Energiasektorin jatkuvasti kehittyvässä maisemassa tehokkaiden sähköntuotantoteknologioiden tavoittelu on tullut tärkeämmäksi kuin koskaan. Maailman kamppaillessa kasvavan energiantarpeen tyydyttämisen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisen kaksoishaasteiden kanssa uusiutuvat energialähteet ovat nousseet etualalle. Näistä vesivoima erottuu luotettavana ja kestävänä vaihtoehtona, ja se tuottaa merkittävän osan maailman sähköstä.
Francis-turbiini, vesivoimalaitosten keskeinen osa, on keskeisessä roolissa tässä puhtaan energian vallankumouksessa. James B. Francisin vuonna 1849 keksimä tämäntyyppinen turbiini on sittemmin tullut yhdeksi maailman käytetyimmistä. Sen merkitystä vesivoima-alalla ei voida yliarvioida, sillä se pystyy tehokkaasti muuntamaan virtaavan veden energian mekaaniseksi energiaksi, joka sitten muunnetaan sähköenergiaksi generaattorin avulla. Laaja sovellusvalikoima pienistä maaseudun vesivoimahankkeista suuriin kaupallisiin voimalaitoksiin, Francis-turbiini on osoittautunut monipuoliseksi ja luotettavaksi ratkaisuksi veden energian valjastamiseen.
Korkea energiatehokkuus energianmuunnoksessa
Francis-turbiini on tunnettu korkeasta tehokkuudestaan virtaavan veden energian muuntamisessa mekaaniseksi energiaksi, joka sitten muunnetaan generaattorin avulla sähköenergiaksi. Tämä korkea hyötysuhde on seurausta sen ainutlaatuisesta suunnittelusta ja toimintaperiaatteista.
1. Kineettisen ja potentiaalienergian hyödyntäminen
Francis-turbiinit on suunniteltu hyödyntämään sekä veden kineettistä että potentiaalienergiaa täysimääräisesti. Kun vesi saapuu turbiiniin, se kulkee ensin spiraalimaisen kotelon läpi, joka jakaa veden tasaisesti juoksuputken ympärille. Juoksuputken lavat on muotoiltu huolellisesti sen varmistamiseksi, että veden virtaus on niiden kanssa tasaista ja tehokasta. Kun vesi liikkuu juoksuputken ulkohalkaisijasta kohti keskustaa (radiaalis-aksiaalisessa virtauskuviossa), veden potentiaalienergia, joka johtuu sen korkeuserosta (vesilähteen ja turbiinin välinen korkeusero), muuttuu vähitellen kineettiseksi energiaksi. Tämä kineettinen energia siirtyy sitten juoksuputkeen, jolloin se pyörii. Hyvin suunniteltu virtausreitti ja juoksuputken lapojen muoto mahdollistavat turbiinin ottaa suuren määrän energiaa vedestä, mikä saavuttaa tehokkaan energianmuunnoksen.
2. Vertailu muihin turbiinityyppeihin
Verrattuna muuntyyppisiin vesiturbiineihin, kuten Pelton- ja Kaplan-turbiineihin, Francis-turbiinilla on selkeitä etuja hyötysuhteen suhteen tietyillä käyttöolosuhteilla.
Pelton-turbiini: Pelton-turbiini soveltuu pääasiassa suuren paineen sovelluksiin. Se toimii hyödyntämällä suurnopeuksisen vesisuihkun kineettistä energiaa iskeäkseen kauhoja juoksuputkella. Vaikka se on erittäin tehokas suuren paineen tilanteissa, se ei ole yhtä tehokas kuin Francis-turbiini keskipaineen sovelluksissa. Francis-turbiini, joka pystyy hyödyntämään sekä kineettistä että potentiaalista energiaa ja jolla on paremmat virtausominaisuudet keskipaineisille vesilähteille, voi saavuttaa korkeamman hyötysuhteen tällä alueella. Esimerkiksi voimalaitoksessa, jossa on keskipaineinen vesilähde (esimerkiksi 50–200 metriä), Francis-turbiini voi muuntaa vesienergiaa mekaaniseksi energiaksi noin 90 %:n tai jopa korkeamman hyötysuhteen verran joissakin hyvin suunnitelluissa tapauksissa, kun taas samoissa paineolosuhteissa toimivan Pelton-turbiinin hyötysuhde voi olla suhteellisen alhainen.
Kaplan-turbiini: Kaplan-turbiini on suunniteltu sekä pienillä että suurilla virtausmäärillä toimiviin sovelluksiin. Vaikka se on erittäin tehokas pienillä paineilla, Francis-turbiini on hyötysuhteeltaan sitä parempi, kun paine nousee keskitasolle. Kaplan-turbiinin siipipyörän lavat ovat säädettäviä suorituskyvyn optimoimiseksi pienillä ja suurilla virtausmäärillä, mutta sen rakenne ei ole yhtä tehokas energianmuunnos keskitason paineissa kuin Francis-turbiini. Voimalaitoksessa, jonka paine on 30–50 metriä, Kaplan-turbiini saattaa olla paras valinta hyötysuhteen kannalta, mutta kun paine ylittää 50 metriä, Francis-turbiini alkaa osoittaa ylivoimaansa energianmuunnostehokkuudessa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että Francis-turbiinin rakenne mahdollistaa vesienergian tehokkaamman hyödyntämisen monissa keskikokoisissa sovelluksissa, mikä tekee siitä ensisijaisen valinnan monissa vesivoimahankkeissa ympäri maailmaa.
Sopeutumiskyky erilaisiin vesiolosuhteisiin
Yksi Francis-turbiinin merkittävistä ominaisuuksista on sen erinomainen sopeutumiskyky monenlaisiin vesiolosuhteisiin, mikä tekee siitä monipuolisen vaihtoehdon vesivoimahankkeisiin ympäri maailmaa. Tämä sopeutumiskyky on ratkaisevan tärkeää, koska vesivarat vaihtelevat merkittävästi sekä vedenkorkeuden (veden putoamiskorkeuden) että virtausnopeuden suhteen eri maantieteellisissä paikoissa.
1. Pään ja virtausnopeuden mukautuvuus
Nostokorkeus: Francis-turbiinit voivat toimia tehokkaasti suhteellisen laajalla nostokorkeusalueella. Niitä käytetään yleisimmin keskikorkeissa sovelluksissa, tyypillisesti noin 20–300 metrin nostokorkeuksilla. Asianmukaisilla suunnittelumuutoksilla niitä voidaan kuitenkin käyttää myös pienemmissä tai suuremmissa nostokorkeuksissa. Esimerkiksi pienessä nostokorkeudessa, noin 20–50 metrin nostokorkeudessa, Francis-turbiini voidaan suunnitella erityisillä siipien muotoilla ja virtauskanavageometrioilla energianoton optimoimiseksi. Siipien suunnittelussa varmistetaan, että veden virtaus, jonka nopeus on suhteellisen alhainen alhaisen nostokorkeuden vuoksi, voi silti siirtää energiansa tehokkaasti siipien kanavaan. Nostokorkeuden kasvaessa suunnittelua voidaan säätää käsittelemään nopeampaa veden virtausta. Lähes 300 metrin nostokorkeuksissa turbiinin komponentit on suunniteltu kestämään korkeapaineista vettä ja muuntamaan suuri määrä potentiaalienergiaa tehokkaasti mekaaniseksi energiaksi.
Virtausnopeuden vaihtelu: Francis-turbiini pystyy käsittelemään myös erilaisia virtausnopeuksia. Se voi toimia hyvin sekä vakiovirtaamalla että muuttuvalla virtauksella. Joissakin vesivoimalaitoksissa veden virtausnopeus voi vaihdella vuodenaikojen mukaan esimerkiksi sademäärien tai lumen sulamisen vuoksi. Francis-turbiinin rakenne mahdollistaa suhteellisen korkean hyötysuhteen ylläpitämisen, vaikka virtausnopeus muuttuisi. Esimerkiksi kun virtausnopeus on suuri, turbiini voi sopeutua lisääntyneeseen vesimäärään ohjaamalla vettä tehokkaasti osiensa läpi. Spiraalikotelo ja ohjaussiivet on suunniteltu jakamaan vesi tasaisesti juoksuputken ympärille, varmistaen, että juoksuputken lavat voivat olla tehokkaasti vuorovaikutuksessa veden kanssa virtausnopeudesta riippumatta. Kun virtausnopeus pienenee, turbiini voi silti toimia vakaasti, vaikka teho luonnollisesti pienenee suhteessa veden virtauksen vähenemiseen.
2. Sovellusesimerkkejä eri maantieteellisissä ympäristöissä
Vuoristoalueet: Vuoristoalueilla, kuten Himalajalla Aasiassa tai Andeilla Etelä-Amerikassa, on lukuisia vesivoimahankkeita, jotka hyödyntävät Francis-turbiineja. Näillä alueilla on usein korkeat vedenkorkeuslähteet jyrkän maaston vuoksi. Esimerkiksi Pamir-vuoristossa sijaitsevalla Nurekin padolla Tadžikistanissa on korkea vedenkorkeuslähde. Nurekin vesivoimalaitokselle asennetut Francis-turbiinit on suunniteltu käsittelemään suurta paine-eroa (padon korkeus on yli 300 metriä). Turbiinit muuntavat veden korkean potentiaalienergian tehokkaasti sähköenergiaksi, mikä vaikuttaa merkittävästi maan energiantuotantoon. Vuorten jyrkät korkeusmuutokset tarjoavat Francis-turbiinien tarvittavan paineen toimiakseen tehokkaasti, ja niiden sopeutumiskyky korkean paineen olosuhteisiin tekee niistä ihanteellisen valinnan tällaisiin hankkeisiin.
Jokitasangot: Jokitasangoilla, joilla vedenkorkeus on suhteellisen alhainen, mutta virtausnopeus voi olla huomattava, Francis-turbiineja käytetään myös laajalti. Kiinan Kolmen rotkon pato on tästä erinomainen esimerkki. Jangtse-joella sijaitsevan padon vedenkorkeus on Francis-turbiineille sopivalla alueella. Kolmen rotkon vesivoimalaitoksen turbiinien on käsiteltävä suuri Jangtse-joen veden virtausnopeus. Francis-turbiinit on suunniteltu muuntamaan suuren, suhteellisen pienen vedenkorkeuden energia tehokkaasti sähköenergiaksi. Francis-turbiinien sopeutumiskyky eri virtausnopeuksiin mahdollistaa joen vesivarojen hyödyntämisen parhaalla mahdollisella tavalla ja tuottaa valtavan määrän sähköä suuren osan Kiinan energiantarpeeseen.
Saariympäristöt: Saarilla on usein ainutlaatuisia vesivaroja. Esimerkiksi joillakin Tyynenmeren saarilla, joilla on pieniä tai keskisuuria jokia, joiden virtausnopeudet vaihtelevat sade- ja kuivuuskauden mukaan, Francis-turbiineja käytetään pienimuotoisissa vesivoimalaitoksissa. Nämä turbiinit pystyvät mukautumaan muuttuviin vesiolosuhteisiin ja tarjoavat luotettavan sähkönlähteen paikallisille yhteisöille. Sadekaudella, kun virtausnopeus on suuri, turbiinit voivat toimia suuremmalla teholla, ja kuivana kautena ne voivat edelleen toimia pienemmällä veden virtauksella, vaikkakin pienemmällä teholla, mikä varmistaa jatkuvan virransyötön.
Luotettavuus ja pitkäaikainen toiminta
Francis-turbiinia arvostetaan sen luotettavuuden ja pitkäaikaisen käyttökyvyn ansiosta, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä sähköntuotantolaitoksille, joiden on ylläpidettävä vakaata virransyöttöä pitkiä aikoja.
1. Kestävä rakennesuunnittelu
Francis-turbiinilla on vankka ja hyvin suunniteltu rakenne. Juoksupyörä, joka on turbiinin keskeinen pyörivä osa, on tyypillisesti valmistettu erittäin lujista materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä tai erikoisseoksista. Nämä materiaalit valitaan niiden erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien, kuten korkean vetolujuuden, korroosionkestävyyden ja väsymiskestävyyden, vuoksi. Esimerkiksi suurissa vesivoimalaitoksissa käytettävien suurikokoisten Francis-turbiinien juoksupyörän lavat on suunniteltu kestämään korkeapaineista veden virtausta ja pyörimisen aikana syntyviä mekaanisia rasituksia. Juoksupyörän suunnittelu on optimoitu varmistamaan tasainen jännityksen jakautuminen, mikä vähentää jännityspisteiden riskiä, jotka voivat johtaa halkeamiin tai rakenteellisiin vikoihin.
Myös spiraalikotelo, joka ohjaa veden juoksuputkeen, on rakennettu kestävyyttä silmällä pitäen. Se on yleensä valmistettu paksuseinäisistä teräslevyistä, jotka kestävät turbiiniin tulevan korkeapaineisen veden virtauksen. Spiraalikotelon ja muiden komponenttien, kuten tukisiipien ja ohjaussiipien, välinen liitos on suunniteltu vahvaksi ja luotettavaksi, mikä varmistaa koko rakenteen sujuvan toiminnan erilaisissa käyttöolosuhteissa.
2. Vähäiset huoltovaatimukset
Yksi Francis-turbiinin merkittävistä eduista on sen suhteellisen vähäinen huoltotarve. Yksinkertaisen ja tehokkaan rakenteensa ansiosta siinä on vähemmän liikkuvia osia verrattuna joihinkin muuntyyppisiin turbiineihin, mikä vähentää komponenttien vikaantumisen todennäköisyyttä. Esimerkiksi ohjaussiivissä, jotka ohjaavat veden virtausta juoksupyörään, on suoraviivainen mekaaninen kytkentäjärjestelmä. Järjestelmään on helppo päästä käsiksi tarkastusta ja huoltoa varten. Säännöllisiin huoltotehtäviin kuuluvat pääasiassa liikkuvien osien voitelu, tiivisteiden tarkastus vesivuotojen estämiseksi ja turbiinin yleisen mekaanisen kunnon valvonta.
Turbiinin rakennusmateriaalit vähentävät myös sen huoltotarvetta. Juoksuputkessa ja muissa vedelle altistuvissa osissa käytetyt korroosionkestävät materiaalit vähentävät korroosion aiheuttamaa tiheää vaihtotarvetta. Lisäksi nykyaikaiset Francis-turbiinit on varustettu edistyneillä valvontajärjestelmillä. Nämä järjestelmät voivat jatkuvasti valvoa parametreja, kuten tärinää, lämpötilaa ja painetta. Analysoimalla näitä tietoja käyttäjät voivat havaita mahdolliset ongelmat etukäteen ja suorittaa ennakoivaa huoltoa, mikä vähentää entisestään odottamattomien seisokkien tarvetta suurempien korjausten vuoksi.
3. Pitkä käyttöikä
Francis-turbiineilla on pitkä käyttöikä, usein useita vuosikymmeniä. Monissa vesivoimalaitoksissa ympäri maailmaa Francis-turbiinit, jotka asennettiin useita vuosikymmeniä sitten, ovat edelleen toiminnassa ja tuottavat sähköä tehokkaasti. Esimerkiksi jotkut Yhdysvalloissa ja Euroopassa varhaisessa vaiheessa asennetuista Francis-turbiineista ovat olleet toiminnassa yli 50 vuotta. Asianmukaisella huollolla ja satunnaisilla päivityksillä nämä turbiinit voivat jatkaa luotettavaa toimintaansa.
Francis-turbiinin pitkä käyttöikä ei ole hyödyllinen ainoastaan energiantuotantoteollisuudelle kustannustehokkuuden kannalta, vaan myös sähkönjakelun yleisen vakauden kannalta. Pitkäikäinen turbiini tarkoittaa, että voimalaitokset voivat välttää korkeat kustannukset ja häiriöt, jotka liittyvät usein tapahtuviin turbiinien vaihtoihin. Se edistää myös vesivoiman pitkän aikavälin kannattavuutta luotettavana ja kestävänä energialähteenä varmistaen, että puhdasta sähköä voidaan tuottaa jatkuvasti useiden vuosien ajan.
Kustannustehokkuus pitkällä aikavälillä
Kun tarkastellaan sähköntuotantoteknologioiden kustannustehokkuutta, Francis-turbiini osoittautuu edulliseksi vaihtoehdoksi vesivoimalaitosten pitkän aikavälin käytössä.
1. Alkuinvestointi ja pitkän aikavälin käyttökustannukset
Alkuinvestointi: Vaikka Francis-turbiinipohjaisen vesivoimahankkeen alkuinvestointi voi olla suhteellisen suuri, on tärkeää tarkastella pitkän aikavälin näkökulmaa. Francis-turbiinin hankintaan, asennukseen ja alkuasennukseen liittyvät kustannukset, mukaan lukien juoksuputki, spiraalikotelo ja muut komponentit, sekä voimalaitoksen infrastruktuurin rakentaminen, ovat merkittäviä. Pitkän aikavälin hyödyt kuitenkin kompensoivat tämän alkuinvestoinnin. Esimerkiksi keskikokoisessa 50–100 MW:n vesivoimalaitoksessa Francis-turbiinien ja niihin liittyvien laitteiden alkuinvestointi voi olla kymmeniä miljoonia dollareita. Mutta verrattuna joihinkin muihin sähköntuotantoteknologioihin, kuten uuden hiilivoimalaitoksen rakentamiseen, joka vaatii jatkuvia investointeja hiilen hankintaan ja monimutkaisiin ympäristönsuojelulaitteisiin päästönormien täyttämiseksi, Francis-turbiinipohjaisen vesivoimahankkeen pitkän aikavälin kustannusrakenne on vakaampi.
Pitkän aikavälin käyttökustannukset: Francis-turbiinin käyttökustannukset ovat suhteellisen alhaiset. Kun turbiini on asennettu ja voimalaitos on toiminnassa, tärkeimmät jatkuvat kustannukset liittyvät valvontaan ja kunnossapitoon liittyvään henkilöstöön sekä joidenkin pienten komponenttien vaihtamiseen ajan myötä. Francis-turbiinin korkea hyötysuhde tarkoittaa, että se voi tuottaa suuren määrän sähköä suhteellisen pienellä vesimäärällä. Tämä alentaa tuotetun sähkön yksikkökustannuksia. Sitä vastoin lämpövoimalaitoksilla, kuten hiili- tai kaasukäyttöisillä laitoksilla, on merkittäviä polttoainekustannuksia, jotka nousevat ajan myötä esimerkiksi polttoaineiden hintojen nousun ja maailmanlaajuisten energiamarkkinoiden vaihteluiden vuoksi. Esimerkiksi hiilivoimalaitoksen polttoainekustannukset voivat nousta tietyn prosenttiosuuden vuosittain, koska hiilen hinnat riippuvat tarjonnan ja kysynnän dynamiikasta, kaivoskustannuksista ja kuljetuskustannuksista. Francis-turbiinikäyttöisessä vesivoimalaitoksessa veden, joka on turbiinin "polttoaine", hinta on käytännössä ilmainen, lukuun ottamatta vesivarojen hallintaan ja mahdollisiin vesioikeusmaksuihin liittyviä kustannuksia, jotka ovat yleensä paljon alhaisemmat kuin lämpövoimalaitosten polttoainekustannukset.
2. Kokonaiskustannusten alentaminen sähköntuotannossa tehokkaan toiminnan ja vähäisen huollon avulla
Tehokas käyttö: Francis-turbiinin tehokas energianmuunnoskyky edistää suoraan kustannusten alenemista. Tehokkaampi turbiini voi tuottaa enemmän sähköä samasta vesimäärästä. Esimerkiksi jos Francis-turbiinin hyötysuhde on 90 % veden energian muuntamisessa mekaaniseksi energiaksi (joka sitten muunnetaan sähköenergiaksi), verrattuna vähemmän tehokkaaseen turbiiniin, jonka hyötysuhde on 80 %, tietyllä veden virtauksella ja paineella 90 %:n hyötysuhteella varustettu Francis-turbiini tuottaa 12,5 % enemmän sähköä. Tämä lisääntynyt teho tarkoittaa, että voimalaitoksen toimintaan liittyvät kiinteät kustannukset, kuten infrastruktuuri-, hallinto- ja henkilöstökustannukset, jakautuvat suuremmalle sähköntuotantomäärälle. Tämän seurauksena sähkön yksikkökustannukset (tasapainotetut sähkökustannukset, LCOE) pienenevät.
Vähäinen huoltotarve: Francis-turbiinin vähäinen huoltotarve on myös ratkaiseva tekijä kustannustehokkuuden kannalta. Vähemmän liikkuvien osien ja kestävien materiaalien käytön ansiosta merkittäviä huoltotöitä ja komponenttien vaihtoja tarvitaan harvoin. Säännölliset huoltotehtävät, kuten voitelu ja tarkastukset, ovat suhteellisen edullisia. Sitä vastoin jotkut muut turbiinityypit tai sähköntuotantolaitteet saattavat vaatia useammin ja kalliimpaa huoltoa. Esimerkiksi tuuliturbiini, vaikka se on uusiutuva energialähde, sisältää komponentteja, kuten vaihteiston, jotka ovat alttiita kulumiselle ja saattavat vaatia kalliita huoltoja tai vaihtoja muutaman vuoden välein. Francis-turbiinipohjaisessa vesivoimalaitoksessa pitkät huoltovälit tarkoittavat, että turbiinin käyttöiän aikana kokonaisuudessaan kertyneet huoltokustannukset ovat huomattavasti pienemmät. Tämä yhdistettynä sen pitkään käyttöikään vähentää entisestään sähköntuotannon kokonaiskustannuksia ajan myötä, mikä tekee Francis-turbiinista kustannustehokkaan vaihtoehdon pitkäaikaiseen sähköntuotantoon.
Ympäristöystävällisyys
Francis-turbiiniin perustuva vesivoiman tuotanto tarjoaa merkittäviä ympäristöetuja verrattuna moniin muihin sähköntuotantomenetelmiin, mikä tekee siitä ratkaisevan tärkeän osan siirtymistä kohti kestävämpää energiatulevaisuutta.
1. Vähentyneet hiilidioksidipäästöt
Yksi Francis-turbiinien merkittävimmistä ympäristöhyödyistä on niiden pieni hiilijalanjälki. Toisin kuin fossiilisiin polttoaineisiin perustuva sähköntuotanto, kuten hiili- ja kaasuvoimalaitokset, Francis-turbiineja käyttävät vesivoimalaitokset eivät polta fossiilisia polttoaineita käytön aikana. Hiilivoimalaitokset ovat merkittäviä hiilidioksidin (CO) päästäjiä, ja tyypillinen suuri hiilivoimalaitos päästää miljoonia tonneja CO₂-päästöjä vuodessa. Esimerkiksi 500 MW:n hiilivoimalaitos voi päästää noin 3 miljoonaa tonnia CO₂-päästöjä vuodessa. Vertailun vuoksi vastaavan kapasiteetin vesivoimalaitos, joka on varustettu Francis-turbiineilla, ei tuota käytännössä lainkaan suoria CO₂-päästöjä käytön aikana. Tämä Francis-turbiinikäyttöisten vesivoimalaitosten nollapäästöominaisuus on tärkeässä roolissa maailmanlaajuisissa pyrkimyksissä vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja hillitä ilmastonmuutosta. Korvaamalla fossiilisiin polttoaineisiin perustuvan sähköntuotannon vesivoimalla maat voivat merkittävästi edistää hiilidioksidipäästöjensä vähentämistavoitteiden saavuttamista. Esimerkiksi Norjan kaltaisilla mailla, jotka ovat vahvasti riippuvaisia vesivoimasta (ja Francis-turbiineja käytetään laajalti), on suhteellisen alhaiset hiilidioksidipäästöt henkeä kohti verrattuna maihin, jotka ovat riippuvaisempia fossiilisiin polttoaineisiin perustuvista energialähteistä.
2. Alhaiset ilmansaastepäästöt
Hiilidioksidipäästöjen lisäksi fossiilisia polttoaineita käyttävät voimalaitokset päästävät ilmaan myös erilaisia ilmansaasteita, kuten rikkidioksidia (\(SO_2\)), typen oksideja (\(NO_x\)) ja hiukkasia. Näillä epäpuhtauksilla on vakavia kielteisiä vaikutuksia ilmanlaatuun ja ihmisten terveyteen. \(SO_2\) voi aiheuttaa happosateita, jotka vahingoittavat metsiä, järviä ja rakennuksia. \(NO_x\) edistää savusumun muodostumista ja voi aiheuttaa hengitystieongelmia. Hiukkaset, erityisesti hienot hiukkaset (PM2.5), liittyvät useisiin terveysongelmiin, kuten sydän- ja keuhkosairauksiin.
Francis-turbiinipohjaiset vesivoimalaitokset eivät puolestaan päästä näitä haitallisia ilmansaasteita käytön aikana. Tämä tarkoittaa, että vesivoimaloita käyttävät alueet voivat nauttia puhtaammasta ilmasta, mikä johtaa parempaan kansanterveyteen. Alueilla, joilla vesivoima on korvannut merkittävän osan fossiilisiin polttoaineisiin perustuvasta sähköntuotannosta, ilmanlaadussa on tapahtunut huomattavia parannuksia. Esimerkiksi joillakin Kiinan alueilla, joilla on kehitetty suuria Francis-turbiineilla varustettuja vesivoimahankkeita, ilman \(SO_2\)-, \(NO_x\)- ja hiukkaspäästöjen pitoisuudet ovat laskeneet, mikä on johtanut hengityselinsairauksien ja sydän- ja verisuonitautien vähenemiseen paikallisen väestön keskuudessa.
3. Minimaalinen vaikutus ekosysteemiin
Oikein suunniteltuina ja hallinnoituina Francis-turbiinipohjaisilla vesivoimalaitoksilla voi olla suhteellisen pieni vaikutus ympäröivään ekosysteemiin verrattuna joihinkin muihin energiankehityshankkeisiin.
Kalojen kulkuväylät: Monet nykyaikaiset Francis-turbiineilla varustetut vesivoimalaitokset on suunniteltu kalojen kulkuväylillä. Nämä laitteet, kuten kalatikut ja kalasiilit, on rakennettu auttamaan kaloja vaeltamaan ylä- ja alavirtaan. Esimerkiksi Columbia-joella Pohjois-Amerikassa vesivoimalaitokset ovat asentaneet kehittyneitä kalojen kulkuväyliä. Nämä järjestelmät mahdollistavat lohen ja muiden vaeltajien kalojen ohittamisen patojen ja turbiinien kautta, jolloin ne pääsevät kutualueilleen. Näiden kalojen kulkuväylien suunnittelussa otetaan huomioon eri kalalajien käyttäytyminen ja uintikyky, mikä varmistaa, että vaeltajien kalojen selviytymisaste maksimoidaan.
Vesi – laadun ylläpito: Francis-turbiinien käyttö ei tyypillisesti aiheuta merkittäviä muutoksia veden laatuun. Toisin kuin jotkut teolliset toiminnot tai tietyntyyppiset energiantuotannot, jotka voivat saastuttaa vesilähteitä, Francis-turbiineja käyttävät vesivoimalaitokset yleensä ylläpitävät veden luonnollista laatua. Turbiinien läpi kulkeva vesi ei muutu kemiallisesti, ja lämpötilan muutokset ovat yleensä minimaalisia. Tämä on tärkeää vesiekosysteemien terveyden ylläpitämiseksi, sillä monet vesieliöt ovat herkkiä veden laadun ja lämpötilan muutoksille. Joissa, joissa sijaitsee Francis-turbiineilla varustettuja vesivoimalaitoksia, veden laatu pysyy sopivana monimuotoiselle vesieliöstölle, kuten kaloille, selkärangattomille ja kasveille.
Julkaisuaika: 21. helmikuuta 2025
