Za generiranje hidraulična energija, potrebno je iskoristiti kretanje velike količine vode kroz vodopad, što omogućava kretanje turbine. Jedna od najčešće korištenih turbina u proizvodnji hidroelektrana je Kaplanova turbina. Ova vrsta turbine se koristi u malim vodopadima, do nekoliko desetina metara, gdje je protok veliki.
U ovom članku ćemo detaljno opisati od čega se sastoji Kaplanova turbina, njene glavne karakteristike i kako se koristi u proizvodnji hidrauličke energije.
Šta je Kaplanova turbina
La Kaplanova turbina To je vrsta hidraulične mlazne turbine, dizajnirane za rad u okruženjima sa malim nagibima, od nekoliko metara do nekoliko desetina. Takođe zahteva velike protoke između 200 i 300 kubnih metara u sekundi, što ga čini vrlo efikasnom turbinom za proizvodnju hidrauličke energije, obnovljivog izvora energije.
Izmislio ga je austrijski profesor Viktor Kaplan 1913, a njegova inovativna struktura čini ga posebno pogodnim za situacije u kojima je protok vode promjenjiv. Jedna od ključnih karakteristika ove turbine je da njene lopatice mogu biti orijentisane u skladu sa smerom protoka, optimizujući njene performanse čak i kada je brzina protoka samo 20-30% njenog nominalnog protoka.
Dodatna karakteristika mnogih Kaplan turbina je da su dio sistema za proizvodnju električne energije koji uključuju fiksne statore, koji optimiziraju protok vode koja napaja turbinu, čime se poboljšava kapacitet proizvodnje električne energije. Efikasnost Kaplanove turbine Može ostati povišen u širokom rasponu protoka, što ga čini ključnim elementom u mnogim hidroelektranama.
Princip rada
Princip rada Kaplanove turbine je jednostavan, ali efikasan. Voda dolazi do turbine kroz kanal u obliku spirale, koji omogućava da se turbina napaja po svom obimu. Voda zatim prolazi kroz razvodnik, koji protoku daje rotacijsko kretanje bitno za rad turbine.
Nakon što voda uđe u turbinu, ona uzrokuje okretanje radnog kola, skrećući tok vode pod uglom od 90°, a zatim ga aksijalno preokrenuti. Ova akcija omogućava turbini da iskoristi prednosti kinetičke energije vode kako bi povećala svoju efikasnost u proizvodnji energije.
La Kaplanova turbina Ima sposobnost da povrati dio energije zahvaljujući difuzoru u svom izduvnom sistemu, nešto što nije uobičajeno u svim hidrauličnim turbinama. Ovaj difuzor doprinosi poboljšanju performansi turbine u aplikacijama gdje pritisak vode nije visok, kao što su mali vodopadi.
Glavne karakteristike i prednosti
Jedna od najznačajnijih prednosti Kaplan turbine je mogućnost podešavanja lopatica u zavisnosti od smera protoka vode. Ovo omogućava turbini da održi visoku efikasnost u različitim uslovima protoka i pritiska.
Za razliku od konvencionalnih turbina, kao što su propelerske turbine, Kaplan ima regulatore protoka koji mogu podesiti i lopatice radnog kola i ugao lopatica razvodnika. To je čini jednom od najsvestranijih turbina na tržištu, sposobnom za rad širok raspon protoka i napona, sa efikasnošću do 90%.
Radni opseg Kaplanove turbine uključuje maksimalne napone od oko Visoka 80 metara i brzine protoka do 50 kubnih metara u sekundi. Iako deli neke aspekte sa Francisovim turbinama, Kaplan je posebno efikasan u uslovima velike brzine protoka i niske napone pada, gde bi druge turbine izgubile efikasnost.
Kako turbine rade u hidroenergiji
U hidroelektrani je regulacija izlaznog napona od suštinskog značaja za garantovanje konstantnog napajanja električnom energijom. To znači da brzina turbine mora ostati konstantna čak i kada se uvjeti protoka vode razlikuju. Kaplan turbine su dizajnirane da se prilagode ovim promjenama, održavajući protok vode konstantnim zahvaljujući naprednim sistemima upravljanja.
Hidroelektrične turbine, bilo Kaplan, Francis ili Pélton, imaju različite sisteme upravljanja kako bi osigurali da ostanu stabilne kada se suoče s promjenama pritiska vode. Konkretno, Kaplanove turbine obično imaju bypass mlaznice, koji efikasno preusmjeravaju višak vode kako bi spriječili štetu od takozvanog vodenog udara, naglog povećanja pritiska koji može biti vrlo štetan za objekte.
Hidraulične turbine se klasificiraju prema vrsti vodopada i protoku kojim upravljaju:
- Veliki skokovi sa malim tokovima: Koriste se Pelton turbine.
- Srednji skokovi sa većim protokom: Koriste se Francisove turbine.
- Mali skokovi sa velikim tokovima: Koriste se Kaplan i propeler turbine.
Količina vode koja prolazi kroz turbinu regulira se prema trenutnoj električnoj potražnji. Preostala voda se usmjerava kroz ispusne kanale kako bi se izbjegao gubitak u sistemu. U modernim hidroelektranama, kontrolni sistemi osiguravaju optimalno korištenje raspoloživog protoka, pomažući u održavanju efikasne i održive proizvodnje energije.
Ovaj članak detaljno obrađuje rad, prednosti i karakteristike Kaplan turbina, jedne od najnaprednijih i najefikasnijih tehnologija za korištenje hidrauličke energije. S obzirom na njihove visoke performanse i svestranost, one su jedna od najčešće korištenih opcija u sektoru proizvodnje energije na bazi vode.