Vodna turbina je vrsta turbinskega stroja v fluidnih strojih. Že okoli leta 100 pr. n. št. se je rodil prototip vodne turbine – vodne turbine. Takrat je bila njena glavna funkcija pogon strojev za predelavo žita in namakanje. Vodna turbina kot mehanska naprava, ki jo poganja vodni tok, se je razvila v sedanjo vodno turbino, razširilo pa se je tudi njeno področje uporabe. Kje se torej večinoma uporabljajo sodobne vodne turbine?
Vodna turbina se uporablja predvsem za črpalne elektrarne. Ko je obremenitev elektroenergetskega sistema nižja od osnovne obremenitve, se lahko uporabi kot vodna črpalka za izkoriščanje presežne zmogljivosti proizvodnje energije za črpanje vode iz spodnjega rezervoarja v zgornji rezervoar in shranjevanje energije v obliki potencialne energije; ko je obremenitev sistema višja od osnovne obremenitve, se lahko uporabi kot vodna turbina za proizvodnjo električne energije za prilagajanje konične obremenitve. Zato čista črpalna elektrarna ne more povečati moči elektroenergetskega sistema, lahko pa izboljša ekonomičnost delovanja termoelektrarn in izboljša splošno učinkovitost elektroenergetskega sistema. Od petdesetih let prejšnjega stoletja so črpalne elektrarne zelo cenjene in se hitro razvijajo po vsem svetu.
Črpalne elektrarne, razvite v zgodnji fazi ali z visokim vodnim tlakom, večinoma uporabljajo tri vrste strojev, to pomeni, da so sestavljene iz generatorskega motorja, vodne turbine in vodne črpalke, priključene zaporedno. Prednost je v tem, da sta vodna turbina in vodna črpalka zasnovani ločeno, kar omogoča visok izkoristek, smer vrtenja enote pa je enaka pri proizvodnji in črpanju, kar omogoča hitro pretvorbo iz proizvodnje energije v črpanje ali iz črpanja v proizvodnjo električne energije. Hkrati se lahko turbina uporabi za zagon enote. Slabosti so visoki stroški in velika naložba v elektrarno.
Lopatice rotorja nagnjene črpalke se lahko vrtijo in kljub temu dobro delujejo, ko se spremeni vodni tlak in obremenitev. Vendar pa je bil njen največji vodni tlak v zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja zaradi hidravličnih lastnosti in trdnosti materiala le 136,2 m (elektrarna Kogen št. 1 na Japonskem). Za višje vodne tlake so potrebne Francisove črpalne turbine.
Črpalna elektrarna je opremljena z zgornjim in spodnjim rezervoarjem. Pod pogojem shranjevanja enake energije lahko povečanje tlaka zmanjša zmogljivost shranjevanja, poveča hitrost enote in zmanjša stroške projekta. Zato se elektrarne z visokim tlakom nad 300 metri hitro razvijajo. Francisova črpalna turbina z najvišjim vodnim tlakom na svetu je nameščena v elektrarni Beinabašta v Jugoslaviji. Njena moč posamezne enote je 315 MW, vodni tlak turbine pa 600,3 metra; črpalka ima tlak 623,1 m in hitrost vrtenja 428,6 vrt/min. Začela je obratovati leta 1977. Od 20. stoletja se hidroelektrarne razvijajo v smeri visokih parametrov in velike zmogljivosti. Z naraščanjem zmogljivosti v elektroenergetskem sistemu in razvojem jedrske energije države po vsem svetu aktivno gradijo črpalne elektrarne, da bi rešile problem razumnega zmanjševanja konic, poleg tega pa intenzivno razvijajo ali širijo velike elektrarne v večjih vodnih sistemih. Zato so se črpalne turbine hitro razvijale.
Vodna turbina je kot pogonski stroj, ki pretvarja energijo vodnega toka v vrtečo se mehansko energijo, nepogrešljiv del generatorskega sklopa vodne turbine. Dandanes postaja problem varstva okolja vse bolj resen. Hidroenergija, metoda proizvodnje energije z uporabo čiste energije, se vse bolj uporablja in promovira. Da bi v celoti izkoristili različne hidravlične vire, so plimovanje, nizke reke in celo valovi pritegnili veliko pozornosti, kar je privedlo do hitrega razvoja cevnih turbin in drugih majhnih enot.
Čas objave: 6. april 2022
