Водяна турбіна — це турбомашина у гідродинамічній техніці. Ще приблизно у 100 році до нашої ери з'явився прототип водяної турбіни — водяне колесо. У той час основною функцією було приведення в дію машин для переробки зерна та зрошення. Водяне колесо, як механічний пристрій, що використовує потік води як енергію, розвинулося в сучасну водяну турбіну, а сфера його застосування також розширилася. Тож де переважно використовуються сучасні водяні турбіни?
Турбіни в основному використовуються на гідроакумулюючих електростанціях. Коли навантаження енергосистеми нижче за базове, їх можна використовувати як водяний насос для використання надлишкової потужності виробництва електроенергії для перекачування води з резервуара нижче за течією до резервуара вище за течією для накопичення енергії у вигляді потенційної енергії; коли навантаження системи вище за базове навантаження, їх можна використовувати як гідравлічну турбіну, яка генерує електроенергію для регулювання пікових навантажень. Таким чином, чисто гідроакумулююча електростанція не може збільшити потужність енергосистеми, але вона може покращити експлуатаційну економічність теплових електрогенеруючих агрегатів та підвищити загальну ефективність енергосистеми. З 1950-х років гідроакумулюючі агрегати отримали широке визнання та швидко розвивалися в країнах світу.
Більшість гідроакумулюючих установок, розроблених на ранній стадії або з високим напором води, використовують тримашинний тип, тобто вони складаються з генераторного двигуна, водяної турбіни та водяного насоса, з'єднаних послідовно. Перевагою є те, що турбіна та водяний насос спроектовані окремо, що дозволяє мати вищий ККД, а установка обертається в одному напрямку під час вироблення електроенергії та перекачування води, що дозволяє швидко перемикатися з виробництва електроенергії на перекачування або з перекачування на виробництво електроенергії. Водночас турбіну можна використовувати для запуску установки. Недоліком є висока вартість та значні інвестиції в електростанцію.
Лопаті робочого колеса косопотокової насосної турбіни можуть обертатися, і вона все ще має хороші експлуатаційні характеристики при зміні напору та навантаження. Однак, через обмеження гідравлічних характеристик та міцності матеріалу, на початку 1980-х років її чистий напір становив лише 136,2 метра (Перша електростанція Такаген, Японія). Для вищих напорів потрібні насосні турбіни Френсіса.
Гідроакумулююча електростанція має верхній та нижній резервуари. За умови зберігання однакової енергії збільшення підйому може зменшити ємність акумулювання, збільшити швидкість агрегату та знизити вартість проекту. Тому електростанції з високим напором понад 300 метрів швидко розвивалися. Насосна турбіна Френсіса з найвищим напором у світі встановлена на електростанції Баїна-Башта в Югославії. рік тому введена в експлуатацію. З 20-го століття гідроагрегати розвиваються в напрямку високих параметрів та великої потужності. Зі збільшенням теплових потужностей в енергосистемі та розвитком атомної енергетики, щоб вирішити проблему розумного регулювання пікових навантажень, крім активного розвитку або розширення великих електростанцій у великих водних системах, країни світу активно будують гідроакумулюючі електростанції, що призводить до швидкого розвитку насосних турбін.
Як енергетична машина, що перетворює енергію потоку води на обертову механічну енергію, гідротурбіна є невід'ємною частиною гідрогенераторної установки. Сьогодні проблема захисту навколишнього середовища стає дедалі серйознішою, а застосування та просування гідроенергетики, яка використовує чисту енергію, зростає. Для повного використання різних гідравлічних ресурсів широку увагу також привернули припливи, рівнинні річки з дуже низьким падінням і навіть хвилі, що призвело до швидкого розвитку трубчастих турбін та інших малих агрегатів.
Час публікації: 23 березня 2022 р.
