A genera energie hidraulică, este necesar să se profite de mișcarea unor cantități mari de apă printr-o cascadă, ceea ce permite deplasarea unei turbine. Una dintre cele mai utilizate turbine în generarea hidroelectrică este Turbina Kaplan. Acest tip de turbină este folosit în cascade mici, de până la câteva zeci de metri, unde debitul este mare.
În acest articol, vom detalia în ce constă turbina Kaplan, principalele sale caracteristici și cum este utilizată în generarea de energie hidraulică.
Ce este turbina Kaplan
La Turbina Kaplan Este un tip de turbină hidraulică cu jet, concepută pentru a funcționa în medii cu pante mici, de la câțiva metri până la câteva zeci. Necesită și debite mari, între 200 și 300 de metri cubi pe secundă, ceea ce o face o turbină foarte eficientă pentru generarea de energie hidraulică, o sursă de energie regenerabilă.
A fost inventat de profesorul austriac Viktor Kaplan în 1913, iar structura sa inovatoare o face deosebit de potrivita pentru situatiile in care debitul de apa este variabil. Una dintre caracteristicile cheie ale acestei turbine este că paletele sale pot fi orientate în funcție de direcția fluxului, optimizând performanțele acesteia chiar și atunci când debitul este de doar 20-30% din debitul său nominal.
O caracteristică suplimentară a multor turbine Kaplan este că acestea fac parte din sistemele de generare a energiei care includ statoare fixe, care optimizează debitul de apă care alimentează turbina, îmbunătățind astfel capacitatea de generare a energiei electrice. Eficiența turbinei Kaplan Poate rămâne ridicat într-o gamă largă de debite, făcându-l un element cheie în multe centrale hidroelectrice.
Principiul de funcționare
Principiul de funcționare al turbinei Kaplan este simplu, dar eficient. Apa ajunge la turbină printr-o conductă în formă de spirală, care permite turbinei să fie alimentată pe toată circumferința sa. Apa trece apoi printr-un distribuitor, care conferă fluxului o mișcare de rotație esențială pentru funcționarea turbinei.
Odată ce apa intră în turbină, aceasta provoacă rotirea rotorului, deturnând fluxul de apă la un unghi de 90° și apoi inversând-o axial. Această acțiune permite turbinei să profite de energia cinetică a apei pentru a crește eficiența acesteia în generarea de energie.
La Turbina Kaplan Are capacitatea de a recupera o parte din energie datorită unui difuzor din sistemul său de evacuare, lucru care nu este comun la toate turbinele hidraulice. Acest difuzor contribuie la îmbunătățirea performanței turbinei în aplicații în care presiunea apei nu este mare, cum ar fi în cascade mici.
Principalele caracteristici și beneficii
Unul dintre cele mai semnificative avantaje ale turbinei Kaplan este capacitatea sa de a regla palele în funcție de direcția curgerii apei. Acest lucru permite turbinei să mențină o eficiență ridicată într-o varietate de condiții de debit și presiune.
Spre deosebire de turbinele convenționale, cum ar fi turbinele cu elice, Kaplan are regulatoare de debit care pot regla atât paletele rotorului, cât și unghiul palelor distribuitorului. Acest lucru o face una dintre cele mai versatile turbine de pe piață, capabilă să lucreze debit largi și game de cap, cu o eficiență de până la 90%.
Domeniul de funcționare al turbinei Kaplan include înălțimi maxime de aproximativ 80 metri înălțime și debite de până la 50 de metri cubi pe secundă. Deși împărtășește unele aspecte cu turbinele Francis, Kaplan este deosebit de eficient în condiții de debite mari și debite scăzute cădere, unde alte turbine și-ar pierde eficiența.
Cum funcționează turbinele în hidroenergie
Într-o centrală hidroelectrică, reglarea tensiunii de ieșire este esențială pentru a garanta o alimentare constantă cu energie electrică. Aceasta înseamnă că viteza turbinei trebuie să rămână constantă chiar și atunci când condițiile de curgere a apei variază. Turbinele Kaplan sunt concepute pentru a se adapta acestor schimbări, menținând constant debitul de apă datorită sistemelor avansate de control.
Turbinele hidroelectrice, fie Kaplan, Francis sau Pélton, au diverse sisteme de control pentru a se asigura că rămân stabile atunci când se confruntă cu modificări ale presiunii apei. În special, turbinele Kaplan au de obicei duze de bypass, care redirecționează eficient excesul de apă pentru a preveni deteriorarea cauzată de ceea ce este cunoscut sub numele de ciocan de berbec, o creștere bruscă a presiunii care poate fi foarte dăunătoare instalațiilor.
Turbinele hidraulice sunt clasificate în funcție de tipul de cascadă și de debitul pe care îl gestionează:
- Salturi mari cu debite mici: Se folosesc turbine Pelton.
- Salturi medii cu debit mai mare: Se folosesc turbine Francis.
- Salturi mici cu debite mari: Se folosesc turbine Kaplan și cu elice.
Cantitatea de apă care trece prin turbină este reglată în funcție de cererea electrică curentă. Apa rămasă este direcționată prin canalele de evacuare pentru a evita orice pierdere în sistem. În instalațiile hidroelectrice moderne, sistemele de control asigură utilizarea optimă a debitului disponibil, contribuind la menținerea unei producții eficiente și durabile de energie.
Acest articol acoperă în detaliu funcționarea, avantajele și caracteristicile turbinelor Kaplan, una dintre cele mai avansate și eficiente tehnologii de utilizare a energiei hidraulice. Având în vedere performanța și versatilitatea lor ridicate, acestea sunt una dintre cele mai utilizate opțiuni în sectorul de producere a energiei pe bază de apă.