat je bila glavna funkcija pogon strojev za predelavo žita in namakanje. Vodno kolo se je kot mehanska naprava, ki uporablja pretok vode kot pogon, razvilo v sedanjo vodno turbino, razširilo pa se je tudi področje njegove uporabe. Kje se torej večinoma uporabljajo sodobne vodne turbine?
Turbine se uporabljajo predvsem v črpalnih elektrarnah. Ko je obremenitev elektroenergetskega sistema nižja od osnovne obremenitve, se lahko uporabi kot vodna črpalka za izkoriščanje presežne zmogljivosti proizvodnje električne energije za črpanje vode iz spodnjega rezervoarja v zgornji rezervoar za shranjevanje energije v obliki potencialne energije; ko je obremenitev sistema višja od osnovne obremenitve, se lahko uporabi kot hidravlična turbina za proizvodnjo električne energije za uravnavanje koničnih obremenitev. Zato čista črpalna elektrarna ne more povečati moči elektroenergetskega sistema, lahko pa izboljša obratovalno ekonomičnost termoelektrarn in izboljša splošno učinkovitost elektroenergetskega sistema. Od petdesetih let prejšnjega stoletja so črpalne elektrarne zelo cenjene in se hitro razvijajo v državah po vsem svetu.
Večina črpalnih elektrarn, razvitih v zgodnji fazi ali z visokim vodnim tlakom, je trimotornega tipa, kar pomeni, da so sestavljene iz generatorskega motorja, vodne turbine in vodne črpalke, ki so zaporedno povezane. Prednost je v tem, da sta turbina in vodna črpalka zasnovani ločeno, kar ima lahko večji izkoristek, enota pa se pri proizvodnji električne energije in črpanju vode vrti v isto smer in se lahko hitro preklopi iz proizvodnje energije v črpanje ali iz črpanja v proizvodnjo električne energije. Hkrati se lahko turbina uporabi za zagon enote. Slabost je, da so stroški visoki in naložba v elektrarno velika.
Lopatice rotorja poševne črpalne turbine se lahko vrtijo in še vedno imajo dobro obratovalno zmogljivost, ko se spremeni vodni tlak in obremenitev. Vendar pa je zaradi omejenih hidravličnih lastnosti in trdnosti materiala v začetku osemdesetih let prejšnjega stoletja njen neto tlak znašal le 136,2 metra (prva japonska elektrarna Takagen). Za višje tlake so potrebne Francisove črpalne turbine.
Črpalna elektrarna ima zgornji in spodnji rezervoar. Pod pogojem shranjevanja enake energije lahko povečanje dviga zmanjša zmogljivost shranjevanja, poveča hitrost enote in zmanjša stroške projekta. Zato se je elektrarna z visokim tlakom nad 300 metri hitro razvila. Francisova črpalna turbina z najvišjim vodnim tlakom na svetu je nameščena v elektrarni Baina Bašta v Jugoslaviji. leto dni je začela obratovati. Od 20. stoletja se hidroelektrarne razvijajo v smeri visokih parametrov in velike zmogljivosti. Z naraščanjem zmogljivosti termoelektrarne v elektroenergetskem sistemu in razvojem jedrske energije, da bi rešili problem razumne regulacije konic, poleg energičnega razvoja ali širitve velikih elektrarn v večjih vodnih sistemih, države po vsem svetu aktivno gradijo črpalne elektrarne, kar ima za posledico hiter razvoj črpalnih turbin.
Kot pogonski stroj, ki pretvarja energijo vodnega toka v vrtečo se mehansko energijo, je hidroturbina nepogrešljiv del hidrogeneratorskega agregata. Dandanes postaja problem varstva okolja vse bolj resen, uporaba in promocija hidroenergije, ki uporablja čisto energijo, pa se povečuje. Da bi v celoti izkoristili različne hidravlične vire, so plimovanje, ravninske reke z zelo nizkim padcem in celo valovi pritegnili veliko pozornosti, kar je povzročilo hiter razvoj cevnih turbin in drugih majhnih enot.
Čas objave: 23. marec 2022
