Kaplan, Pelton ve Francis türbinleri en yaygın olanları olan su türbini, kinetik ve potansiyel enerjiyi hidroelektrik enerjisine dönüştürmek için çalışan büyük bir döner makinedir. Su çarkının bu modern eşdeğerleri, 135 yılı aşkın süredir endüstriyel enerji üretimi ve daha yakın zamanlarda hidroelektrik enerji üretimi için kullanılmaktadır.
Su türbinleri günümüzde ne için kullanılıyor?
Günümüzde hidroelektrik enerjisi, dünya enerji üretiminin %16'sına katkıda bulunuyor. 19. yüzyılda, elektrik şebekeleri yaygınlaşmadan önce su türbinleri ağırlıklı olarak endüstriyel enerji için kullanılıyordu. Şu anda ise elektrik enerjisi üretimi için kullanılıyorlar ve barajlarda veya yoğun su akışının olduğu bölgelerde bulunabiliyorlar.
Küresel enerji talebinin hızla artması ve iklim değişikliği ile fosil yakıtların tükenmesi gibi faktörler göz önüne alındığında, hidroelektrik enerjisi, dünya çapında yeşil enerji biçimi olarak büyük bir etki yaratma potansiyeline sahiptir. Çevre dostu ve temiz enerji kaynakları arayışı devam ederken, Francis türbinleri önümüzdeki yıllarda çok popüler ve giderek daha fazla benimsenen bir çözüm olabilir.
Su türbinleri nasıl elektrik üretir?
Doğal veya yapay olarak akan suyun oluşturduğu su basıncı, su türbinleri için enerji kaynağıdır. Bu enerji yakalanır ve hidroelektrik enerjiye dönüştürülür. Bir hidroelektrik santrali genellikle aktif bir nehir üzerinde su depolamak için bir baraj kullanır. Su daha sonra kademeli olarak serbest bırakılır, türbinden geçer, türbini döndürür ve ardından elektrik üreten bir jeneratörü harekete geçirir.
Su türbinleri ne kadar büyüktür?
Çalıştıkları düşüş yüksekliğine göre su türbinleri yüksek, orta ve düşük düşüşlü olarak sınıflandırılabilir. Düşük düşüşlü hidroelektrik sistemleri daha büyüktür, çünkü yüksek debi elde etmek için su türbininin büyük olması gerekirken, kanatlara düşük su basıncı uygulanır. Buna karşılık, yüksek düşüşlü hidroelektrik sistemleri, daha hızlı akan su kaynaklarından enerji elde etmek için kullanıldıkları için bu kadar büyük bir yüzey çevresine ihtiyaç duymazlar.
Su türbini de dahil olmak üzere hidroelektrik sisteminin farklı parçalarının boyutlarını açıklayan grafik.
Su türbini de dahil olmak üzere hidroelektrik sisteminin farklı parçalarının boyutlarını açıklayan bir tablo.
Aşağıda, farklı uygulamalar ve su basıncı için kullanılan çeşitli su türbini türlerine dair birkaç örnek açıklayacağız.
Kaplan Türbini (0-60m Basınç Yüksekliği)
Bu türbinler, içlerinden akan suyun basıncını değiştirdikleri için eksenel akışlı reaksiyon türbinleri olarak bilinir. Kaplan türbini bir pervaneye benzer ve çeşitli su ve basınç seviyelerinde verimliliği en üst düzeye çıkarmak için ayarlanabilir kanatlara sahiptir.
Kaplan türbin diyagramı
Pelton Türbini (300m-1600m Basınç Yüksekliği)
Pelton türbini veya Pelton çarkı, hareketli sudan enerji elde eden bir türbin türü olarak bilinir ve darbe türbini olarak adlandırılır. Bu türbin, yüksek düşüşlü uygulamalar için uygundur, çünkü kaşık şeklindeki kepçelere kuvvet uygulamak ve diskin dönmesini ve güç üretmesini sağlamak için yüksek miktarda su basıncına ihtiyaç duyar.
Pelton türbini
Francis Türbini (60m-300m Basınç Yüksekliği)
En ünlü ve son su türbini olan Francis türbini, dünya hidroelektrik enerjisinin %60'ını karşılıyor. Orta düşüş yüksekliğinde çalışan bir darbe ve reaksiyon türbini olarak işlev gören Francis türbini, eksenel ve radyal akış kavramlarını birleştiriyor. Bu sayede türbin, yüksek ve düşük düşüş yüksekliği türbinleri arasındaki boşluğu doldurarak daha verimli bir tasarım yaratıyor ve günümüz mühendislerini daha da geliştirmeye teşvik ediyor.
Daha spesifik olarak, bir Francis türbini, suyun spiral bir gövde içinden (statik) kılavuz kanatçıklara akması ve bu kanatçıkların suyun akışını (hareketli) çark kanatlarına doğru kontrol etmesi prensibiyle çalışır. Su, birleşik etki ve tepki kuvvetleriyle çarkı döndürür ve sonunda suyu dış ortama boşaltan bir emme borusundan çarktan çıkar.
Su türbini tasarımı nasıl seçilir?
En uygun türbin tasarımını seçmek genellikle tek bir şeye bağlıdır: erişebileceğiniz su basıncı ve debi miktarı. Kullanabileceğiniz su basıncını belirledikten sonra, Francis türbini gibi kapalı bir "reaksiyon türbini tasarımı" mı yoksa Pelton türbini gibi açık bir "darbe türbini tasarımı" mı daha uygun olduğuna karar verebilirsiniz.
Su türbini diyagramı
Son olarak, tasarladığınız elektrik jeneratörünün gerekli dönüş hızını belirleyebilirsiniz.
Yayın tarihi: 15 Temmuz 2022
