Турбинууд усны кинетик энергийг механик энерги болгон хэрхэн хувиргадаг вэ
Усны турбинууд нь байгалийн нөөцийг ашиглах, ялангуяа эрчим хүч үйлдвэрлэх салбарт мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлсэн технологийн шинэчлэл юм. Усны турбинууд нь энгийн боловч гайхалтай зарчмаар ажилладаг: урсаж буй усны кинетик энергийг механик энерги болгон хувиргадаг. Энэхүү механик энергийг машин жолоодохоос эхлээд цахилгаан үйлдвэрлэх хүртэл янз бүрийн зорилгоор ашиглаж болно. Энэ нийтлэлд бид усны турбинууд хэрхэн ажилладаг, усны кинетик энергийг механик энерги болгон хэрхэн хувиргадаг талаар илүү гүнзгий судлах болно.
Усны турбины үндсэн зарчим
Усны турбин гэдэг нь хөдөлж буй усны кинетик энергийг механик энерги болгон хувиргахад ашигладаг энерги хувиргах төхөөрөмж юм. Эдгээр турбинуудыг ихэвчлэн ус өндөр хурдтай урсдаг гол мөрөн эсвэл далан дээр байрлуулдаг. Ус турбинаар урсах үед ир нь эргэлдэж, турбины голыг эргүүлдэг. Үндсэндээ усны турбинууд нь физикийн үндсэн зарчим болох энерги хадгалагдах болон Ньютоны хөдөлгөөний хуулиуд дээр ажилладаг.
Кинетик энерги гэдэг нь объектын хөдөлгөөнөөс үүдэлтэй энергийн нэг хэлбэр юм. Ус тодорхой хурдаар урсах үед механик энерги болж хувирах кинетик энергитэй байдаг. Усны турбинууд нь турбины босоо амтай холбогдсон ирийг хөдөлгөхийн тулд урсах усны хөдөлгөөнийг ашигладаг. Ус турбины ир дээгүүр урсах үед урсах усны импульс нь ирийг эргэлдүүлдэг. Энэ эргэлт нь босоо ам руу дамждаг бөгөөд энэ нь эргээд генератор эсвэл бусад машиныг хөдөлгөдөг.
Усны турбины төрлүүд
Ашиглалтын механизм болон усны урсгалын нөхцөл байдлаас хамааран хэд хэдэн төрлийн усны турбин ашигладаг, тухайлбал:
1. Пелтон турбин
Пелтон турбинуудыг ихэвчлэн өндөр даралттай боловч бага урсгалын хурдтай усны урсгалд ашигладаг. Эдгээр турбинууд нь дугуйны ирмэг дагуу байрладаг аяга эсвэл хувинтай байдаг. Өндөр даралттай усыг цоргоор аяганд шахах үед аяганууд эргэлдэж, гол дугуйг эргүүлж, механик энерги үүсгэдэг.
2. Фрэнсис турбин
Фрэнсис турбинуудыг дунд зэргийн даралт болон урсацтай усны урсгалд ашигладаг. Эдгээр турбинууд нь муруй ир ашиглан усыг спираль хэлбэрээр чиглүүлдэг. Ирж буй усны урсгал нь ир болон турбины голыг эргэлдүүлдэг. Эдгээр турбинууд нь усны урсгалын олон янзын нөхцөлд үр ашигтай бөгөөд ихэвчлэн усан цахилгаан станцуудад ашиглагддаг.
3. Каплан турбин
Каплан турбин нь Фрэнсис турбинтай төстэй боловч нам даралттай, өндөр урсгалтай усны урсгалд зориулагдсан. Каплан турбины ирийг ирж буй усны урсгалд үндэслэн үр ашгийг хамгийн их байлгахын тулд өнцгөөр байрлуулж болно.
Усны кинетик энергийг механик энерги болгон хувиргах үйл явц
Усны кинетик энергийг механик энерги болгон хувиргах үйл явц дараах үе шатуудаар дамждаг.
1. Эрчим хүчийг хураах
Урсдаг ус нь оролтын эсвэл оролтын хоолойгоор дамжин турбины ир рүү чиглэгддэг. Энэ үед усны потенциал энерги (ялангуяа өндөр даралттай турбинуудад) нь цорго эсвэл хоолойгоор өндөр хурдтай урсах үед кинетик энерги болж хувирдаг.
2. Кинетик энергийн хувирал
Ус турбины ирэнд хүрэхэд усны урсгалын импульс нь ир рүү шилжиж, тэдгээрийг эргэлдүүлдэг. Энэхүү эргэлт нь турбины голд механик энерги үүсгэдэг. Турбины загвараас хамааран турбины иртэй үр ашигтай холбоо барихын тулд усны урсгалыг тэнхлэгийн дагуу эсвэл радиаль чиглэлд чиглүүлж болно.
3. Механик энергийг хувиргах
Турбины босоо амнаас гарч буй механик энергийг механик төхөөрөмжийг шууд ажиллуулахад ашиглаж болно, эсвэл цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд генератор руу шилжүүлж болно. Усан цахилгаан станцуудад (УЦС) турбины босоо амны эргэлт нь генераторын роторыг хөдөлгөдөг бөгөөд энэ нь соронзон орон ашиглан цахилгаан үүсгэдэг.
4. Цахилгаан түгээлт
Үүсгэсэн цахилгаан эрчим хүчийг дараа нь ахуйн болон үйлдвэрлэлийн зориулалтаар дамжуулах шугамаар түгээдэг. Энэ үйл явц нь хүчдэл болон гүйдлийн тогтвортой, үр ашигтай байдлыг хангахын тулд сайтар зохицуулалт, хяналт шаарддаг.
Усны турбин ашиглахын ашиг тус
Усны турбин ашиглах нь олон давуу талыг авчирдаг бөгөөд үүнд дараахь зүйлс орно.
1. Сэргээгдэх эрчим хүч
Ус нь эрчим хүчний эх үүсвэр бөгөөд дэлхийн олон хэсэгт байгалийн жамаар ашиглах боломжтой сэргээгдэх нөөц юм. Усыг ашигласнаар бид сэргээгдэхгүй, байгаль орчинд хор хөнөөл учруулж болзошгүй чулуужсан түлшнээс хараат байдлаа бууруулж чадна.
2. Байгаль орчинд ээлтэй
Усны турбин ашиглах нь нүүрстөрөгчийн ялгаруулалт үүсгэдэггүй тул агаарын бохирдол, уур амьсгалын өөрчлөлтөд нөлөөлдөггүй. Урт хугацаанд энэхүү цэвэр эрчим хүчийг ашиглах нь хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахад тусалдаг.
3. Үйл ажиллагааны зардал бага
Анх суурилуулсны дараа усны турбины ашиглалтын зардал харьцангуй бага байдаг. Турбинууд нь бага засвар үйлчилгээ шаарддаг бөгөөд хамгийн бага оролцоотойгоор олон жилийн турш ажиллах боломжтой. Энэ нь усны турбинд хөрөнгө оруулахыг өртөг болон эрчим хүчний үр ашгийн хувьд сэтгэл татам хувилбар болгодог.
4. Тогтвортой байдал ба найдвартай байдал
Усан цахилгаан станцууд найдвартай байдгаараа алдартай. Ус нь ихэвчлэн тогтмол урсдаг, ялангуяа том далангийн байгууламжид ус нь цагийн турш тогтвортой, тогтвортой эрчим хүчний эх үүсвэр болдог.
Усны турбин ашиглахтай холбоотой бэрхшээлүүд ба шийдлүүд
Усны турбин ашиглах нь олон давуу талтай хэдий ч хэд хэдэн бэрхшээлтэй тулгардаг, үүнд:
1. Орон нутгийн байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл
Далан барих, турбин суурилуулах нь орон нутгийн экосистем болон зэрлэг ан амьтдыг алдагдуулж болзошгүй. Гэсэн хэдий ч цогц төлөвлөлт, орчин үеийн технологийн тусламжтайгаар эдгээр нөлөөллийг багасгах боломжтой. Жишээлбэл, шинэ технологи нь загасны байгалийн амьдрах орчныг нь алдагдуулахаас зайлсхийх нүүдлийн замыг бий болгох боломжийг олгодог.
2. Усны урсац буурах
Зарим улиралд уур амьсгалын өөрчлөлт эсвэл бусад салбарт усны хэрэглээнээс шалтгаалан усны урсац буурч, улмаар турбины үр ашгийг бууруулж болзошгүй. Эрчим хүчний эх үүсвэрийг төрөлжүүлж, ус хэмнэлттэй технологи ашиглах нь энэ нөлөөллийг бууруулж чадна.
3. Анхны хөрөнгө оруулалтын зардал
Усан цахилгаан станц үйлдвэрлэх өртөг нэлээд өндөр боловч үүнийг ашиглалтын зардал бага, ашиглалтын хугацаа урт байх зэрэг урт хугацааны ашиг тусаар нөхөж болно.
Гидротурбинууд хэрхэн ажилладаг, тэдгээрийн ашиг тусыг ойлгосноор бид энэхүү технологи нь илүү цэвэр, илүү тогтвортой эрчим хүчний эх үүсвэр рүү шилжихэд хэрхэн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг харж болно. Гидротурбинууд нь зөвхөн эрчим хүч үйлдвэрлэх практик шийдэл төдийгүй хүн төрөлхтний байгалийг ухаалгаар, хариуцлагатайгаар ашиглах хүчин чармайлтыг тусгадаг.
