Lester Pelton vynašiel typ voľne prúdiacej vodnej turbíny nazývanej Peltonovo koleso alebo Peltonova turbína. Táto turbína sa používa na výroba elektrickej energie z vodnej elektrárne. Ide o jednu z pôvodných zelených technológií, nahradzujúcich uhlie či drevo silou padajúcej vody.
Lester Pelton a Peltonova turbína vodného kolesa
Lester Pelton sa narodil v roku 1829 vo Vermillion, Ohio. V roku 1850 emigroval do Kalifornie počas r zlatá horúčka. Pelton sa živil ako tesár a mlynár.
V tom čase bol veľký dopyt po nových zdrojoch energie na prevádzku strojov a mlynov potrebných pre expandujúce zlaté bane. Mnohé bane záviseli od parných strojov, ale tie si vyžadovali vyčerpateľné zásoby dreva alebo uhlia. Výdatná bola vodná sila z rýchlo tečúcich horských potokov a vodopádov.
Vodné kolesá ktorý sa používal na pohon mlynov, fungoval najlepšie na väčších riekach a nefungoval dobre v rýchlejšie sa pohybujúcich a menej objemných horských potokoch a vodopádoch. To, čo fungovalo, boli novšie vodné turbíny, ktoré používali skôr kolesá s pohármi ako ploché panely. Prelomovým dizajnom vodných turbín bolo vysoko efektívne Peltonovo koleso.
W. F. Durand zo Stanfordskej univerzity napísal v roku 1939, že Pelton urobil svoj objav, keď pozoroval a nesprávne nastavená vodná turbína, kde prúd vody narážal na misky v blízkosti okraja a nie v strede šálka. Turbína sa pohybovala rýchlejšie. Pelton to zakomponoval do svojho dizajnu s klinovitým predelom v strede dvojitého pohára, ktorý rozdeľoval prúd. Teraz voda vystrekovaná z oboch polovíc rozdelených pohárov pôsobí tak, že koleso poháňa rýchlejšie. Svoje návrhy testoval v rokoch 1877 a 1878, získanie patentu v roku 1880.
V roku 1883 vyhrala Peltonova turbína súťaž o najefektívnejšiu turbínu vodného kolesa, ktorú organizovala Idaho Mining Company z Grass Valley v Kalifornii. Peltonova turbína preukázala účinnosť 90,2 % a turbína jeho najbližšieho konkurenta len 76,5 %. V roku 1888 založil Lester Pelton spoločnosť Pelton Water Wheel Company v San Franciscu a začal hromadne vyrábať svoju novú vodnú turbínu.
Turbína s vodným kolesom Pelton stanovila štandard, kým Eric Crewdson v roku 1920 nevynašiel impulzné koleso Turgo. Impulzné koleso Turgo však bolo vylepšenou konštrukciou založenou na Peltonovej turbíne. Turgo bolo menšie ako Pelton a jeho výroba bola lacnejšia. Dva ďalšie dôležité hydroenergetické systémy zahŕňajú Tysonovu turbínu a Bankiho turbínu (nazývanú aj Michellova turbína).
Peltonove kolesá sa používali na poskytovanie elektrickej energie vo vodných elektrárňach po celom svete. Jeden v Nevada City mal výkon 18 000 konských síl elektriny po dobu 60 rokov. Najväčšie jednotky dokážu vyprodukovať cez 400 megawattov.
Vodná elektrina
Vodná energia premieňa energiu prúdiacej vody na elektrinu alebo vodnú elektrinu. Množstvo vyrobenej elektriny je určené objemom vody a množstvom „hlavy“ (výška od turbín v elektrárni k vodnej hladine) vytvorenej priehradou. Čím väčší prietok a spád, tým viac elektriny sa vyrobí.
Mechanická sila padajúcej vody je odveký nástroj. Zo všetkých obnoviteľné zdroje energie ktoré vyrábajú elektrickú energiu, najčastejšie sa využíva vodná energia. Je to jeden z najstarších zdrojov energie a pred tisíckami rokov sa používal na otáčanie lopatkového kolesa na účely, ako je mletie obilia. V roku 1700 sa mechanická vodná energia vo veľkej miere využívala na mletie a čerpanie.
K prvému priemyselnému použitiu vodnej energie na výrobu elektriny došlo v roku 1880, keď bolo 16 lámp s kefovým oblúkom napájaných pomocou vodnej turbíny vo Wolverine Chair Factory v Grand Rapids, Michigan. Prvá americká vodná elektráreň bola otvorená na rieke Fox neďaleko Appleton, Wisconsin, 30. septembra 1882. Dovtedy bolo uhlie jediným palivom používaným na výrobu elektriny. Prvé vodné elektrárne boli stanice s jednosmerným prúdom postavené na napájanie oblúkového a žiarovkového osvetlenia v období približne od roku 1880 do roku 1895.
Pretože zdrojom vodnej energie je voda, vodné elektrárne musia byť umiestnené na vodnom zdroji. Preto to nebolo až do technológie na prenos elektriny na veľké vzdialenosti sa vyvinula vodná energia. Začiatkom 20. storočia tvorila vodná energia viac ako 40 percent dodávok elektriny v Spojených štátoch.
V rokoch 1895 až 1915 došlo k rýchlym zmenám v dizajne vodných elektrární a postaveniu širokej škály rastlinných štýlov. Dizajn vodnej elektrárne sa po tom stal pomerne dobre štandardizovaným prvá svetová vojna pričom najväčší rozvoj v 20. a 30. rokoch 20. storočia sa týkal tepelných zariadení a prenosu a distribúcie.