水力発電で使用されるタービンの種類は？

水力発電タービンには、反動タービンと衝動タービンの2つの主な種類があります。

水力発電プロジェクトに選択されるタービンの種類は、水位の高さ（「水頭」と呼ばれる）と、その場所での流量（時間あたりの水の量）に基づいています。その他の決定要因には、タービンの設置深度、タービンの効率、コストが含まれます。

ここでは、今日世界で最も一般的に使用されているタービンの一部を紹介します。

• 反動タービン

反動タービンは、圧力と水の動きの複合的な力によって発電します。ランナーは水流の中に直接配置され、水は個々の羽根に当たるのではなく、羽根の上を流れます。反動タービンは、一般的に水頭が低く流量が多い場所で使用され、現在水力発電プロジェクトで最も一般的なタイプです。

最も一般的な反動タービンのタイプは、プロペラ（カプランを含む）とフランシスです。キネティックタービンも反動タービンの1種です。

プロペラタービン：プロペラタービンは、一般的に3枚から6枚の羽根を持つランナーを備えています。水は常にすべての羽根に接触します。パイプの中を流れるボートのプロペラを想像してください。パイプ内では圧力が一定です。もしそうでなければ、ランナーはバランスを崩してしまいます。羽根のピッチは固定または調整可能にすることができます。ランナー以外の主要なコンポーネントは、スパイラルケース、ガイドベーン、ドラフトチューブです。プロペラタービンにはいくつかの異なるタイプがあります。

バルブタービン：タービンと発電機は、水流の中に直接配置された密閉ユニットです。

カプランタービン：羽根とガイドベーンの両方が調整可能で、より広い範囲の運転が可能です。

フランシスータービン： フランシスータービンは最初の近代的な水力発電タービンであり、1849年にイギリス系アメリカ人のエンジニアであるジェームズ・フランシスによって発明されました。フランシスータービンは、通常9枚以上の固定された羽根を持つランナーを備えています。水はランナーのすぐ上、そしてその周囲に導入され、そこから落下して羽根を回転させます。ランナー以外では、スパイラルケース、ガイドベーン、ドラフトチューブが主要なコンポーネントです。フランシスータービンは、一般的に中〜高水頭（130〜2,000フィート）の状況で使用されますが、低水頭でも使用されています。フランシスータービンは、水平および垂直の両方の向きでうまく機能します。

• 衝動タービン

衝動タービンは、一般的に水の速度を利用してランナーを動かし、大気圧で排出します。水の流れがランナーの各バケットに当たります。タービンの下側に吸引がないため、水はランナーに当たった後、タービンハウジングの下部から流れ出ます。衝動タービンは、一般的に高水頭、低流量の用途に適しています。衝動タービンの主なタイプは、ペルトンとクロスフロータービンです。

ペルトンタービン：ペルトンタービンは、1870年代にアメリカの発明家レスター・アラン・ペルトンによって発明されました。ペルトンホイールは、1つ以上の自由ジェットが空気の空間に水を放出し、ランナーのバケットに衝突します。ペルトンタービンは、一般的に非常に高い水頭と低い流量で使用されます。ランナーは大気圧で運転できるように最大テールウォーターよりも上に配置する必要があるため、衝動タービンにはドラフトチューブは必要ありません。

ターゴタービン：衝動タービンの一種であり、水頭50m〜250m、フランシスータービンとペルトンタービンの間の用途に適しています。
特徴は、ノズルのジェットの中心線とランナーの回転面との間に22.5度の角度が形成されていることです。水圧管からの水は、ノズルを通して高速ジェットに変換されます。水はランナーの一方の側面に斜めに向けられ、反対側から排出されます。水流の動的な力により、ランナーは急速に回転します。

クロスフロータービン：オリジナルのクロスフロータービンは、1900年代初頭にオーストリアのエンジニアであるアンソニー・ミッチェルによって設計されました。その後、ハンガリーのエンジニアであるドナート・バンキが改良し、ドイツのエンジニアであるフリッツ・オッスベルガーによってさらに改良されました。クロスフロータービンはドラム型で、円筒形のランナーの湾曲した羽根に向けられた細長い長方形のノズルを使用します。これは「リスケージ」ブロワーに似ています。クロスフロータービンは、水が羽根を2回通過することを可能にします。最初の通過では、水は羽根の外側から内側へ流れます。2回目の通過は内側から外側へ戻ります。タービン入口のガイドベーンは、ランナーの限られた部分に流れを向けます。クロスフロータービンは、ペルトンでは対応できないより大きな流量と低い水頭に対応するために開発されました。