ขอบเขตการใช้งานของกังหันฟรานซิส

กังหันน้ำเป็นเครื่องจักรกังหันชนิดหนึ่งในเครื่องจักรของไหล ในช่วงต้นประมาณ 100 ปีก่อนคริสตกาล ต้นแบบของกังหันน้ำ – กังหันน้ำถือกำเนิดขึ้น ในเวลานั้น หน้าที่หลักคือการขับเคลื่อนเครื่องจักรสำหรับการแปรรูปเมล็ดพืชและการชลประทาน กังหันน้ำซึ่งเป็นอุปกรณ์ทางกลที่ขับเคลื่อนด้วยการไหลของน้ำ ได้รับการพัฒนาจนกลายเป็นกังหันน้ำในปัจจุบัน และขอบเขตการใช้งานก็ขยายออกไปด้วย แล้วกังหันน้ำสมัยใหม่ใช้ส่วนใหญ่ที่ไหน?

กังหันน้ำส่วนใหญ่ใช้สำหรับโรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำ เมื่อโหลดของระบบไฟฟ้าต่ำกว่าโหลดพื้นฐาน กังหันน้ำสามารถใช้เป็นปั๊มน้ำเพื่อใช้กำลังการผลิตไฟฟ้าส่วนเกินในการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำปลายน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำต้นน้ำและเก็บพลังงานในรูปของพลังงานศักย์ เมื่อโหลดของระบบสูงกว่าโหลดพื้นฐาน กังหันน้ำสามารถใช้เป็นกังหันน้ำเพื่อสร้างไฟฟ้าเพื่อปรับโหลดสูงสุด ดังนั้น โรงไฟฟ้าแบบสูบน้ำบริสุทธิ์จึงไม่สามารถเพิ่มกำลังไฟฟ้าของระบบไฟฟ้าได้ แต่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของหน่วยผลิตไฟฟ้าพลังความร้อนและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบไฟฟ้าได้ นับตั้งแต่ทศวรรษ 1950 หน่วยสูบน้ำได้รับการชื่นชมอย่างกว้างขวางและพัฒนาอย่างรวดเร็วทั่วโลก

หน่วยเก็บน้ำแบบสูบน้ำที่พัฒนาขึ้นในช่วงเริ่มต้นหรือที่มีแรงดันน้ำสูงส่วนใหญ่ใช้เครื่องสามประเภท นั่นคือ ประกอบด้วยมอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันน้ำ และปั๊มน้ำแบบอนุกรม ข้อดีคือ กังหันน้ำและปั๊มน้ำได้รับการออกแบบแยกกัน ซึ่งสามารถมีประสิทธิภาพสูง และทิศทางการหมุนของหน่วยจะเหมือนกันเมื่อผลิตและสูบน้ำ ซึ่งสามารถแปลงจากการผลิตไฟฟ้าเป็นการสูบน้ำ หรือจากการสูบน้ำเป็นการผลิตไฟฟ้าได้อย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน สามารถใช้กังหันเพื่อสตาร์ทหน่วยได้ ข้อเสียคือ ต้นทุนสูงและการลงทุนครั้งใหญ่ในโรงไฟฟ้า

ใบพัดของกังหันปั๊มน้ำไหลเอียงสามารถหมุนได้และยังคงมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีเมื่อหัวน้ำและโหลดเปลี่ยนแปลง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากถูกจำกัดด้วยคุณลักษณะด้านไฮดรอลิกและความแข็งแรงของวัสดุ ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 หัวน้ำสูงสุดของกังหันจึงอยู่ที่ 136.2 เมตรเท่านั้น (โรงไฟฟ้า Kogen อันดับ 1 ในญี่ปุ่น) สำหรับหัวน้ำที่สูงขึ้น จำเป็นต้องใช้กังหันปั๊มน้ำฟรานซิส

สถานีพลังงานไฟฟ้าแบบสูบน้ำมีอ่างเก็บน้ำด้านบนและด้านล่าง ภายใต้เงื่อนไขการเก็บพลังงานเท่ากัน การเพิ่มแรงดันน้ำสามารถลดความจุในการจัดเก็บ เพิ่มความเร็วหน่วย และลดต้นทุนโครงการ ดังนั้น สถานีพลังงานไฟฟ้าแบบสูบน้ำที่มีแรงดันน้ำสูงเหนือระดับน้ำทะเล 300 เมตรจึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว กังหันปั๊มฟรานซิสที่มีแรงดันน้ำสูงที่สุดในโลกติดตั้งอยู่ที่โรงไฟฟ้าเบนาบาชตาในยูโกสลาเวีย กำลังไฟฟ้าหน่วยเดียวคือ 315 เมกะวัตต์ และแรงดันน้ำของกังหันคือ 600.3 เมตร ปั๊มมีแรงดันน้ำ 623.1 เมตร และความเร็วรอบ 428.6 รอบต่อนาที เริ่มใช้งานในปี 1977 ตั้งแต่ศตวรรษที่ 20 หน่วยพลังงานน้ำได้รับการพัฒนาให้มีค่าพารามิเตอร์สูงและความจุขนาดใหญ่ ด้วยการเพิ่มความจุไฟในระบบไฟฟ้าและการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ เพื่อแก้ปัญหาการตัดพีคที่เหมาะสม ประเทศต่างๆ ทั่วโลกจึงสร้างสถานีพลังงานไฟฟ้าแบบสูบน้ำอย่างแข็งขัน นอกเหนือจากการพัฒนาหรือขยายสถานีพลังงานขนาดใหญ่ในระบบน้ำหลักอย่างแข็งขัน ดังนั้นกังหันปั๊มจึงได้พัฒนาอย่างรวดเร็ว

กังหันน้ำเป็นเครื่องจักรผลิตไฟฟ้าที่แปลงพลังงานจากการไหลของน้ำเป็นพลังงานกลหมุน กังหันน้ำจึงถือเป็นส่วนประกอบที่ขาดไม่ได้ในชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันน้ำ ปัจจุบัน ปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมกำลังทวีความรุนแรงมากขึ้น พลังงานน้ำ ซึ่งเป็นวิธีการผลิตไฟฟ้าที่ใช้พลังงานสะอาด กำลังมีการนำไปใช้และส่งเสริมมากขึ้น เพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรน้ำต่างๆ อย่างเต็มที่ กระแสน้ำ แม่น้ำที่ราบเรียบที่มีระดับน้ำต่ำ และแม้แต่คลื่นก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง ซึ่งนำไปสู่การพัฒนากังหันท่อและหน่วยขนาดเล็กอื่นๆ อย่างรวดเร็ว