Lester Pelton wynalazł rodzaj turbiny ze swobodnym strumieniem, zwanej kołem Peltona lub turbiną Peltona. Ta turbina jest używana do wytwarzanie energii wodnej,. Jest to jedna z oryginalnych zielonych technologii, zastępująca węgiel czy drewno mocą spadającej wody.
Lester Pelton i turbina koła wodnego Peltona
Lester Pelton urodził się w 1829 roku w Vermillion w stanie Ohio. W 1850 wyemigrował do Kalifornii w czasie gorączka złota. Pelton zarabiał na życie jako stolarz i młynarz.
W tym czasie istniało duże zapotrzebowanie na nowe źródła zasilania do obsługi maszyn i młynów niezbędnych do rozbudowy kopalni złota. Wiele kopalń polegało na silnikach parowych, ale te wymagały niewyczerpalnych dostaw drewna lub węgla. To, co było pod dostatkiem, to energia wodna z szybko płynących górskich potoków i wodospadów.
Koła wodne który był używany do zasilania młynów mącznych, działał najlepiej na większych rzekach i nie działał dobrze w szybciej poruszających się i mniej obszernych górskich potokach i wodospadach. To, co zadziałało, to nowsze turbiny wodne, które wykorzystywały koła z miseczkami zamiast płaskich paneli. Przełomowym projektem turbin wodnych było bardzo wydajne koło Peltona.
W. F. Durand z Uniwersytetu Stanforda napisał w 1939 roku, że Pelton dokonał swojego odkrycia, gdy zaobserwował źle wyrównana turbina wodna, w której strumień wody uderza w kubki w pobliżu krawędzi, a nie w środku kubek. Turbina poruszała się szybciej. Pelton włączył to do swojego projektu, z przegrodą w kształcie klina pośrodku podwójnego kubka, rozdzielającą strumień. Teraz woda wyrzucana z obu połówek podzielonych kubków działa, aby szybciej napędzać koło. Swoje projekty testował w 1877 i 1878 roku, uzyskanie patentu w 1880 roku.
W 1883 roku turbina Peltona wygrała konkurs na najwydajniejszą turbinę koła wodnego organizowany przez Idaho Mining Company z Grass Valley w Kalifornii. Turbina Peltona okazała się sprawna 90,2%, a turbina jego najbliższego konkurenta miała sprawność tylko 76,5%. W 1888 r. Lester Pelton założył firmę Pelton Water Wheel Company w San Francisco i rozpoczął masową produkcję swojej nowej turbiny wodnej.
Turbina wirnika wodnego Peltona wyznaczała standardy, dopóki w 1920 r. Eric Crewdson nie wynalazł koła impulsowego Turgo. Jednak koło impulsowe Turgo było ulepszoną konstrukcją opartą na turbinie Peltona. Turgo był mniejszy od Peltona i tańszy w produkcji. Dwa inne ważne systemy hydroenergetyczne obejmują turbinę Tysona i turbinę Bankiego (zwaną również turbiną Michella).
Koła Peltona były wykorzystywane do dostarczania energii elektrycznej w elektrowniach wodnych na całym świecie. Jeden w Nevada City przez 60 lat wytwarzał 18000 koni mechanicznych energii elektrycznej. Największe jednostki mogą wyprodukować ponad 400 megawatów.
Elektryczność wodna
Energia wodna przekształca energię płynącej wody w energię elektryczną lub hydroelektryczność. Ilość wytworzonej energii elektrycznej zależy od objętości wody i wysokości „głowy” (wysokość od turbin w elektrowni do powierzchni wody) wytworzonej przez zaporę. Im większy przepływ i wysokość, tym więcej energii elektrycznej jest produkowane.
Mechaniczna siła spadającej wody to odwieczne narzędzie. Ze wszystkich odnawialne źródła energii które wytwarzają energię elektryczną, najczęściej wykorzystywana jest energia wodna. Jest to jedno z najstarszych źródeł energii i było używane tysiące lat temu do obracania koła łopatkowego do celów takich jak mielenie ziarna. W XVIII wieku mechaniczna energia wodna była szeroko wykorzystywana do mielenia i pompowania.
Pierwsze przemysłowe zastosowanie energii wodnej do wytwarzania energii elektrycznej miało miejsce w 1880 r., kiedy 16 lamp z łukiem szczotkowym było zasilanych za pomocą turbiny wodnej w fabryce krzeseł Wolverine w Grand Rapids w stanie Michigan. Pierwsza amerykańska elektrownia wodna została otwarta na rzece Fox w pobliżu Appleton w stanie Wisconsin 30 września 1882 r. Do tego czasu węgiel był jedynym paliwem używanym do produkcji energii elektrycznej. Wczesne elektrownie wodne były stacjami prądu stałego zbudowanymi do zasilania oświetlenia łukowego i żarowego w okresie od około 1880 do 1895 roku.
Ponieważ źródłem energii wodnej jest woda, elektrownie wodne muszą być zlokalizowane na źródle wody. Dlatego dopiero po technologia przesyłania energii elektrycznej na długich dystansach, że energia wodna stała się powszechnie stosowana. Na początku XX wieku energia wodna stanowiła ponad 40 procent dostaw energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych.
W latach 1895-1915 nastąpiły gwałtowne zmiany w projektowaniu hydroelektrowni i budowano wiele różnych stylów instalacji. Projekt elektrowni wodnej stał się dość dobrze ujednolicony po Pierwsza Wojna Swiatowa przy czym największy rozwój w latach 20. i 30. był związany z ciepłowniami oraz przesyłem i dystrybucją.