引き起こす 水力エネルギー滝を通る大量の水の動きを利用してタービンを動かす必要があります。水力発電で最もよく使用されるタービンの 1 つは、 カプランタービン。このタイプの水車は、流量の多い数十メートルまでの小さな滝で使用されます。
この記事では、カプラン水車の構成、主な特徴、水力発電での使用方法について詳しく説明します。
カプラン水車とは
La カプランタービン これは油圧ジェット タービンの一種で、数メートルから数十までの小さな勾配の環境で動作するように設計されています。また、次のような大きな流れも必要です。 200 および 300 立方メートル/秒これにより、再生可能エネルギー源である水力エネルギーを生成するための非常に効率的なタービンとなります。
オーストリアの教授が発明した ヴィクトール・カプラン、1913年その革新的な構造は、水流が変化する状況に特に適しています。このタービンの重要な特徴の 20 つは、流れの方向に応じてブレードの向きを変えることができ、流量が公称流量の 30 ～ XNUMX% にすぎない場合でも性能を最適化できることです。
多くのカプラン タービンの追加の特徴は、タービンに供給される水の流れを最適化し、発電能力を向上させる固定ステーターを含む発電システムの一部であることです。 カプランタービンの効率 幅広い流量にわたって上昇した状態を維持できるため、多くの水力発電所で重要な要素となっています。
動作原理
カプランタービンの動作原理はシンプルですが効率的です。水はらせん状のダクトを通ってタービンに到達し、タービンの周囲全体に水が供給されるようになります。次に、水は分配器を通過し、タービンの動作に不可欠な回転運動を流れに与えます。
水がタービンに入ると、 インペラ回転、水の流れを90°の角度でそらしてから軸方向に反転させます。この作用により、タービンは水の運動エネルギーを利用してエネルギー生成効率を高めることができます。
La カプランタービン 排気システムのディフューザーのおかげでエネルギーの一部を回収する機能がありますが、これはすべての水力タービンでは一般的ではありません。このディフューザーは、小規模な滝などの水圧が高くない用途において、水車の性能向上に貢献します。
主な特徴とメリット
カプラン水車の最も重要な利点の 1 つは、水の流れの方向に応じてブレードを調整できることです。これにより、タービンはさまざまな流量および圧力条件下で高い効率を維持できます。
プロペラ タービンなどの従来のタービンとは異なり、カプランにはインペラ ブレードとディストリビュータ ブレードの角度の両方を調整できる流量調整装置が付いています。これにより、市場で最も汎用性の高いタービンの 1 つとなり、次のような環境で動作することができます。 広い流量と揚程範囲、最大90%の効率です。
カプランタービンの動作範囲には、約 高さ80メートル 最大流量 50立方メートル/秒。カプランはフランシス水車といくつかの点を共有していますが、次のような状況で特に効率的です。 高流量かつ低ヘッド ドループが発生すると、他のタービンの効率が低下します。
水力発電でタービンがどのように機能するか
水力発電所では、一定の電力供給を保証するために出力電圧の調整が不可欠です。これは、水流条件が変化してもタービン速度を一定に保つ必要があることを意味します。カプランの水車はこれらの変化に適応するように設計されており、高度な制御システムのおかげで水の流れを一定に保ちます。
カプラン、フランシス、ペルトンのいずれの水力発電タービンにも、水圧の変化に直面したときに安定性を保つためのさまざまな制御システムが搭載されています。特に、カプランタービンは通常、 バイパスノズル過剰な水を効率的に方向転換し、施設に大きな損害を与える可能性のある突然の圧力上昇であるウォーターハンマーとして知られる現象による損傷を防ぎます。
水力タービンは、滝の種類と処理する流れに応じて次のように分類されます。
- 小さな流れで大きなジャンプ: ペルトン水車が使用されています。
- より大きな流れによる中程度のジャンプ: フランシス水車を使用しています。
- 大きな流れでの小さなジャンプ: カプランタービンとプロペラタービンが使用されています。
タービンを通過する水の量は、現在の電力需要に応じて調整されます。残りの水は、システム内での損失を避けるために、排出チャネルを通して導かれます。最新の水力発電施設では、制御システムにより利用可能な流量が最適に利用され、効率的で持続可能なエネルギー生産の維持に役立ちます。
この記事では、水力エネルギーを利用するための最も先進的かつ効率的な技術の 1 つであるカプラン水車の動作、利点、特徴について詳しく説明します。高性能と多用途性を考慮すると、水ベースのエネルギー生成分野で最も使用されているオプションの 1 つです。