Водяна турбіна — це різновид турбінного механізму в гідродинамічній техніці. Ще приблизно у 100 році до нашої ери з'явився прототип водяної турбіни — водяна турбіна. У той час основною функцією було приведення в дію машин для переробки зерна та зрошення. Водяна турбіна, як механічний пристрій, що працює від потоку води, розвинулася до сучасної водяної турбіни, і сфера її застосування також розширилася. Тоді де переважно використовуються сучасні водяні турбіни?
Водяна турбіна в основному використовується для гідроакумулюючих електростанцій. Коли навантаження енергосистеми нижче за базове навантаження, її можна використовувати як водяний насос для використання надлишкової потужності виробництва електроенергії для перекачування води з резервуара нижче за течією до резервуара вище за течією та накопичення енергії у вигляді потенційної енергії; коли навантаження системи вище за базове навантаження, її можна використовувати як водяну турбіну для вироблення електроенергії для регулювання пікового навантаження. Таким чином, чисто гідроакумулююча електростанція не може збільшити потужність енергосистеми, але може покращити економію експлуатації теплових електростанцій та підвищити загальну ефективність енергосистеми. З 1950-х років гідроакумулюючі установки отримали широке визнання та швидко розвивалися в усьому світі.
Гідроакумулюючі агрегати, розроблені на ранній стадії або з високим напором води, здебільшого використовують тримашинний тип, тобто вони складаються з генераторного двигуна, водяної турбіни та водяного насоса, з'єднаних послідовно. Перевагою є те, що водяна турбіна та водяний насос спроектовані окремо, що дозволяє досягти високої ефективності, а напрямок обертання агрегату однаковий як при виробництві, так і при перекачуванні, що дозволяє швидко перевести агрегат з виробництва електроенергії на перекачування або з перекачування на виробництво електроенергії. Водночас турбіну можна використовувати для запуску агрегату. Недоліками є висока вартість та великі інвестиції в електростанцію.
Лопаті похилого робочого колеса турбіни насоса можуть обертатися та зберігати хороші експлуатаційні характеристики при зміні напору та навантаження. Однак, через обмеження гідравлічними характеристиками та міцністю матеріалу, її максимальний напір на початку 1980-х років становив лише 136,2 м (електростанція Коген № 1 у Японії). Для вищих напорів потрібні турбіни Френсіса.
Гідроакумулююча електростанція оснащена верхнім та нижнім резервуарами. За умови зберігання однакової енергії збільшення напору може зменшити ємність акумулювання, збільшити швидкість агрегату та знизити вартість проекту. Тому електростанції з високим напором понад 300 метрів швидко розвиваються. Насосна турбіна Френсіса з найвищим напором у світі встановлена на електростанції Бейнабашта в Югославії. Її потужність одного блоку становить 315 МВт, а напір турбіни — 600,3 метра; насос має напір 623,1 м та швидкість обертання 428,6 об/хв. Він був введений в експлуатацію в 1977 році. З 20-го століття гідроагрегати розвиваються в напрямку високих параметрів та великої потужності. Зі збільшенням потужності в енергосистемі та розвитком атомної енергетики, щоб вирішити проблему розумного скорочення пікових навантажень, країни в усьому світі активно будують гідроакумулюючі електростанції, а також активно розвивають або розширюють великі електростанції у великих водних системах. Тому насосні турбіни швидко розвиваються.
Як енергетична машина, що перетворює енергію потоку води на обертову механічну енергію, водяна турбіна є невід'ємною частиною гідротурбінного генератора. Сьогодні проблема захисту навколишнього середовища стає все більш серйозною. Гідроенергетика, метод виробництва енергії з використанням чистої енергії, набуває все більшого застосування та просування. Для повного використання різних гідравлічних ресурсів, припливи, рівнинні річки з низьким падінням і навіть хвилі також привернули широку увагу, що призвело до швидкого розвитку трубчастих турбін та інших малих агрегатів.
Час публікації: 06 квітня 2022 р.
