Yleisimmät käytössä olevat vesiturbiinityypit, niiden tekniset ominaisuudet ja viimeaikainen kehitys
Poikkimäki, Taneli (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052353440
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025052353440
Tiivistelmä
Vesivoima on tärkeä osa Suomen energiajärjestelmää ja sen osuus Suomen sähköntuotannosta vuonna 2024 oli 17.8 %. Sen rooli energiajärjestelmässä on toimia sekä perus- että säätövoimana. Tämän kandidaatin tutkielman tarkoituksena ja tavoitteena on selvittää kolmen yleisimmän vesiturbiinityypin, Kaplan-, Francis- ja Pelton-turbiinin, teknisiä ominaisuuksia ja viimeaikaista kehitystä.
Tutkielmassa perehdytään pääasiassa näiden turbiinityyppien rakenteeseen, käyttökohteisiin, energian muuntoon, hyötysuhteeseen, tehon säätöön sekä viimeaikaiseen kehitykseen. Tämän lisäksi tarkastellaan kunkin turbiinityypin etuja ja haittoja sekä vertaillaan niiden ominaisuuksia toimiinsa.
Työssä havaittiin, että Kaplan- ja Francis-turbiinit ovat reaktioturbiineja, joiden hyötysuhteet ovat parhaimmillaan yli 90 %. Pelton-turbiini on impulssiturbiini, jonka hyötysuhde voi olla jopa 90 %. Tutkielmassa havaittiin myös se, että vesiturbiinien kehitys nykypäivänä keskittyy niiden ympäristöystävällisyyteen, käyttöiän pidentämiseen tai käytettävyyden parantamiseen osakuormalla. Hydropower is an essential part of energy system in Finland. In 2024 its share of electricity production was 17.8 %. Its role in the energy system is to function both as baseload and regulating power source. The purpose and objective of this bachelor9s thesis are to examine the technical characteristics and recent developments of the three most common types of hydro turbines: Kaplan-, Francis- and Pelton-turbines.
This thesis primarily focuses on the structure, applications, energy conversion, efficiency, power control and recent advancements of these turbine types. Moreover, the advantages and disadvantages of each turbine type are reviewed, and their characteristics are compared with each other.
This thesis found that Kaplan- and Francis-turbines are reaction turbines with peak efficiency over 90 %. Pelton-turbine is an impulse turbine, which efficiency can achieve 90 %. In addition, it was found that the current development of hydro turbines focuses primarily on improving their environmental friendliness, extending their lifespan or enhancing their performance under partial load conditions.
Tutkielmassa perehdytään pääasiassa näiden turbiinityyppien rakenteeseen, käyttökohteisiin, energian muuntoon, hyötysuhteeseen, tehon säätöön sekä viimeaikaiseen kehitykseen. Tämän lisäksi tarkastellaan kunkin turbiinityypin etuja ja haittoja sekä vertaillaan niiden ominaisuuksia toimiinsa.
Työssä havaittiin, että Kaplan- ja Francis-turbiinit ovat reaktioturbiineja, joiden hyötysuhteet ovat parhaimmillaan yli 90 %. Pelton-turbiini on impulssiturbiini, jonka hyötysuhde voi olla jopa 90 %. Tutkielmassa havaittiin myös se, että vesiturbiinien kehitys nykypäivänä keskittyy niiden ympäristöystävällisyyteen, käyttöiän pidentämiseen tai käytettävyyden parantamiseen osakuormalla.
This thesis primarily focuses on the structure, applications, energy conversion, efficiency, power control and recent advancements of these turbine types. Moreover, the advantages and disadvantages of each turbine type are reviewed, and their characteristics are compared with each other.
This thesis found that Kaplan- and Francis-turbines are reaction turbines with peak efficiency over 90 %. Pelton-turbine is an impulse turbine, which efficiency can achieve 90 %. In addition, it was found that the current development of hydro turbines focuses primarily on improving their environmental friendliness, extending their lifespan or enhancing their performance under partial load conditions.