На сьогоднішній день майже п’ята частина електроенергії в світі виробляється за допомогою води. Водний ресурс являється основною складовою річкової, морської та океанічної гідроенергетики.
Великі гідроелектростанції з греблями та стічними водами можуть зашкодити навколишньому середовищу. Зате малі гідроелектростанції функціонують по принципу використання вільного потоку води. Вони можуть працювати, не забруднюючи природу.
Міні–гідроелектростанції не потребують значної висоти та тиску води, а ось великі установки не зможуть працювати за відсутності цих умов.
Для того, аби крупна гідроелектростанція працювала безперервно, необхідно, щоб рівень води у річці досягав значного рівня. Тому вода, що виливається із втягуючих труб в турбіни, повинна повернутися назад, в русло річки. Так забезпечуються своєрідний кругообіг водного ресурсу.
У роботі гідроелектростанції найважливішу роль відіграє турбіна. Це двигун з лопатями, який зустрічається ізсилою опору течії, і починає обертатися. Завдяки круговим обертам утворюється кі
нетична енергія, яка трансформується в електричну. Потім енергія передається далі, у велику транзисторно–акумуляторну мережу.
При виборі турбіни потрібно керуватися висотою рівня закритої води, яку ще називають «головою». Цей об’ем потоку стає рушійною силою, що викликає швидке обертання двигуна.
Видів турбін, які використовуються у гідроенергетиці, є досить багато. Ось деякі з них:
- Турбіна «Пелтон» виглядає, як колесо водяного млина. Вода, потрапляючи у ковш лопатей, обертає конструкцію. Двигун Пелтона застосовується в місцях з високою «головою» – від 15 до майже 2000 метрів, і досягає потужності 200 мегаватт. Ця турбіна добре показує себе в гірських та штучних водоймах із високою швидкістю потоку. В таких умовах продуктивність турбіни може досягати 3000 оборотів у хвилину. Недоліком «Пелтона» є неефективність при низькому натиску води.
- Турбіна «Франціск» добре функціонує із «головою» від 3 до 750 метрів. Зазвичай має 8-9 лопатей. Вода входить в турбіну в радіальному напрямі (тобто, рухаючись до осі), а виходить в протилежному. «Франціск» може досягати потужності 800 мегаватт. Ця турбіна добре показала себе в гідроенергетиці. У неї найвищий коефіцієнт корисної дії порівняно з усіма існуючими типами.
- Гвинтові турбіни – складаються з обертального елемента та 3-6 невеликих лопатей. Потік води проходить крізь обертальний елемент та штовхає лопаті. Гвинтові турбіни можуть функціонувати з «головою» від 3 до 100 метрів та можуть виробляти енергію потужністю 100 мегаватт.
Один із відомих підвидів гвинтових роторів – це турбіна Каплана. Для підвищення продуктивності лопаті цієї установки роблять довшими, що значно збільшую коефіцієнт корисної дії. Турбіни Каплана можуть досягати потужності 400 мегаватт.
Кожний тип турбін оптимальний при певних умовах швидкості потоку, тиску та висоти рівня закритої води. Хоча в деяких випадках їх значення перетинаються. Відповідно, для одної гідроелектростанції можуть бути вибрані турбіни різних типів.