is de energie, die door vallend water wordt opgewekt, waarna de opgevangen energie in de vorm van een draaimoment om een as wordt afgegeven.
Als per sec. een hoeveelheid water van Qm2 van een hoogte van H m valt, bezit dit water aan het einde van de val een arbeidsvermogen van 1000.Q.H/75 paardekracht. Een gedeelte van dit vermogen gaat verloren aan wrijvings- en lekverliezen, maar deze verliezen behoeven niet groot te zijn en bedragen bij de moderne werktuigen niet meer dan 10 pct.
Daar het vermogen wordt bepaald door het product Q.H maakt het geen verschil of het wordt gevormd door een kleine hoeveelheid water, die van een grote hoogte valt of door een grote hoeveelheid water, die van geringe hoogte valt, in beide gevallen komt evenveel energie beschikbaar, maar de constructieve uitvoeringen van de installaties in hun geheel en van de werktuigen in het bijzonder zullen in deze twee gevallen geheel verschillende gedaanten verkrijgen.
Van oudsher heeft men kleine watervallen in beken en rivieren kunnen benutten met kleine houten waterraderen, waarmede maalstenen, zagen, hamers en andere gereedschappen konden worden aangedreven. Verschillende industriegebieden langs kleine rivieren als de Ruhr en de Wupper, danken hieraan hun bestaan.
In het midden van de 19de eeuw, toen de werktuigbouwkunde na de komst van de stoommachine in volle ontwikkeling was, is men begonnen met het bouwen van waterturbines, waarmede grotere watervallen zouden kunnen worden ontgonnen. Toen daarna de electrotechniek de inrichtingen voor het voortbrengen en overbrengen van electrische energie had uitgewerkt, openden zich nieuwe en grote mogelijkheden voor de waterkrachtinstallaties en van die tijd af is de ontwikkeling op dit uitgebreide gebied snel voortgeschreden.
Thans kunnen grote niveauverschillen worden geëxploiteerd, zoals bijv. de centrale Chandoline in het dal van de Dixence in Zwitserland, waar de valhoogte 1750 m bedraagt en maar weinig water nodig is om een groot vermogen te ontwikkelen. Onder in de pijpleiding heerst echter een druk van 175 atmosfeer, die hoge eisen stelt aan de constructie van de pijpleiding en van de turbine. Ook kunnen thans grote meren of kunstmatig verkregen waterbekkens worden benut met middelmatig grote valhoogten, van bijv. 30 m. Naarmate de valhoogte geringer wordt moeten grotere waterhoeveelheden worden beheerst. In het uiterste geval wordt een gehele rivier van een stuw voorzien, waarin de centrale met de machines wordt ondergebracht. Op sommige plaatsen in Noorwegen is een gehele centrale in de rotsen uitgehouwen en onder de grond gebouwd.
De waterkrachtenergie moet uiteraard ter plaatse in electrische energie worden omgezet en een afzetgebied vinden in bewoonde streken. Het transport van grote hoeveelheden electrische energie over lange afstanden treedt daardoor op de voorgrond.
Voor grote valhoogten worden bij voorkeur Pelton-turbines gebruikt, zij bestaan uit een rad, met een aantal half-eivormige bekers aan de omtrek. De bekers hebben twee komvormige holten naast elkaar, gescheiden door een rug. Het water spuit uit het mondstuk van de pijpleiding en is precies gericht op de rug tussen de twee kommen, zodat de waterstraal wordt gesplitst en naar weerszijden wegspuit. De constructie wordt aan grote krachten blootgesteld en is zeer robust. Een turbine met een rad van 2 m middellijn, voor een valhoogte van 400 m, levert bijv. een vermogen van 22 000 pk. De Pelton-turbines draaien meestal om een horizontale as en worden door één straal, soms door twee of drie stralen, bestraald.
De regeling geschiedt met een naald in de straalpijp, die de wand van de straal dunner kan maken en daardoor minder water naar het loopwiel doet stromen. Meestal is ook een inrichting aanwezig om de straal tijdelijk af te leiden, zodat deze het loopwiel niet raakt.
Francis-turbines worden gebruikt voor middelbare valhoogten omdat daarbij grote hoeveelheden water verwerkt moeten worden die niet meer in afzonderlijke stralen kunnen worden verdeeld. Het water moet dan langs de gehele omtrek van het rad worden toegevoerd waardoor het geheel een andere vorm krijgt, die door Francis is aangegeven. De turbine heeft verstelbare leidschoepen, in een krans rondom de loopschoepen van het loopwiel. De as wordt meestal verticaal geplaatst, de aangedreven generator kan dan boven de turbine op de as worden gemonteerd. De regeling geschiedt door de leidschoepen alle te gelijk te verdraaien, zodat de kanalen tussen de leidschoepen worden vergroot of verkleind.
De Kaplan-turbine, die in 1918 door Kaplan is uitgevonden, wordt toegepast als de valhoogte klein is en bijv. 10 m bedraagt; de kleinste waarde van de valhoogte is 4 m. De te verwerken waterhoeveelheid wordt dan echter zeer groot als een enigszins groot vermogen verkregen moet worden. Het rad heeft de vorm van een scheepsschroef met verstelbare bladen. De as hangt verticaal af in een cylindrische schacht, waarvan de middellijn iets groter is dan die van het rad.
Het water stroomt de schacht binnen door een krans van verticale, rechthoekige leidschoepen, die draaibaar zijn om hun verticale lengteas en zodanig in een wijde kring boven het rad zijn opgesteld, dat de watertoevoer naar het rad geregeld en afgesloten kan worden door de leidschoepen gelijktijdig om hun lengteas te draaien. Deze turbines hebben een dubbele regeling, zij lopen betrekkelijk langzaam, hebben grote afmetingen en er treden grote krachten in op daar zij buitengewoon grote hoeveelheden water moeten verwerken.
De hydro-electrische centrales van West-Europa hebben in het jaar 1950 gezamenlijk 90 milliard kWh electriciteit afgeleverd; dat is 25 pct van de energie, die de ontginbare waterkracht van WestEuropa zou kunnen opleveren. Daar de exploitatie van deze rijke energiebron niet gepaard gaat met interen van voorraden vaste of vloeibare brandstoffen is het van groot belang, dat de waterkrachtwerktuigen tot verdere ontwikkeling worden gebracht.
PROF. IR F. WESTENDORP
Lit.: R. Escher, Die Theorie der Wasserturbinen, 3de dr. herz. d. R. Dubs (Berlin 1921).
