Водяна турбіна, серед яких найпоширеніші турбіни Каплана, Пельтона та Френсіса, — це велика обертова машина, яка працює для перетворення кінетичної та потенційної енергії в гідроелектричну. Ці сучасні еквіваленти водяного колеса використовуються понад 135 років для промислового виробництва електроенергії, а останнім часом і для виробництва гідроенергії.
Для чого сьогодні використовуються водяні турбіни?
Сьогодні гідроенергетика забезпечує 16% світового виробництва електроенергії. У 19 столітті водяні турбіни переважно використовувалися для промислового виробництва електроенергії, перш ніж електричні мережі набули широкого поширення. Наразі вони використовуються для виробництва електроенергії та можуть бути знайдені в дамбах або районах, де відбувається сильний потік води.
З огляду на швидке зростання світового попиту на енергію та такі фактори, як зміна клімату та виснаження запасів викопного палива, гідроенергетика має потенціал зробити значний вплив як форма зеленої енергії у світовому масштабі. Оскільки пошук екологічно чистих джерел енергії триває, турбіни Френсіса можуть виявитися дуже популярним і все більш поширеним рішенням у найближчі роки.
Як водяні турбіни виробляють електроенергію?
Тиск води, створений природним або штучним потоком води, існує як джерело енергії для водяних турбін. Ця енергія збирається та перетворюється на гідроелектричну енергію. Гідроелектростанція зазвичай використовує дамбу на активній річці для зберігання води. Потім вода випускається поступово, протікаючи через турбіну, обертаючи її та активуючи генератор, який потім виробляє електроенергію.
Наскільки великі водяні турбіни?
Залежно від тиску, під яким вони працюють, водяні турбіни можна класифікувати на високонапірні, середньонапірні та низьконапірні. Гідроенергетичні системи з низьким напором є більшими, оскільки водяна турбіна повинна бути великою для досягнення високої швидкості потоку, тоді як на лопаті прикладається низький тиск води. У свою чергу, гідроенергетичні системи з високим напором не потребують такої великої окружності поверхні, оскільки вони використовуються для отримання енергії з джерел води, що швидше рухаються.
Діаграма, що пояснює розміри різних частин гідроенергетичної системи, включаючи водяну турбіну
Діаграма, що пояснює розміри різних частин гідроенергетичної системи, включаючи водяну турбіну
Нижче ми пояснимо кілька прикладів різних типів водяних турбін, що використовуються для різних застосувань та тиску води.
Турбіна Каплана (напір 0-60 м)
Ці турбіни відомі як осьові реактивні турбіни, оскільки вони змінюють тиск води під час її протікання. Турбіна Каплана нагадує пропелер і має регульовані лопаті для максимального підвищення ефективності в різних рівнях води та тиску.
Схема турбіни Каплана
Турбіна Пельтона (напір 300-1600 м)
Турбіна Пельтона, або колесо Пельтона, відома як імпульсна турбіна, оскільки вона витягує енергію з рухомої води. Ця турбіна підходить для застосувань з високим напором, оскільки вона потребує високого тиску води, щоб прикласти силу до ложкоподібних ковшів, що змусить диск обертатися та генерувати енергію.
Турбіна Пельтона
Турбіна Френсіса (напір 60-300 м)
Остання та найвідоміша водяна турбіна, турбіна Френсіса, забезпечує 60% світової гідроенергії. Працюючи як ударно-реактивна турбіна із середнім напором, турбіна Френсіса поєднує в собі концепції осьового та радіального потоку. Завдяки цьому турбіна заповнює прогалину між турбінами з високим та низьким напором, створюючи ефективнішу конструкцію та спонукаючи інженерів сьогодні до її подальшого вдосконалення.
Точніше, турбіна Френсіса працює за рахунок потоку води через спіральний корпус у (статичні) напрямні лопаті, які керують потоком води до (рухомих) лопатей робочого колеса. Вода змушує робоче колесо обертатися завдяки комбінованому впливу та реакції сил, зрештою виходячи з робочого колеса через відвідну трубу, яка скидає потік води у зовнішнє середовище.
Як вибрати конструкцію водяної турбіни?
Вибір оптимальної конструкції турбіни часто зводиться до одного: величини напору та швидкості потоку, доступних вам. Після того, як ви визначите, який тиск води ви можете використовувати, ви можете вирішити, чи краще підійде закрита «конструкція реактивної турбіни», така як турбіна Френсіса, чи відкрита «імпульсна конструкція турбіни», така як турбіна Пельтона.
Схема водяної турбіни
Нарешті, ви можете встановити необхідну швидкість обертання вашого запропонованого електричного генератора.
Час публікації: 15 липня 2022 р.
