Να δημιουργήσει υδραυλική ενέργεια, είναι απαραίτητο να εκμεταλλευτείτε τη μετακίνηση μεγάλων ποσοτήτων νερού μέσα από έναν καταρράκτη, που επιτρέπει σε μια τουρμπίνα να κινηθεί. Ένας από τους πιο χρησιμοποιούμενους στρόβιλους στην υδροηλεκτρική παραγωγή είναι ο Στρόβιλος Kaplan. Αυτός ο τύπος τουρμπίνας χρησιμοποιείται σε μικρούς καταρράκτες, μέχρι μερικές δεκάδες μέτρα, όπου η παροχή είναι υψηλή.
Σε αυτό το άρθρο, θα αναφέρουμε λεπτομερώς τι αποτελείται ο στρόβιλος Kaplan, τα κύρια χαρακτηριστικά του και πώς χρησιμοποιείται στην υδραυλική παραγωγή ενέργειας.
Τι είναι ο στρόβιλος Kaplan
La Στρόβιλος Kaplan Είναι ένας τύπος υδραυλικού αεριοστρόβιλου, σχεδιασμένος να λειτουργεί σε περιβάλλοντα με μικρές κλίσεις, από λίγα μέτρα έως μερικές δεκάδες. Απαιτεί επίσης μεγάλες ροές, μεταξύ 200 και 300 κυβικά το δευτερόλεπτο, γεγονός που τον καθιστά έναν πολύ αποδοτικό στρόβιλο για την παραγωγή υδραυλικής ενέργειας, μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας.
Εφευρέθηκε από τον Αυστριακό καθηγητή Viktor Kaplan το 1913, και η καινοτόμος δομή του το καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για καταστάσεις όπου η ροή του νερού είναι μεταβλητή. Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού του στροβίλου είναι ότι τα πτερύγια του μπορούν να προσανατολιστούν σύμφωνα με την κατεύθυνση της ροής, βελτιστοποιώντας την απόδοσή του ακόμη και όταν ο ρυθμός ροής είναι μόνο 20-30% της ονομαστικής του ροής.
Ένα επιπλέον χαρακτηριστικό πολλών στροβίλων Kaplan είναι ότι αποτελούν μέρος συστημάτων παραγωγής ενέργειας που περιλαμβάνουν σταθερούς στάτορες, οι οποίοι βελτιστοποιούν τη ροή του νερού που τροφοδοτεί τον στρόβιλο, βελτιώνοντας έτσι την ικανότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Απόδοση στροβίλου Kaplan Μπορεί να παραμείνει ανυψωμένος σε ένα ευρύ φάσμα ρυθμών ροής, καθιστώντας το βασικό στοιχείο σε πολλούς υδροηλεκτρικούς σταθμούς.
Λειτουργική αρχή
Η αρχή λειτουργίας του στροβίλου Kaplan είναι απλή αλλά αποτελεσματική. Το νερό φτάνει στον στρόβιλο μέσω ενός σπειροειδούς αγωγού, ο οποίος επιτρέπει στον στρόβιλο να τροφοδοτείται σε όλη την περιφέρειά του. Στη συνέχεια, το νερό περνά μέσα από έναν διανομέα, ο οποίος δίνει στη ροή μια περιστροφική κίνηση απαραίτητη για τη λειτουργία του στροβίλου.
Μόλις το νερό εισέλθει στον στρόβιλο, προκαλεί το στροφή πτερωτής, εκτρέποντας τη ροή του νερού υπό γωνία 90° και στη συνέχεια αντιστρέφοντάς την αξονικά. Αυτή η δράση επιτρέπει στον στρόβιλο να εκμεταλλευτεί την κινητική ενέργεια του νερού για να αυξήσει την απόδοσή του στην παραγωγή ενέργειας.
La Στρόβιλος Kaplan Έχει την ικανότητα να ανακτά μέρος της ενέργειας χάρη σε έναν διαχύτη στο σύστημα εξάτμισης του, κάτι που δεν συνηθίζεται σε όλους τους υδραυλικούς στρόβιλους. Αυτός ο διαχύτης συμβάλλει στη βελτίωση της απόδοσης του στροβίλου σε εφαρμογές όπου η πίεση του νερού δεν είναι υψηλή, όπως σε μικρούς καταρράκτες.
Κύρια χαρακτηριστικά και οφέλη
Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα του στροβίλου Kaplan είναι η ικανότητά του να ρυθμίζει τα πτερύγια ανάλογα με την κατεύθυνση ροής του νερού. Αυτό επιτρέπει στον στρόβιλο να διατηρεί υψηλή απόδοση κάτω από ποικίλες συνθήκες ροής και πίεσης.
Σε αντίθεση με τους συμβατικούς στρόβιλους, όπως οι στρόβιλοι με έλικα, το Kaplan διαθέτει ρυθμιστές ροής που μπορούν να ρυθμίσουν τόσο τα πτερύγια του στροφείου όσο και τη γωνία των πτερυγίων του διανομέα. Αυτό τον καθιστά έναν από τους πιο ευέλικτους στρόβιλους στην αγορά, ικανούς να λειτουργούν ευρεία ροή και εύρος κεφαλής, με απόδοση έως και 90%.
Το εύρος λειτουργίας του στροβίλου Kaplan περιλαμβάνει μέγιστες κεφαλές περίπου Τα 80 είναι μεγάλα και ρυθμούς ροής έως 50 κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Αν και μοιράζεται ορισμένες πτυχές με τους στρόβιλους Francis, το Kaplan είναι ιδιαίτερα αποδοτικό σε συνθήκες υψηλές ροές και χαμηλές κεφαλές droop, όπου άλλοι στρόβιλοι θα έχαναν την απόδοση τους.
Πώς λειτουργούν οι στρόβιλοι στην υδροηλεκτρική ενέργεια
Σε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, η ρύθμιση της τάσης εξόδου είναι απαραίτητη για την εξασφάλιση σταθερής παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα του στροβίλου πρέπει να παραμένει σταθερή ακόμα και όταν οι συνθήκες ροής του νερού ποικίλλουν. Οι τουρμπίνες Kaplan έχουν σχεδιαστεί για να προσαρμόζονται σε αυτές τις αλλαγές, διατηρώντας τη ροή του νερού σταθερή χάρη στα προηγμένα συστήματα ελέγχου.
Οι υδροηλεκτρικοί στρόβιλοι, είτε Kaplan, Francis ή Pélton, διαθέτουν διάφορα συστήματα ελέγχου για να διασφαλίσουν ότι παραμένουν σταθεροί όταν αντιμετωπίζουν αλλαγές στην πίεση του νερού. Συγκεκριμένα, οι τουρμπίνες Kaplan συνήθως έχουν ακροφύσια παράκαμψης, που ανακατευθύνουν αποτελεσματικά την περίσσεια νερού για να αποτρέψουν ζημιές από αυτό που είναι γνωστό ως σφυρί νερού, μια ξαφνική αύξηση της πίεσης που μπορεί να είναι πολύ επιζήμια για τις εγκαταστάσεις.
Οι υδραυλικοί στρόβιλοι ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο του καταρράκτη και τη ροή που χειρίζονται:
- Μεγάλα άλματα με μικρές ροές: Χρησιμοποιούνται τουρμπίνες Pelton.
- Μεσαία άλματα με μεγαλύτερη ροή: Χρησιμοποιούνται στρόβιλοι Francis.
- Μικρά άλματα με μεγάλες ροές: Χρησιμοποιούνται στρόβιλοι Kaplan και έλικας.
Η ποσότητα του νερού που διέρχεται από τον στρόβιλο ρυθμίζεται σύμφωνα με την τρέχουσα ηλεκτρική ζήτηση. Το υπόλοιπο νερό κατευθύνεται μέσω καναλιών εκκένωσης για να αποφευχθεί οποιαδήποτε απώλεια στο σύστημα. Στις σύγχρονες υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις, τα συστήματα ελέγχου εξασφαλίζουν τη βέλτιστη χρήση της διαθέσιμης ροής, συμβάλλοντας στη διατήρηση της αποδοτικής και βιώσιμης παραγωγής ενέργειας.
Αυτό το άρθρο καλύπτει λεπτομερώς τη λειτουργία, τα πλεονεκτήματα και τα χαρακτηριστικά των στροβίλων Kaplan, μιας από τις πιο προηγμένες και αποδοτικές τεχνολογίες για τη χρήση της υδραυλικής ενέργειας. Λόγω της υψηλής απόδοσης και της ευελιξίας τους, αποτελούν μία από τις πιο χρησιμοποιούμενες επιλογές στον τομέα της παραγωγής ενέργειας με βάση το νερό.