Turbina Deriaza – Zasada Działania i Zastosowanie

Innowacyjne rozwiązania w energetyce wodnej nieustannie ewoluują, a turbina Deriaza stanowi przykład zaawansowanej technologii, która łączy funkcje generowania i magazynowania energii. Poznaj zasady jej działania oraz praktyczne zastosowania w nowoczesnych elektrowniach.

Czym jest turbina Deriaza?

Turbina Deriaza to specjalistyczne urządzenie wykorzystywane w elektrowniach szczytowo-pompowych, które może pracować w dwóch trybach: turbinowym (generującym energię) oraz pompowym (magazynującym energię). Wyróżnia się konstrukcją wirnika z łopatkami obracającymi się wokół czopów w piaście, gdzie osie czopów są ustawione ukośnie względem osi wirnika.

W siłowniach wodnych pompowych turbiny Deriaza wykazują szczególną skuteczność podczas pracy pompowej. Możliwość regulacji łopatek w trakcie działania zapewnia adaptację do różnych warunków przepływu wody, co czyni je istotnym elementem współczesnych systemów magazynowania energii.

Historia i rozwój turbin wodnych

Początki turbin wodnych sięgają starożytności, gdy proste koła wodne służyły do mielenia zboża i pompowania wody. Przełom nastąpił w XIX wieku wraz z projektami inżynierów: Benoit Fourneyron, James B. Francis oraz Lester Allan Pelton.

Turbina Deriaza pojawiła się w latach 50. XX wieku jako dzieło szwajcarskiego inżyniera Paula Deriaza. Powstała w odpowiedzi na potrzeby systemów szczytowo-pompowych, łącząc zalety turbin diagonalnych z efektywną pracą pompową. Od tego czasu konstrukcja przeszła szereg modyfikacji, zwiększających jej wydajność.

Zasada działania turbiny Deriaza

• Tryb turbinowy – woda przepływa przez spiralę do wirnika, następnie przez rurę ssawną, przekształcając energię wody w mechaniczną
• Tryb pompowy – odwrócony kierunek przepływu wody, z wykorzystaniem regulowanych łopatek
• System regulacji – precyzyjne sterowanie położeniem łopatek za pomocą mechanizmu hydraulicznego
• Silniko-prądnica – pracuje jako generator w trybie turbinowym lub silnik w trybie pompowym

Budowa turbiny Deriaza

Konstrukcja turbiny Deriaza opiera się na wirniku z regulowanymi łopatkami, zamontowanymi na czopach w piaście. Charakterystyczne ukośne ustawienie osi czopów względem osi wirnika zapewnia optymalne parametry pracy.

Urządzenie montowane jest w metalowych komorach, które chronią mechanizm. System przepływu wody obejmuje spiralę turbiny oraz rurę ssącą, umożliwiające pracę w obu trybach – turbinowym i pompowym.

Kluczowe komponenty turbiny Deriaza

• Wirnik z regulowanymi łopatkami na czopach
• Spirala turbiny do równomiernego doprowadzania wody
• Rura ssąca odpowiedzialna za odprowadzanie wody
• Kierownica z regulowanymi łopatkami
• System synchronizacji łopatek kierownicy i wirnika

Rola hydraulicznego regulatora

Hydrauliczny regulator zarządza pracą turbiny poprzez wirnik siłownika olejowego, sterowany przez regulator prędkości. System umożliwia natychmiastową reakcję na zmiany w przepływie wody lub obciążeniu.

Mechanizm regulacyjny koordynuje pracę łopatek kierownicy i wirnika, umożliwiając płynne przejście między trybami pracy bez zmiany kierunku obrotów wirnika. Ta precyzyjna kontrola zapewnia stabilność i efektywność działania, szczególnie w elektrowniach szczytowo-pompowych.

Zastosowanie turbiny Deriaza

Turbiny Deriaza stanowią podstawowy element siłowni wodnych pompowych, gdzie wykazują wyjątkową efektywność operacyjną. Ich najważniejszą cechą jest zdolność do pracy w trybie odwracalnym – mogą funkcjonować zarówno jako turbiny wytwarzające energię, jak i pompy magazynujące jej nadwyżki. Ta dwufunkcyjność sprawia, że są idealnym rozwiązaniem dla elektrowni szczytowo-pompowych, bilansujących systemy energetyczne.

W elektrowniach szczytowo-pompowych turbina Deriaza realizuje proces magazynowania energii poprzez pompowanie wody do górnego zbiornika w okresach niskiego zapotrzebowania na prąd (najczęściej nocą). Gdy zapotrzebowanie wzrasta, zgromadzona woda służy do produkcji energii. Wysoka sprawność turbin Deriaza minimalizuje straty energii, co przekłada się na ekonomiczną opłacalność całego systemu.

Porównanie z innymi turbinami wodnymi

Przykłady zastosowań w praktyce

• Elektrownia Ludington (Michigan, USA) – wykorzystuje turbiny Deriaza do bilansowania sieci energetycznej, współpracując z pobliskimi elektrowniami jądrowymi i węglowymi
• Elektrownia Goldisthal (Niemcy) – jedna z największych elektrowni szczytowo-pompowych w Europie, gdzie turbiny Deriaza wspierają integrację odnawialnych źródeł energii
• Magazynowanie nadwyżek energii z farm wiatrowych i słonecznych w okresach wysokiej produkcji
• Stabilizacja sieci elektroenergetycznej w okresach niskiej produkcji ze źródeł odnawialnych
• Dostarczanie energii w godzinach szczytowego zapotrzebowania