Comme nous le savons, pour générer de l'énergie hydraulique, nous devons verser une grande quantité d'eau à travers une cascade pour pouvoir déplacer une turbine. L'une des turbines les plus utilisées en énergie hydraulique est la Turbine Kaplan. Il s'agit d'une turbine à jet hydraulique qui s'utilise avec de petites pentes jusqu'à quelques dizaines de mètres. Le débit est toujours nécessaire pour qu'une grande quantité d'énergie puisse être générée.
Dans cet article, nous allons vous dire en quoi consiste la turbine Kaplan, quelles sont ses caractéristiques et comment elle est utilisée pour générer de l'énergie hydraulique.
Qu'est-ce que la turbine Kaplan
Il s'agit d'une turbine à jet hydraulique qui utilise de petits gradients de hauteur de quelques mètres à quelques dizaines. L'une des principales caractéristiques est qu'il fonctionne toujours avec des débits élevés. Des débits allant de 200 à 300 mètres cubes par seconde. Il est largement utilisé pour la production d'énergie hydraulique, c'est un type d'énergie renouvelable.
La turbine Kaplan a été inventée en 1913 par le professeur autrichien Víktor Kaplan. Il s'agit d'un type de turbine hydraulique en forme d'hélice où elles ont des pales qui peuvent être orientées selon les différents flux d'eau. On sait que le débit d'eau varie en fonction de l'intensité du volume. En pouvant avoir des pales orientées vers le débit de l'eau, on peut augmenter les performances en les maintenant élevées jusqu'à des débits de 20 à 30% du débit nominal.
La chose la plus normale est que cette turbine est équipée avec des déflecteurs de stator fixes qui aident à guider le débit d'eau. De cette manière, la génération d'énergie électrique est optimisée. L'efficacité de la turbine Kaplan peut être utilisée pour une plage de débit plus large en fonction des besoins. Idéalement, la turbine doit être préparée en utilisant un système d'orientation dans lequel on place les déflecteurs de stator lorsque le débit change. Nous n'avons pas toujours le même débit d'eau puisque nous dépendons des précipitations et des niveaux des réservoirs.
Lorsque le fluide atteint la turbine Kaplan, grâce à un conduit en forme de spirale, il sert à alimenter complètement toute la circonférence. Une fois que le fluide a atteint la turbine, il passe à travers un distributeur qui lui donne sa rotation rotative. C'est ici que l'impulseur est chargé de détourner le flux à 90 degrés pour l'inverser axialement.
Caractéristiques principales
Lorsque nous avons une turbine à hélice, nous savons que la régulation est pratiquement nulle. Cela signifie que la turbine ne peut fonctionner que dans une certaine plage, de sorte que le distributeur n'est même pas réglable. Avec la turbine Kaplan, nous obtenons l'orientation des pales de la roue pour s'adapter au débit d'eau. De plus, le mouvement s'adapte au flux de courant. En effet, chaque réglage du distributeur correspond à une orientation différente des lames. Grâce à cela, il est possible de travailler avec des rendements plus élevés jusqu'à 90% dans une large gamme de débits.
Le domaine d'utilisation de ces turbines atteint des chutes maximales de l'ordre de 80 mètres et s'écoule jusqu'à un débit de 50 mètres cubes par seconde. Cela recoupe partiellement le domaine d'utilisation de la Turbine Francis. Ces turbines ils n'atteignaient qu'une chute de 10 mètres et dépassaient 300 mètres cubes par seconde en débit.
Pour optimiser la production d'énergie hydraulique, il est très courant de voir des turbines Kaplan. Ce sont des turbines à hélices qui fonctionnent à pleine capacité et réagissent bien à tout excès de fluide. Grâce à ces turbines, elles éliminent une grande quantité de coûts d'installation puisque cette turbine est plus chère qu'une turbine à hélice mais l'installation devient beaucoup plus efficace sur le long terme.
Comment fonctionnent les turbines dans l'hydroélectricité
Si l'on veut maintenir une tension de sortie constante dans une installation hydroélectrique, la vitesse de la turbine doit toujours être maintenue constante. On sait que la pression de l'eau varie en fonction du débit et de l'intensité à laquelle elle tombe. Cependant, la vitesse de la turbine doit être maintenue constante quelles que soient ces variations de pression. Afin de rester stable, un grand nombre de commandes sont nécessaires à la fois dans la turbine Francis et la turbine Kaplan.
Les installations de roues Pelton sont souvent réalisées dans lesquelles le débit d'eau est aidé à contrôler en ouvrant et en fermant les buses d'éjection. Lorsqu'il y a une turbine Kaplan dans l'installation, une buse de dérivation de décharge est utilisée pour aider à dévier les changements de courant rapides dans les canaux de descente qui peuvent soudainement augmenter la pression de l'eau. De cette façon, nous nous assurons que les hélices sont toujours stockées de manière constante et ne sont pas affectées par les changements de pression de l'eau. Ces augmentations de pression d'eau sont appelées coups de bélier. Ils peuvent être très dommageables pour les installations.
Cependant, avec tous ces réglages, un débit d'eau constant est maintenu à travers les buses de sorte que le mouvement des aubes de turbine est maintenu stable. Pour éviter les coups de bélier, les buses de refoulement se ferment lentement. Les turbines utilisées pour la génération d'énergie hydraulique varient selon certains types:
- Pour grands sauts et petits débits Des turbines Pelton sont utilisées.
- Pour ceux têtes plus petites mais avec un débit plus élevé Des turbines Francis sont utilisées.
- En de très petites cascades mais avec un très grand débit Des turbines Kaplan et à hélices sont utilisées.
Les centrales hydroélectriques dépendent d'une grande quantité d'eau contenue dans les réservoirs. Ce débit doit être contrôlé et peut être maintenu à peu près constant afin que l'eau puisse être transportée à travers les conduits ou les conduites forcées. Le débit est contrôlé par des vannes pour adapter le débit d'eau qui traverse la turbine. La quantité d'eau autorisée à traverser la turbine dépend de la demande d'électricité à chaque instant. Le reste de l'eau sort par les canaux d'évacuation.
J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en savoir plus sur la turbine Kaplan et la production hydroélectrique.