Waterkracht

Turbines

Vormen van turbines

Moderne waterkrachtcentrales maken gebruik gemaakt van turbines om de potentiële energie van het water om te zetten in mechanische energie. Er worden voornamelijk twee typen turbines gebruikt:

• Francisturbine,
• Kaplanturbine.

Francisturbine

Voor hoge vervallen wordt de zogenaamde Francis-turbine gebruikt. De turbine is genoemd naar de Engelsman Francis (1849) die hem ontwikkelde. In de figuur zijn de voorranden van de schoepen te zien die verticaal staan en naar de as gericht. Het water stroomt rond de buitenkant langs de schoepen naar binnen en verlaat de turbine aan de onderzijde. Daarbij wordt de turbine aan het draaien gebracht. Dit type turbine wordt tot op de dag van vandaag gebruikt voor grote valhoogten.

Naastliggende figuur geeft de Francisturbine in een centralehuis. Het water wordt aangevoerd via de buis links in figuur. Het water stroomt om de turbine heen en wordt via schoepen goed op de turbine gericht. Nadat het water zijn werk in de turbine heeft verricht verlaat het water de turbine aan de onderzijde en wordt via een kanaal afgevoerd. Op de as van de turbine zit ook de rotor van de elektrische generator. Deze is zichtbaar boven de turbine. Om de rotor heen bevindt zich de stator van de generator. Ook deze is in de figuur aangegeven. Door de draaiing van de rotor wordt in de stator elektriciteit opgewekt die via de stator wordt afgevoerd.

Kaplanturbine

Voor kleine valhoogten wordt de Kaplan-turbine gebruikt. Deze turbine ziet eruit als een soort scheepsschroef. In Nederland worden in de grote waterkrachtcentrales aan de rivieren, vanwege de geringe valhoogten, vooral Kaplan-turbines gebruikt.

Toepassing en rendement turbines

Al de bovengenoemde turbines werken niet zozeer op hoogteverschillen maar op de stroming van het water die door het hoogteverschil wordt veroorzaakt. Het rendement van de turbines is hoog en kan oplopen tot 95%. Bij de Kaplanturbine is de stroming meer axiaal langs de as van de turbine. Bij de Franchis-turbine wordt het water in een spiraalvormige boog om de turbine heengeleid, gaat door de turbine heen en verlaat de turbine aan de onderzijde. De stroming van het water is hier meer radiaal.

Waterkrachtcentrale La Grande Rivière

Als voorbeeld hoe een moderne waterkrachtcentrale voor elektriciteitsopwekking is opgebouwd volgt hier een beschrijving van een waterkrachtcomplex in Canada. Het complex ligt aan de rivier "La Grande Rivière" die uitmondt in James Baai ten zuiden van de Hudson Baai. De rivier is ongeveer 900 km lang en het totale verval is ongeveer 500 meter. In de rivier zijn in de jaren 80 en 90 van de 20^e eeuw zes grote waterkrachtcentrales gebouwd in vermogens variërend van 450 tot 7500 MW. De meest zijn voorzien van Francisturbines. Jaarlijks genereren deze centrales ongeveer 80 TWh aan elektriciteit. Om een idee te krijgen van de grootte; de diameter van het invoerkanaal varieert tussen de 6 en 11 meter. De diameter van de Francis-turbines varieert van 5 tot 6 meter. De turbines draaien met snelheden van 85 tot 150 toeren per minuut. De rotordiameter ligt rond de 11 meter. De elektrische energie wordt door de generator geleverd op een spanning van 14 kV. Een transformator verhoogd de spanning naar de transportspanning van 735 kV. Deze hoge spanning is nodig om het vermogen, zonder al te veel verliezen, over grote afstanden te kunnen transporteren. Meer voorbeelden van waterkrachtcentrales worden gegeven in Wikipedia.