De opwekking van elektriciteit met behulp van hernieuwbare energiebronnen zoals wind en water is van cruciaal belang gezien de opkomende problematiek van klimaatverandering en opwarming van de aarde. Een machine die de energie van stromend water benut en omzet in mechanische energie of elektriciteit, wordt een waterturbine genoemd.
Het werd uitgevonden in de 19e eeuw en werd voornamelijk gebruikt voor graanmolens en waterpompdoeleinden. Nu wordt het voornamelijk gebruikt voor elektriciteitsopwekking door dammen te bouwen. De efficiëntie van moderne waterturbines is meer dan 90%.
Onderdelen van een waterturbine
Een waterturbine bestaat uit essentiële onderdelen, namelijk de trekbuis, de glijder, de krulkast, de verstaging, de verstaging en de schuifdeuren.
1. Trekbuis
De trekbuis is een kegelvormige buis die is verbonden met de turbinerunner. Deze bevindt zich aan de onderkant van de turbine en helpt de waterstroom weg te leiden van de turbine.
2. Loper
De runner is een roterend onderdeel met bladen. De runner is constant in beweging door de waterstroom. Terwijl de runner draait, wordt het een generator die elektriciteit opwekt. De runner heeft een goed ontwerp nodig om goed te kunnen werken.
3. Scroll-hoes
De scroll case is een concave behuizing die de turbinerunner en wicket gates omsluit. Het leidt de waterstroom naar de bladen en voorkomt dat ze de bladen rechtstreeks raken.
4. Verblijven
Dit zijn staven die de wicket gates verbinden met de runner. Ze houden de gates op hun plek en verdelen hun gewicht gelijkmatig.
5. Steunlamellen
Het zijn verticale staven die aan de steunen zijn bevestigd. Ze helpen het water naar het midden van de runner te leiden, waardoor een soepele stroming over de bladen wordt gegarandeerd.
6. Poorten
Ze worden op de turbinerunner geplaatst om de waterstroom naar de bladen te regelen. Ze beschermen de bladen tegen directe impact en schade. Een gouverneur regelt het openen en sluiten van de wicket gates op basis van de gegenereerde elektriciteit. Wanneer er meer elektriciteit nodig is, gaan de gates open om meer waterstroom toe te staan, en vice versa.
Kenmerken van waterturbine
Bij het selecteren van een waterturbine voor specifieke toepassingsdoeleinden zijn verschillende kenmerken nodig waarmee rekening moet worden gehouden. Deze worden hieronder genoemd:
- Efficiëntie: Over het algemeen varieert het van 85-90%. De verhouding van het uitgangsvermogen tot het ingangsvermogen wordt efficiëntie genoemd.
- Capaciteit: De eenheid die wordt gebruikt voor het meten is gallons per minuut (gpm). Deze wordt bepaald door de hoeveelheid water te schatten die er per seconde doorheen kan stromen.
- Hoofd: De opvoerhoogte is de hoogte van het water boven de turbine. Deze kan variëren van 10 meter (1000 tot 304.8 voet).
- druk: De waterstroom door de turbine is de druk van het water, gemeten in pond per vierkante inch (psi).
- Temperatuur: Temperatuur is een belangrijke parameter bij het selecteren van de juiste waterturbine, omdat deze ontworpen is om te functioneren bij temperaturen tot 120 graden Fahrenheit.
Lees ook: Wat is een Kaplan-turbine?
Soorten waterturbines
Er zijn twee hoofdtypen waterturbines: impuls- en reactieturbines.
1. Reactieturbine
Door te reageren op de druk en de stroming van het water, wekken reactiewaterturbines energie op. Terwijl het water langs de turbine stroomt, worden de druk, snelheid en richting ervan aangepast, waardoor de energie effectief wordt benut. Wanneer het water over de schoepen stroomt, ontstaat er druk die een krachtige duwkracht uitoefent op de voor- en achterkant van de schoepen. Deze kracht zorgt ervoor dat de rotor gaat draaien, waardoor koppel ontstaat en de rotatie op gang komt.
2. Impulsturbine
De snelheid van een waterstraal wordt aangepast door impulsturbines , waardoor de straal kracht uitoefent op de gebogen schoepen van de turbine en zo de stroomrichting verandert. De impuls creëert een sterke duw op de turbineschoepen. In een impulsturbine blijft de druk van de vloeistof die over de rotorschoepen stroomt constant, waardoor alle arbeid direct gekoppeld is aan veranderingen in de kinetische energie van de vloeistof.
Zie ook: Wat is een verticale-as windturbine (VAWT)?
Toepassing van waterturbine
Omdat een waterturbine een hernieuwbare vorm van elektriciteitsopwekking is, kent deze verschillende toepassingen in meerdere disciplines, die hieronder worden genoemd:
- Gebruikt in Waterkrachtcentrales, omdat ze helpen bij het opwekken van elektriciteit met behulp van de waterstroom.
- In irrigatiesystemen kunnen waterturbines worden gebruikt om water van lagere naar hogere hoogten te pompen. Dit is vooral handig in steile gebieden waar watervoorziening een uitdaging is voor boeren.
- Turbines in waterzuiveringsinstallaties kunnen efficiënt worden gebruikt voor waterpomp doeleinden.
Voordelen en nadelen van waterturbines
Waterturbines hebben zowel voor- als nadelen waar rekening mee moet worden gehouden bij de keuze van een turbine.
Voordelen:
- Het is relatief efficiënter dan andere manieren van elektriciteitsproductie.
- Het kent verschillende toepassingsindustrieën.
- Onderhoud en bediening zijn eenvoudiger.
- Geen uitstoot produceren.
Nadelen:
- De installatie is duur.
- Het veroorzaakt lawaai en moet daarom goed beheerd worden.
Absoluut lezen: Wat zijn windturbines met variabele snelheid?
