Тыпы турбін і іх прымяненне ў гідраэлектрастанцыях
Гідраэлектрастанцыі (ГЭС) з'яўляюцца жыццёва важнай крыніцай аднаўляльнай энергіі для задавальнення глабальных патрэб у электраэнергіі. Важным кампанентам гідраэлектрастанцыі з'яўляецца турбіна, якая пераўтварае кінетычную энергію вады ў механічную энергію для прывада генератара. Існуюць розныя тыпы турбін, кожная з якіх мае пэўныя характарыстыкі і прымяненне. У гэтым артыкуле мы абмяркуем тыпы турбін, якія выкарыстоўваюцца на гідраэлектрастанцыях, і тое, як кожны тып ужываецца ў гідраэнергетычнай сістэме.
1. Турбіна Пельтана
Турбіна Пелтана — гэта тып імпульснай турбіны, прызначанай для месцаў з высокім узроўнем вады і нізкай хуткасцю патоку. Гэтая турбіна працуе па прынцыпе, што вада, якая выходзіць з сопла, трапляе ў кішэню на турбінным коле. Гэты паток вады з высокай кінетычнай энергіяй прымушае турбіннае кола круціцца з высокай эфектыўнасцю.
Прыкладанні:
Турбіны Пельтана падыходзяць для электрастанцый, размешчаных у горных раёнах або раёнах з трубаправодамі высокага ціску, дзе назіраецца значнае падзенне ціску. Напрыклад, многія гідраэлектрастанцыі ў Нарвегіі выкарыстоўваюць турбіны Пельтана, таму што пагорыстая мясцовасць спрыяе гэтаму тыпу турбін.
2. Турбіна Фрэнсіса
Найбольш распаўсюджанай турбінай, якая выкарыстоўваецца ў гідраэнергетычных сістэмах, з'яўляецца турбіна Фрэнсіса. Гэты тып турбіны з'яўляецца рэактыўнай турбінай, якая працуе, прымушаючы ваду пад ціскам прапускаць праз лапаткі статара ў круцільны ротар. Турбіны Фрэнсіса могуць добра працаваць у шырокім дыяпазоне ўмоў падзення вады і патоку, што робіць іх вельмі універсальнымі.
Прыкладанні:
Турбіны Фрэнсіса часта выкарыстоўваюцца на гідраэлектрастанцыях з сярэдняй і вялікай вышынёй падзення вады і сярэднім і вялікім аб'ёмам патоку. У буйных гідраэлектрастанцыях, такіх як гідраэлектрастанцыя «Тры цясніны» ў Кітаі, выкарыстоўваюцца турбіны Фрэнсіса.
3. Турбіна Каплана
Іншы тып турбін, які часта выкарыстоўваецца на гідраэлектрастанцыях, — гэта турбіна Каплана. Гэта рэактыўная турбіна з прапелерам і рэгуляванымі лапаткамі. Турбіны Каплана спецыяльна распрацаваны для малых падзенняў вады і вялікіх расходаў вады.
Прыкладанні:
Турбіны Каплана часта выкарыстоўваюцца на буйных рэках з вялікім аб'ёмам вады, але невялікімі перападамі вышынь, напрыклад, на электрастанцыях на буйных рэках Еўропы і Паўночнай Амерыкі, такіх як Дунай і Місісіпі.
4. Турбіна Турга
Турбіна Турга — гэта варыяцыя імпульснай турбіны, падобная да турбіны Пельтана, але падыходзіць для большых патокаў вады і ўмераных падзенняў. Гэтая турбіна выкарыстоўвае струмень вады, які ўдарае аб лапаткі турбіны пад пэўным вуглом, для прывада ротара.
Прыкладанні:
Паколькі турбіны Turgo больш эфектыўныя пры больш высокіх патоках у параўнанні з турбінамі Пелтана, яны часта выкарыстоўваюцца на малых і сярэдніх электрастанцыях у раёнах з умеранымі падзеннямі і павелічэннем патокаў, што сустракаецца ў многіх мікрагідраэлектрастанцыях па ўсім свеце, асабліва ў Грэнландыі і некаторых частках Паўднёвай Амерыкі.
5. Турбіна з крыжаваным патокам (Банкі-Мічэль)
Папярочныя турбіны, або турбіны Банкі-Мічэля, — гэта імпульсныя турбіны, прызначаныя для выкарыстання ў прымяненнях з малым і ўмераным падзеннем ціску і зменным расходам вады. Вада працякае праз турбіну ў папярочным кірунку, ствараючы значную механічную сілу.
Прыкладанні:
Турбіны з крыжаваным патокам выкарыстоўваюцца ў мікра- і міні-гідраэлектрастанцыях, падыходзяць для аддаленых вёсак або сельскіх раёнаў, якія патрабуюць простага ў будаўніцтве і недарагога энергетычнага рашэння. Праекты ў Непале і Інданезіі з'яўляюцца прыкладамі шырокага выкарыстання гэтага тыпу турбін.
6. Турбінная лямпа
Цыбулепадобныя турбіны, таксама вядомыя як трубчастыя турбіны, — гэта тып турбін Каплана, спецыяльна распрацаваных для працы пад вадой у плацінах або шлюзах. Гэтыя турбіны маюць кампаненты генератара, заключаныя ў воданепранікальную канструкцыю (цыбуле), што забяспечвае высокую эфектыўнасць пераўтварэння энергіі.
Прыкладанні:
Гідраэлектрастанцыі з цыбулепадобнымі турбінамі звычайна размяшчаюцца ў раёнах з нізкім патокам і нізкім узроўнем вады, такіх як дэльты рэк або прыліўныя зоны. Прыклады гэтай тэхналогіі можна знайсці на некалькіх буйных рачных плацінах у Паўднёвай Карэі.
Выбар турбіны ў залежнасці ад гідралагічных умоў
Выбар тыпу турбіны ў значнай ступені залежыць ад гідралагічных умоў на месцы размяшчэння электрастанцыі. На гэты выбар уплывае некалькі фактараў, у тым ліку:
1. Напор (падзенне): Вышыня падзення вады абмяжоўвае тып турбіны, якую можна выкарыстоўваць. Турбіны Пельтана падыходзяць для высокіх напораў, а турбіны Каплана лепш для нізкіх.
2. Хуткасць патоку: Даступны аб'ём патоку вады ў значнай ступені вызначае эфектыўнасць турбіны. Нізкі паток падыходзіць для турбін Пельтана, а высокі — для турбін Каплана або цыбулевых турбін.
3. Зменлівасць патоку: Патэнцыял змен патоку вады на працягу года таксама ўплывае на выбар турбіны. Турбіны з рэгуляванымі лапаткамі, такія як Каплан, больш гнуткія ў апрацоўцы зменлівых патокаў, чым статычныя турбіны.
Сучасныя і будучыя тэхналогіі
Разам з тэхналагічным прагрэсам працягваюць развівацца і гідраэлектратурбіны. Для павышэння эфектыўнасці і надзейнасці працы гідратурбін пачалі ўкараняцца сучасныя тэхналогіі, такія як лічбавае кіраванне і маніторынг на аснове Інтэрнэту рэчаў (IoT). Таксама працягваюцца даследаванні лёгкіх кампазітных матэрыялаў і новых аэрадынамічных канструкцый для паляпшэння прадукцыйнасці і зніжэння выдаткаў на абслугоўванне.
Акрамя таго, інавацыйныя турбіны, такія як бяспечныя для рыбы турбіны, прызначаныя для мінімізацыі экалагічнага ўздзеяння на водны свет, становяцца асноўным напрамкам у сучасным праектаванні турбін.
Выснова
Турбіны — гэта сэрца гідраэнергетычнай сістэмы, і выбар тыпу турбіны істотна ўплывае на прадукцыйнасць, эфектыўнасць і ўстойлівасць электрастанцыі. Дзякуючы разнастайнасці тыпаў турбін, у тым ліку Пелтана, Фрэнсіса, Каплана, Турга, крыжаванага патоку і лямпачкі, кожная пляцоўка можа выбраць турбіну, якая найлепшым чынам адпавядае яе гідралагічным умовам. Тэхналогіі працягваюць развівацца, прапаноўваючы новыя і больш эфектыўныя рашэнні для вытворчасці гідраэнергіі, што робіць яе адной з найважнейшых аднаўляльных крыніц энергіі ў глабальным пошуку чыстай і ўстойлівай энергіі.
