Tuabin nước, trong đó tuabin Kaplan, Pelton và Francis là những loại phổ biến nhất, là một cỗ máy quay lớn hoạt động để chuyển đổi động năng và thế năng thành điện năng. Những thiết bị hiện đại tương đương với bánh xe nước này đã được sử dụng hơn 135 năm để phát điện công nghiệp, và gần đây hơn là để sản xuất năng lượng thủy điện.
Ngày nay, tuabin nước được sử dụng để làm gì?
Ngày nay, thủy điện đóng góp 16% tổng sản lượng điện toàn cầu. Vào thế kỷ 19, tua bin nước chủ yếu được sử dụng cho sản xuất điện công nghiệp trước khi lưới điện trở nên phổ biến. Hiện nay, chúng được sử dụng để sản xuất điện và có thể được tìm thấy ở các đập hoặc khu vực có dòng chảy mạnh.
Với nhu cầu năng lượng toàn cầu tăng nhanh và các yếu tố như biến đổi khí hậu và sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, thủy điện có tiềm năng tạo ra tác động lớn như một hình thức năng lượng xanh trên quy mô toàn cầu. Khi việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch và thân thiện với môi trường tiếp tục được tiến hành, tua bin Francis có thể trở thành một giải pháp rất phổ biến và ngày càng được áp dụng rộng rãi trong những năm tới.
Tuabin nước tạo ra điện như thế nào?
Áp suất nước được tạo ra từ dòng chảy tự nhiên hoặc nhân tạo đóng vai trò là nguồn năng lượng cho các tuabin nước. Năng lượng này được thu gom và chuyển hóa thành điện năng thủy điện. Một nhà máy thủy điện thường sử dụng đập trên một con sông đang hoạt động để tích trữ nước. Sau đó, nước được xả ra từng phần, chảy qua tuabin, làm quay tuabin và kích hoạt máy phát điện để tạo ra điện.
Các tuabin nước có kích thước như thế nào?
Dựa trên cột nước hoạt động, tuabin nước có thể được phân loại thành cột nước cao, trung bình và thấp. Hệ thống thủy điện cột nước thấp có kích thước lớn hơn, vì tuabin nước phải lớn để đạt được lưu lượng nước cao trong khi áp suất nước tác dụng lên cánh quạt thấp. Ngược lại, hệ thống thủy điện cột nước cao không cần chu vi bề mặt lớn như vậy, vì chúng được sử dụng để khai thác năng lượng từ các nguồn nước chảy nhanh hơn.
Biểu đồ minh họa kích thước của các bộ phận khác nhau trong hệ thống thủy điện, bao gồm cả tuabin nước.
Biểu đồ minh họa kích thước của các bộ phận khác nhau trong hệ thống thủy điện, bao gồm cả tuabin nước.
Dưới đây, chúng tôi sẽ giải thích một vài ví dụ về các loại tuabin nước khác nhau được sử dụng cho các ứng dụng và áp suất nước khác nhau.
Tuabin Kaplan (cột áp 0-60m)
Những tuabin này được gọi là tuabin phản lực dòng chảy hướng trục, vì chúng thay đổi áp suất của nước khi nước chảy qua. Tuabin Kaplan có hình dạng giống như chân vịt và có các cánh điều chỉnh được để tối đa hóa hiệu suất trên nhiều mức nước và áp suất khác nhau.
Sơ đồ tuabin Kaplan
Tuabin Pelton (cột áp 300m-1600m)
Tuabin Pelton—hay bánh xe Pelton—được biết đến như một loại tuabin xung lực, vì nó khai thác năng lượng từ dòng nước chuyển động. Loại tuabin này phù hợp với các ứng dụng có cột nước cao, vì nó cần một lượng áp suất nước lớn để tạo lực lên các gầu hình thìa, làm cho đĩa quay và tạo ra điện năng.
Tuabin Pelton
Tuabin Francis (cột áp 60m-300m)
Loại tuabin nước cuối cùng và nổi tiếng nhất, tuabin Francis, chiếm 60% sản lượng thủy điện toàn cầu. Hoạt động như một tuabin va đập và phản lực ở cột nước trung bình, tuabin Francis kết hợp các khái niệm dòng chảy hướng trục và hướng tâm. Bằng cách này, tuabin lấp đầy khoảng trống giữa các tuabin cột nước cao và thấp, tạo ra một thiết kế hiệu quả hơn và đặt ra thách thức cho các kỹ sư ngày nay trong việc tiếp tục cải tiến nó.
Cụ thể hơn, tuabin Francis hoạt động bằng cách nước chảy qua một vỏ xoắn ốc vào các cánh dẫn hướng (tĩnh) để điều khiển dòng nước hướng tới các cánh quạt (chuyển động). Nước làm cho cánh quạt quay nhờ lực tác động và phản lực tổng hợp, cuối cùng thoát ra khỏi cánh quạt qua một ống dẫn hướng để thải dòng nước ra môi trường bên ngoài.
Làm thế nào để lựa chọn thiết kế tuabin nước?
Việc lựa chọn thiết kế tuabin tối ưu thường phụ thuộc vào một yếu tố: lượng cột nước và lưu lượng nước mà bạn có thể sử dụng. Sau khi xác định được áp suất nước cần thiết, bạn có thể quyết định xem thiết kế tuabin phản lực kín như tuabin Francis hay thiết kế tuabin xung lực hở như tuabin Pelton sẽ phù hợp hơn.
Sơ đồ tuabin nước
Cuối cùng, bạn có thể xác định tốc độ quay cần thiết của máy phát điện mà bạn đề xuất.
Thời gian đăng bài: 15/07/2022
