Genereren hydraulische energie, is het noodzakelijk om te profiteren van de beweging van grote hoeveelheden water door een waterval, waardoor een turbine kan bewegen. Een van de meest gebruikte turbines bij de opwekking van waterkracht is de Kaplan-turbine. Dit type turbine wordt gebruikt in kleine watervallen, tot enkele tientallen meters, waar de stroming hoog is.
In dit artikel zullen we gedetailleerd beschrijven waaruit de Kaplan-turbine bestaat, de belangrijkste kenmerken ervan en hoe deze wordt gebruikt bij de opwekking van hydraulische energie.
Wat is de Kaplan-turbine
La Kaplan-turbine Het is een type hydraulische straalturbine, ontworpen om te werken in omgevingen met kleine hellingen, van enkele meters tot enkele tientallen. Er zijn ook grote stromen tussen nodig 200 en 300 kubieke meter per seconde, waardoor het een zeer efficiënte turbine is voor de opwekking van hydraulische energie, een hernieuwbare energiebron.
Het is uitgevonden door de Oostenrijkse professor Victor Kaplan in 1913en zijn innovatieve structuur maakt hem bijzonder geschikt voor situaties waarin de waterstroom variabel is. Een van de belangrijkste kenmerken van deze turbine is dat de bladen kunnen worden georiënteerd in de richting van de stroming, waardoor de prestaties worden geoptimaliseerd, zelfs als het debiet slechts 20-30% van het nominale debiet bedraagt.
Een bijkomend kenmerk van veel Kaplan-turbines is dat ze deel uitmaken van energieopwekkingssystemen die vaste stators omvatten, die de waterstroom die de turbine voedt optimaliseren, waardoor de elektriciteitsopwekkingscapaciteit wordt verbeterd. Kaplan-turbine-efficiëntie Het kan over een breed bereik aan stroomsnelheden hoog blijven, waardoor het een sleutelelement is in veel waterkrachtcentrales.
Operatie principe
Het werkingsprincipe van de Kaplan-turbine is eenvoudig maar efficiënt. Het water bereikt de turbine via een spiraalvormig kanaal, waardoor de turbine over de hele omtrek kan worden gevoed. Het water stroomt vervolgens door een verdeler, waardoor de stroming een roterende beweging krijgt die essentieel is voor de werking van de turbine.
Zodra het water de turbine binnendringt, veroorzaakt het de waaier draaien, waarbij de waterstroom onder een hoek van 90° wordt afgebogen en vervolgens axiaal wordt omgekeerd. Door deze actie kan de turbine profiteren van de kinetische energie van het water om de efficiëntie bij het opwekken van energie te vergroten.
La Kaplan-turbine Dankzij een diffusor in het uitlaatsysteem kan hij een deel van de energie terugwinnen, iets wat niet bij alle hydraulische turbines gebruikelijk is. Deze diffusor draagt bij aan het verbeteren van de prestaties van de turbine in toepassingen waar de waterdruk niet hoog is, zoals bij kleine watervallen.
Belangrijkste kenmerken en voordelen
Een van de belangrijkste voordelen van de Kaplan-turbine is de mogelijkheid om de bladen aan te passen aan de richting van de waterstroom. Hierdoor kan de turbine een hoog rendement behouden onder verschillende stromings- en drukomstandigheden.
In tegenstelling tot conventionele turbines, zoals propellerturbines, beschikt de Kaplan over stroomregelaars die zowel de waaierbladen als de hoek van de verdeelbladen kunnen aanpassen. Dit maakt het een van de meest veelzijdige turbines op de markt, geschikt om in te werken breed stroom- en opvoerhoogtebereik, met een rendement tot 90%.
Het werkbereik van de Kaplan-turbine omvat een maximale opvoerhoogte van ongeveer 80 meter hoog en stroomsnelheden tot 50 kubieke meter per seconde. Hoewel hij enkele aspecten gemeen heeft met de Francis-turbines, is de Kaplan vooral efficiënt in omstandigheden van hoge stroomsnelheden en lage opvoerhoogte hangen, waar andere turbines hun efficiëntie zouden verliezen.
Hoe turbines werken in waterkracht
In een waterkrachtcentrale is de regeling van de uitgangsspanning essentieel om een constante elektriciteitsvoorziening te garanderen. Dit betekent dat de turbinesnelheid constant moet blijven, zelfs als de waterstroomomstandigheden variëren. Kaplan-turbines zijn ontworpen om zich aan deze veranderingen aan te passen en houden de waterstroom constant dankzij geavanceerde regelsystemen.
Waterkrachtturbines, of ze nu Kaplan, Francis of Pélton zijn, hebben verschillende regelsystemen om ervoor te zorgen dat ze stabiel blijven wanneer ze worden geconfronteerd met veranderingen in de waterdruk. Met name Kaplan-turbines hebben dat doorgaans bypass-sproeiers, die overtollig water efficiënt omleiden om schade door zogenaamde waterslag te voorkomen, een plotselinge drukverhoging die zeer schadelijk kan zijn voor installaties.
Hydraulische turbines worden geclassificeerd op basis van het type waterval en de stroom die ze verwerken:
- Grote sprongen met kleine stromen: Er worden Pelton-turbines gebruikt.
- Middelgrote sprongen met meer flow: Francis-turbines worden gebruikt.
- Kleine sprongen met grote stromen: Er worden Kaplan- en propellerturbines gebruikt.
De hoeveelheid water die door de turbine stroomt, wordt geregeld op basis van de huidige elektriciteitsvraag. Het resterende water wordt via afvoerkanalen geleid om verlies in het systeem te voorkomen. In moderne waterkrachtcentrales zorgen controlesystemen voor een optimaal gebruik van de beschikbare stroom, waardoor een efficiënte en duurzame energieproductie behouden blijft.
Dit artikel behandelt in detail de werking, voordelen en kenmerken van Kaplan-turbines, een van de meest geavanceerde en efficiënte technologieën voor het gebruik van hydraulische energie. Gezien hun hoge prestaties en veelzijdigheid zijn ze een van de meest gebruikte opties in de sector van energieopwekking op waterbasis.