Rozwiązania hydro

Elektrownie wodne

Energetyka wodna to pozyskiwanie energii wód i przekształcenie jej na energię mechaniczną przy użyciu turbin wodnych, a następnie na energię elektryczną dzięki hydrogeneratorom. 

Podstawowe elementy budowy elektrowni wodnych

ZAPORA

Podstawowym elementem elektrowni wodnej jest budowla spiętrzająca wodę. Taką budowlą może być jaz czyli budowla hydrotechniczna, wybudowana w poprzek rzeki, a której celem jest spiętrzenie wody w korycie rzeki. Inną budowlą służącą do spiętrzania wody jest zapora, której celem jest tworzenie zbiorników wodnych. Zapora przegradza dolinę rzeki w celu spiętrzenia wody. Pełni również inne role jak: rekreacyjną, stawu hodowlanego, zbiornika przeciwpowodziowego.

TURBINA WODNA

Jest to silnik wodny, który przetwarza energię mechaniczną wody na ruch obrotowy za pomocą wirnika z łopatkami. Konstrukcje poszczególnych turbin różnią się od siebie. Każda z nich ma jednak podstawowe elementy do których zaliczyć możemy: korpus, przymocowane do niego łopatki oraz kierownicę. Kierownica składa się z układu ruchomych łopatek, za pomocą których sterować można przepływem wody. Wyjątek w budowie kierownicy stanowi turbina Peltona.

Typy turbin

Turbiny wodne można podzielić na wiele sposobów. Poniżej przedstawiamy podstawowy podział ze względu na typy turbin wykorzystywanych w elektrowniach wodnych:

TURBINA PELTONA

Turbinę tą stosuje się do najwyższych spadów, osiągających wartość nawet do 2000 m. Turbina wyposażona jest w podwójne czarki na obwodzie, które pełnią rolę łopatek. Rurociągiem ciśnieniowym woda doprowadzana jest do dyszy turbiny. Płynna regulacja mocy dokonywana jest po przez zmianę położenia iglicy w dyszy. Czarki rozdzielają strumień na dwie części i równocześnie odchylają go w kierunku przeciwnym do kierunku prędkości obwodowej o prawie 180 stopni. Woda po spłynięciu z czarki opada za pomocą grawitacji w komorze wirnika i odprowadzana jest do wody dolnej.

TURBINA KAPLANA

Jest to turbina śmigłowa z nastawnymi łopatami wirnika. Łopaty umocowane są na łożyskach wbudowanych w wał turbiny. Łopatki kierownicy są także ruchome i odpowiednio kierują strumień wody. Mechanizm odpowiedzialny za ustawienie łopat wirnika sprzężony jest z mechanizmem odpowiedzialnym za ustawienia łopat kierownicy, w taki sposób, aby osiągać najwyższe z możliwych sprawności, jakie w danych warunkach są możliwe. Odmianą turbiny Kaplana jest turbina rurowa (o osi pionowej lub skośnej), wyposażona w wirnik typu Kaplana, który jest umieszczony centrycznie w obudowie rurowej i sprzęgnięty bezpośrednio lub przez przekładnie z generatorem elektrycznym.

TURBINA FRANCISA

Rozwiązania w budowie tej turbiny zbliżone są do rozwiązań zastosowanych w turbinie Kaplana. Różnica zauważalna jest w budowie wirnika i kierownicy. Wirnik turbiny składa się z dwóch kolistych obręczy i przymocowanych do nich łopatek. Woda doprowadzana jest za pomocą spirali poprzez ruchome łopatki kierownicy. Regulacja przepływu wody odbywa się poprzez odpowiednie ustawienie łopatek kierownicy, za pomocą pierścienia regulacyjnego. Turbina ta stosowana jest do odpowiednio dużych spadów ok. 100-600 metrów.

TURBINA BANKI- MICHELLA

Cechą charakterystyczną tej turbiny wodnej jest szeroki strumień wody o prostokątnym przekroju, który dwukrotnie przepływa przez palisadę łopatkową wirnika. Wirnik zasilany jest poprzez odpowiednio wyprofilowaną 1-łopatkową kierownicę. W części konstrukcji turbin wprowadzono podział wirnika i kierownicy na dwie części wąską w proporcji 1/3 długości i szeroką w proporcji 2/3 długości. Poprzez ten podział dostosowano turbiny do trzech różnych natężeń przepływu. Turbiny są turbinami stosowanymi na spady od 2 do 50 m i używa się ich w małych elektrowniach wodnych

TURBINA DERIAZA

Jej łopatki są przestawiane. Przy odpowiedniej konstrukcji mogą one pracować również jako pompy. Wirniki turbiny tej zostały wyposażone w łopatki, które obracają się dookoła zamocowanych w paście czopów (ich osie ustawione są ukośnie do osi wirnika).

GENERATOR

Generator połączony z turbiną wodną z energii mechanicznej wytwarza energię elektryczną. Praca generatora (prądnicy) opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej. W ruchomej części generatora zwanej wirnikiem znajdują się przewody elektryczne, obracające się na wytwarzającej silne pole elektromagnetyczne żelaznej ramie. Wirnik jest wprawiany w ruch przy pomocy turbiny, poruszającej się z kolei dzięki energii kinetycznej spadającej wody.

LINIE PRZESYŁOWE

Transmitują energię elektryczną, która została wyprodukowana w elektrowni wodnej, na miejsce odbioru. Podczas transmisji część energii elektrycznej przekształca się w ciepło i jest tym samym tracona, straty są zaś tym większe, im większy jest ładunek elektryczny prądu. By zminimalizować straty energii, elektryczność kieruje się najpierw do stacji transformatorów, które odpowiednio zwiększają jej napięcie. Taki prąd nie nadaje się jednak do użytku i dlatego nim zostanie rozdystrybuowany, jego napięcie musi zostać odpowiednio obniżone w stacjach przekaźnikowych.