หลักการและขอบเขตการใช้กังหันน้ำ

กังหันน้ำเป็นเครื่องจักรเทอร์โบในเครื่องจักรของไหลเร็วที่สุดเท่าที่ประมาณ 100 ปีก่อนคริสตกาล ต้นแบบของกังหันน้ำ กังหันน้ำถือกำเนิดขึ้นในขณะนั้นหน้าที่หลักคือการขับเคลื่อนเครื่องจักรสำหรับการแปรรูปเมล็ดพืชและการชลประทานกังหันน้ำเป็นอุปกรณ์กลไกที่ใช้การไหลของน้ำเป็นพลังงาน ได้พัฒนาเป็นกังหันน้ำในปัจจุบัน และขยายขอบเขตการใช้งานด้วยกังหันน้ำสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ที่ไหน?
กังหันส่วนใหญ่จะใช้ในสถานีเก็บพลังงานแบบสูบน้ำเมื่อโหลดของระบบไฟฟ้าต่ำกว่าโหลดพื้นฐาน สามารถใช้เป็นเครื่องสูบน้ำเพื่อใช้กำลังการผลิตไฟฟ้าส่วนเกินเพื่อสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำปลายน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำต้นน้ำเพื่อเก็บพลังงานในรูปของพลังงานศักย์เมื่อโหลดระบบสูงกว่าโหลดพื้นฐาน สามารถใช้เป็นกังหันไฮโดรลิก สร้างกระแสไฟฟ้าเพื่อควบคุมโหลดสูงสุดดังนั้นสถานีพลังงานจัดเก็บแบบสูบบริสุทธิ์ไม่สามารถเพิ่มพลังของระบบไฟฟ้าได้ แต่สามารถปรับปรุงเศรษฐกิจในการดำเนินงานของหน่วยผลิตพลังงานความร้อนและปรับปรุงประสิทธิภาพโดยรวมของระบบไฟฟ้าตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมา หน่วยจัดเก็บแบบสูบน้ำได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางและพัฒนาอย่างรวดเร็วในหลายประเทศทั่วโลก

หน่วยจัดเก็บแบบสูบน้ำส่วนใหญ่ที่พัฒนาขึ้นในระยะแรกหรือแบบที่มีหัวจ่ายน้ำสูงใช้ประเภทเครื่องสามเครื่อง กล่าวคือ ประกอบด้วยมอเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กังหันน้ำ และปั๊มน้ำแบบอนุกรมข้อดีของมันคือเทอร์ไบน์และปั๊มน้ำได้รับการออกแบบแยกกันซึ่งแต่ละตัวสามารถมีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและหน่วยหมุนไปในทิศทางเดียวกันเมื่อสร้างไฟฟ้าและสูบน้ำและสามารถแปลงจากการผลิตไฟฟ้าเป็นการสูบน้ำหรือจากการสูบน้ำเป็น การผลิตกระแสไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน สามารถใช้เทอร์ไบน์เพื่อสตาร์ทเครื่องได้ข้อเสียของมันคือต้นทุนสูงและการลงทุนในโรงไฟฟ้ามีขนาดใหญ่
ใบพัดของนักวิ่งของกังหันปั๊มไหลเฉียงสามารถหมุนได้ และยังคงมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีเมื่อหัวน้ำและโหลดเปลี่ยนอย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อจำกัดของลักษณะไฮดรอลิกและความแข็งแรงของวัสดุ ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 หัวสุทธิของมันมีความสูงเพียง 136.2 เมตร(สถานีไฟฟ้าแห่งแรกของทะคะเก็นของญี่ปุ่น).สำหรับหัวที่สูงกว่า ต้องใช้กังหันปั๊มฟรานซิส
สถานีพลังงานจัดเก็บแบบสูบน้ำมีอ่างเก็บน้ำบนและล่างภายใต้สภาวะการเก็บพลังงานเท่าเดิม การเพิ่มลิฟต์ สามารถลดความจุในการจัดเก็บ เพิ่มความเร็วของยูนิต และลดต้นทุนโครงการได้ดังนั้นโรงไฟฟ้าเก็บพลังงานหัวสูงที่สูงกว่า 300 เมตรจึงพัฒนาอย่างรวดเร็วกังหันปั๊มฟรานซิสที่มีหัวน้ำที่สูงที่สุดในโลกได้รับการติดตั้งในโรงไฟฟ้า Baina Basta ในยูโกสลาเวียปีที่ดำเนินการตั้งแต่ศตวรรษที่ 20 หน่วยไฟฟ้าพลังน้ำได้รับการพัฒนาในทิศทางของพารามิเตอร์สูงและกำลังการผลิตขนาดใหญ่ด้วยการเพิ่มความจุพลังงานความร้อนในระบบไฟฟ้าและการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์เพื่อแก้ปัญหาการควบคุมจุดสูงสุดที่สมเหตุสมผลนอกเหนือจากการพัฒนาหรือขยายโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ในระบบน้ำหลักประเทศต่างๆ ทั่วโลกอย่างจริงจัง กำลังสร้างสถานีสูบน้ำเก็บพลังงานอย่างแข็งขัน ส่งผลให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็วของกังหันปั๊ม

ในฐานะที่เป็นเครื่องจักรพลังงานที่แปลงพลังงานของการไหลของน้ำให้เป็นพลังงานกลแบบหมุน กังหันพลังน้ำเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ของชุดเครื่องกำเนิดพลังน้ำทุกวันนี้ ปัญหาการรักษาสิ่งแวดล้อมเริ่มทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ การประยุกต์ใช้และส่งเสริมไฟฟ้าพลังน้ำซึ่งใช้พลังงานสะอาดก็เพิ่มมากขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่จากทรัพยากรไฮดรอลิกต่างๆ กระแสน้ำ แม่น้ำที่ราบที่มีหยดน้ำต่ำมาก และแม้แต่คลื่นก็ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเช่นกัน ส่งผลให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็วของกังหันกังหันและหน่วยขนาดเล็กอื่นๆ