Όπως γνωρίζουμε, για την παραγωγή υδραυλικής ενέργειας πρέπει να ρίξουμε μεγάλη ποσότητα νερού μέσω ενός καταρράκτη για να μετακινήσουμε μια τουρμπίνα. Μία από τις πιο χρησιμοποιούμενες τουρμπίνες στην υδραυλική ενέργεια είναι η Στρόβιλος Kaplan. Είναι ένας υδραυλικός στρόβιλος jet που χρησιμοποιείται με μικρές κλίσεις έως μερικές δεκάδες μέτρα. Η ροή που απαιτείται πάντα είναι μεγάλη, ώστε να μπορεί να παραχθεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε από τι αποτελείται ο στρόβιλος Kaplan, ποια είναι τα χαρακτηριστικά του και πώς χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδραυλικής ενέργειας.
Τι είναι ο στρόβιλος Kaplan
Είναι ένας υδραυλικός στρόβιλος jet που χρησιμοποιεί μικρές κλίσεις σε ύψος από μερικά μέτρα έως μερικές δεκάδες. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά είναι ότι λειτουργεί πάντα με υψηλούς ρυθμούς ροής. Ροές που κυμαίνονται από 200 έως 300 κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή υδραυλικής ενέργειας, που είναι ένας τύπος ανανεώσιμης ενέργειας.
Ο στρόβιλος Kaplan εφευρέθηκε το 1913 από τον Αυστριακό καθηγητή Víktor Kaplan. Πρόκειται για έναν τύπο υδραυλικής τουρμπίνας σχήματος έλικα όπου έχουν λεπίδες που μπορούν να προσανατολιστούν στη διαφορετική ροή του νερού. Γνωρίζουμε ότι η ροή του νερού ποικίλλει ανάλογα με την ένταση του όγκου. Έχοντας τη δυνατότητα να έχουμε λεπίδες που είναι προσανατολισμένες στη ροή του νερού, μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση διατηρώντας το υψηλό έως και τους ρυθμούς ροής του 20-30% της ονομαστικής ροής.
Το πιο φυσιολογικό είναι ότι αυτή η τουρμπίνα έρχεται εξοπλισμένη με σταθερούς εκτροπείς στάτορα που βοηθούν στην καθοδήγηση της ροής του νερού. Με αυτόν τον τρόπο, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας βελτιστοποιείται. Η απόδοση του στροβίλου Kaplan μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύτερο φάσμα ροής ανάλογα με τις ανάγκες. Στην ιδανική περίπτωση, η τουρμπίνα πρέπει να προετοιμάζεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα προσανατολισμού στο οποίο τοποθετούμε τους εκτροπείς στάτορα όταν αλλάζει η ροή. Δεν έχουμε πάντα την ίδια ροή νερού, καθώς εξαρτάται από τις βροχοπτώσεις και τα επίπεδα των δεξαμενών.
Όταν το υγρό φτάσει στον στρόβιλο Kaplan, χάρη σε έναν αγωγό σχήματος σπειροειδούς, χρησιμεύει για να τροφοδοτήσει πλήρως ολόκληρη την περιφέρεια. Μόλις το υγρό φτάσει στην τουρμπίνα περνάει από έναν διανομέα που δίνει στο ρευστό την περιστροφική του περιστροφή. Αυτό είναι όπου η πτερωτή είναι υπεύθυνη για την εκτροπή της ροής 90 μοίρες για να την αντιστρέψει αξονικά.
Κύρια χαρακτηριστικά
Όταν έχουμε έναν στρόβιλο έλικα, γνωρίζουμε ότι ο κανονισμός είναι σχεδόν μηδενικός. Αυτό σημαίνει ότι η τουρμπίνα μπορεί να λειτουργήσει μόνο σε ένα συγκεκριμένο εύρος, οπότε ο διανομέας δεν είναι καν ρυθμιζόμενος. Με τον στρόβιλο Kaplan έχουμε τον προσανατολισμό των πτερυγίων της πτερωτής για προσαρμογή στη ροή του νερού. Επιπλέον, η κίνηση προσαρμόζεται στην τρέχουσα ροή. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε ρύθμιση διανομέα αντιστοιχεί σε διαφορετικό προσανατολισμό των λεπίδων. Χάρη σε αυτό, είναι δυνατό να συνεργαστείτε υψηλότερες αποδόσεις έως και 90% σε ένα ευρύ φάσμα ρυθμών ροής.
Το πεδίο χρήσης αυτών των στροβίλων φτάνει σε μέγιστη πτώση περίπου ύψους 80 μέτρων και ρέει έως και ρυθμό ροής 50 κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αυτό επικαλύπτει μερικώς το πεδίο χρήσης του Στρόβιλος Francis. Αυτές οι τουρμπίνες Έφτασαν μόνο σε πτώση 10 μέτρων και υπερέβησαν τα 300 κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε ροή.
Για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής υδραυλικής ενέργειας είναι πολύ κοινό να βλέπετε στρόβιλους Kaplan. Είναι στρόβιλοι έλικα που λειτουργούν σε πλήρη χωρητικότητα και ανταποκρίνονται καλά σε τυχόν περίσσεια υγρού. Χάρη σε αυτούς τους στροβίλους, εξαλείφουν ένα μεγάλο ποσό κόστους εγκατάστασης, καθώς αυτός ο στρόβιλος είναι ακριβότερος από έναν στρόβιλο έλικα, αλλά η εγκατάσταση γίνεται πολύ πιο αποτελεσματική μακροπρόθεσμα.
Πώς λειτουργούν οι στρόβιλοι στην υδροηλεκτρική ενέργεια
Εάν θέλουμε να διατηρήσουμε μια τάση εξόδου σταθερή σε μια υδροηλεκτρική εγκατάσταση, η ταχύτητα του στροβίλου πρέπει πάντα να διατηρείται σταθερή. Γνωρίζουμε ότι η πίεση του νερού ποικίλλει ανάλογα με το ρυθμό ροής και την ένταση στην οποία πέφτει. Ωστόσο, η ταχύτητα του στροβίλου πρέπει να διατηρείται σταθερή ανεξάρτητα από αυτές τις διακυμάνσεις πίεσης. Προκειμένου να παραμείνει σταθερός, απαιτείται μεγάλος αριθμός ελέγχων τόσο στον στρόβιλο Francis όσο και στον στρόβιλο Kaplan.
Συχνά γίνονται εγκαταστάσεις τροχών Pelton στις οποίες βοηθά ο έλεγχος της ροής του νερού ανοίγοντας και κλείνοντας τα ακροφύσια εκτοξευτή. Όταν υπάρχει μια τουρμπίνα Kaplan στην εγκατάσταση, χρησιμοποιείται ένα ακροφύσιο παράκαμψης εκκένωσης για να βοηθήσει στην εκτροπή γρήγορων αλλαγών ρεύματος στα κανάλια πτώσης που μπορούν ξαφνικά να αυξήσουν την πίεση του νερού. Με αυτόν τον τρόπο διασφαλίζουμε ότι οι έλικες αποθηκεύονται πάντα με σταθερό τρόπο και δεν επηρεάζονται από αλλαγές στην πίεση του νερού. Αυτές οι αυξήσεις στην πίεση του νερού είναι γνωστές ως σφυριά νερού. Μπορεί να είναι πολύ επιζήμια για τις εγκαταστάσεις.
Ωστόσο, με όλες αυτές τις ρυθμίσεις, διατηρείται μια σταθερή ροή νερού μέσω των ακροφυσίων έτσι ώστε η κίνηση των πτερυγίων του στροβίλου να διατηρείται σταθερή. Για την αποφυγή σφυριών νερού, τα ακροφύσια εκκένωσης κλείνουν αργά. Οι στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή υδραυλικής ενέργειας ποικίλλουν ανάλογα με ορισμένους τύπους:
- Για μεγάλα άλματα και μικρές ταχύτητες ροής Χρησιμοποιούνται στρόβιλοι Pelton.
- για εκείνους μικρότερα κεφάλια αλλά με υψηλότερη ροή Χρησιμοποιούνται στρόβιλοι Francis.
- En πολύ μικρούς καταρράκτες αλλά με πολύ μεγάλη ροή Χρησιμοποιούνται στρόβιλοι καπλάν και έλικα.
Τα υδροηλεκτρικά φυτά εξαρτώνται από μια μεγάλη ποσότητα νερού που περιέχεται σε δεξαμενές. Αυτή η ροή πρέπει να ελέγχεται και να διατηρείται σχεδόν σταθερή, έτσι ώστε το νερό να μπορεί να μεταφέρεται μέσω των αγωγών ή των πεννών. Η ροή ελέγχεται μέσω βαλβίδων για την προσαρμογή της ροής του νερού που περνά μέσω του στροβίλου. Η ποσότητα νερού που επιτρέπεται να διέρχεται μέσω του στροβίλου εξαρτάται από τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας κάθε στιγμή. Το υπόλοιπο νερό βγαίνει μέσω των καναλιών εκκένωσης.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για την παραγωγή στροβίλων Kaplan και υδροηλεκτρικής ενέργειας.