Vodna turbina, med katerimi so najpogostejše Kaplanova, Peltonova in Francisova turbina, je velik rotacijski stroj, ki pretvarja kinetično in potencialno energijo v hidroelektrično energijo. Ti sodobni ekvivalenti vodnega kolesa se že več kot 135 let uporabljajo za industrijsko proizvodnjo energije in v zadnjem času za proizvodnjo hidroelektrične energije.
Za kaj se danes uporabljajo vodne turbine?
Danes hidroenergija prispeva 16 % svetovne proizvodnje električne energije. V 19. stoletju so se vodne turbine uporabljale predvsem za industrijsko energijo, preden so se razširila električna omrežja. Trenutno se uporabljajo za proizvodnjo električne energije in jih je mogoče najti v jezovih ali na območjih, kjer je močan pretok vode.
Zaradi hitro naraščajočega svetovnega povpraševanja po energiji in dejavnikov, kot so podnebne spremembe in izčrpavanje fosilnih goriv, ima hidroelektrarna potencial, da ima velik vpliv kot oblika zelene energije na svetovni ravni. Ker se iskanje okolju prijaznih in čistih virov energije nadaljuje, bi se lahko Francisove turbine v prihodnjih letih izkazale za zelo priljubljeno in vse bolj sprejeto rešitev.
Kako vodne turbine proizvajajo elektriko?
Vodni tlak, ki ga ustvarja naravno ali umetno tekoča voda, služi kot vir energije za vodne turbine. Ta energija se zajame in pretvori v hidroelektrarno. Hidroelektrarna običajno uporablja jez na aktivni reki za shranjevanje vode. Voda se nato sprošča v korakih, teče skozi turbino, jo vrti in aktivira generator, ki nato proizvaja elektriko.
Kako velike so vodne turbine?
Glede na tlak, pod katerim delujejo, lahko vodne turbine razdelimo na visoke, srednje in nizke. Hidroelektrarne z nizkim tlakom so večje, saj mora biti vodna turbina velika, da doseže visok pretok, medtem ko se na lopatice uporablja nizek tlak vode. Hidroelektrarne z visokim tlakom pa ne potrebujejo tako velikega obsega površine, saj se uporabljajo za izkoriščanje energije iz hitreje tekočih vodnih virov.
Diagram, ki pojasnjuje velikost različnih delov hidroenergetskega sistema, vključno z vodno turbino
Diagram, ki pojasnjuje velikost različnih delov hidroenergetskega sistema, vključno z vodno turbino
Spodaj bomo razložili nekaj primerov različnih vrst vodnih turbin, ki se uporabljajo za različne aplikacije in vodni tlak.
Kaplanova turbina (tlačna glava 0–60 m)
Te turbine so znane kot aksialne reakcijske turbine, saj spreminjajo tlak vode, ko teče skoznje. Kaplanova turbina je podobna propelerju in ima nastavljive lopatice za povečanje učinkovitosti v različnih nivojih vode in tlaka.
Diagram Kaplanove turbine
Peltonova turbina (tlačna glava 300 m–1600 m)
Peltonova turbina – ali Peltonovo kolo – je znana kot impulzna turbina, saj črpa energijo iz tekoče vode. Ta turbina je primerna za uporabo z visokim tlakom, saj zahteva visok vodni tlak, da deluje na žlico v obliki žlice in povzroči vrtenje diska ter ustvarjanje energije.
Peltonova turbina
Francisova turbina (tlačna glava 60–300 m)
Zadnja in najbolj znana vodna turbina, Francisova turbina, predstavlja 60 % svetovne hidroenergije. Francisova turbina deluje kot udarna in reaktivna turbina s srednjim tlakom ter združuje koncepta aksialnega in radialnega toka. S tem turbina zapolnjuje vrzel med turbinami z visokim in nizkim tlakom, kar ustvarja učinkovitejšo zasnovo in izziva inženirje, da jo še izboljšajo.
Bolj natančno, Francisova turbina deluje tako, da voda teče skozi spiralno ohišje v (statične) vodilne lopatice, ki nadzorujejo pretok vode proti (gibljivim) lopaticam rotorja. Voda sili rotor k vrtenju s kombiniranim udarcem in reakcijo sil, na koncu pa izstopi iz rotorja skozi sesalno cev, ki odvaja vodni tok v zunanje okolje.
Kako izberem zasnovo vodne turbine?
Izbira optimalne zasnove turbine se pogosto zreducira na eno stvar; višino tlaka in pretoka, ki sta vam na voljo. Ko ugotovite, kakšen vodni tlak lahko izkoristite, se lahko odločite, ali je boljša zaprta »zasnova reakcijske turbine«, kot je Francisova turbina, ali odprta »zasnova impulzne turbine«, kot je Peltonova turbina.
Diagram vodne turbine
Končno lahko določite potrebno hitrost vrtenja vašega predlaganega električnega generatorja.
Čas objave: 15. julij 2022
