Produkcja energii elektrycznej przy użyciu odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatr i woda, jest potrzebą chwili ze względu na pojawiające się problemy zmiany klimatu i globalnego ocieplenia. Maszyna wykorzystująca energię ruchu wody i zamienia ją na energię mechaniczną lub elektryczność jest znana jako turbina wodna.
Został wynaleziony w XIX wieku i był używany głównie do mielenia zboża i pompowania wody. Obecnie jest używany głównie do wytwarzania energii elektrycznej poprzez budowę tam. Sprawność nowoczesnych turbin wodnych przekracza 19%.
Elementy turbiny wodnej
Turbina wodna składa się z podstawowych elementów, tj. rury ssącej, wirnika, obudowy ślimaka, odciągów, łopatek odciągowych i zasuw.
1. Rura ssąca
Rura ssąca to rura w kształcie stożka połączona z wirnikiem turbiny. Znajduje się na dole turbiny i pomaga kierować przepływ wody z dala od turbiny.
2. Biegacz
Płoza to obracający się element z łopatkami. Płoza jest w ciągłym ruchu z powodu przepływu wody. Gdy płoza się obraca, staje się generatorem, który wytwarza energię elektryczną. Płoza potrzebuje dobrej konstrukcji, aby dobrze działać.
3. Etui na zwoje
Obudowa zwoju to wklęsła obudowa obejmująca wirnik turbiny i bramy wiketowe. Kieruje ona przepływ wody na łopatki i zapobiega jej bezpośredniemu uderzaniu w łopatki.
4. Pobyty
Są to pręty łączące furtki z prowadnicą. Utrzymują furtki na miejscu i równomiernie rozkładają ich ciężar.
5. Lotki boczne
Są to pionowe pręty przymocowane do podpór. Pomagają kierować wodę w stronę środka bieżni, zapewniając płynny przepływ nad łopatkami.
6. Bramy furtkowe
Są one umieszczane na wirniku turbiny, aby kontrolować przepływ wody na łopatki. Chronią łopatki przed bezpośrednim uderzeniem i uszkodzeniem. Regulator steruje otwieraniem i zamykaniem furtek na podstawie wygenerowanej energii elektrycznej. Gdy potrzeba więcej energii elektrycznej, bramy otwierają się, aby umożliwić większy przepływ wody i odwrotnie.
Charakterystyka turbiny wodnej
Wybierając turbinę wodną do konkretnych zastosowań, należy wziąć pod uwagę różne cechy, które przedstawiamy poniżej:
- Wydajność: Zazwyczaj wynosi ona od 85 do 90%. Sprawnością nazywamy stosunek mocy wyjściowej do mocy wejściowej.
- Pojemność: Jednostką pomiaru jest galon na minutę (gpm). Jest ona ustalana poprzez oszacowanie ilości wody, jaka może przez nią przepłynąć w ciągu sekundy.
- Głowa: Wysokość słupa wody nad turbiną waha się od 10 do 1000 stóp (ok. 304.8 m).
- ciśnienie: Przepływ wody przez turbinę to ciśnienie wody, mierzone w funtach na cal kwadratowy (psi).
- Temperatura: Temperatura jest istotnym parametrem przy wyborze odpowiedniej turbiny wodnej, gdyż są one projektowane do pracy w zakresie temperatur do 120 stopni Fahrenheita.
Przeczytaj także: Czym jest turbina Kaplana?
Rodzaje turbin wodnych
Istnieją dwa główne rodzaje turbin wodnych: akcyjne i reakcyjne.
1. Turbina reakcyjna
Reagując na siłę ciśnienia i płynącą wodę, moc jest generowana przez turbiny wodne reakcyjne. Gdy woda przepływa obok turbiny, jej ciśnienie, prędkość i kierunek ulegają modyfikacji, skutecznie wykorzystując jej energię. Gdy woda przepływa przez łopatki, generuje ciśnienie, które powoduje potężną siłę naciskającą na przód i tył łopatek. Ta siła powoduje obrót wirnika, wytwarzając moment obrotowy i inicjując obrót.
2. Turbina impulsowa
prędkość strumienia wody jest modyfikowana przez turbiny impulsowe, co powoduje, że strumień wywiera siłę na zakrzywione łopatki turbiny, zmieniając tym samym kierunek przepływu. Impuls pędu tworzy silny nacisk na łopatki turbiny. W turbinie akcyjnej ciśnienie cieczy przepływającej przez łopatki wirnika pozostaje stałe, co powoduje, że cała praca wyjściowa jest bezpośrednio powiązana ze zmianami energii kinetycznej cieczy.
Zobacz także: Czym jest turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu (VAWT)?
Zastosowanie turbiny wodnej
Ponieważ turbina wodna jest odnawialnym źródłem energii służącym do wytwarzania energii elektrycznej, znajduje ona różnorodne zastosowania w wielu dyscyplinach, które są wymienione poniżej:
- Stosuje się w Elektrownie wodneponieważ pomagają w wytwarzaniu energii elektrycznej wykorzystując przepływ wody.
- W systemach nawadniających turbiny wodne mogą być używane do pompowania wody z niższych do wyższych wysokości. Jest to szczególnie przydatne na stromych terenach, gdzie zaopatrzenie w wodę jest wyzwaniem dla rolników.
- Turbiny w zakładach uzdatniania wody mogą być efektywnie wykorzystywane do: cele pompowania wody.
Zalety i wady turbin wodnych
Turbiny wodne mają swoje zalety i wady, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze turbiny.
Zalety:
- Jest to stosunkowo bardziej wydajny sposób wytwarzania energii elektrycznej niż inne metody.
- Ma zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu.
- Konserwacja i obsługa są łatwiejsze.
- Nie powodują emisji dwutlenku węgla.
Niedogodności:
- Instalacja jest droga.
- Generuje hałas, dlatego należy nim odpowiednio zarządzać.
Musisz przeczytać: Czym są turbiny wiatrowe o zmiennej prędkości?
