水轮机技术的历史

由瑞士数学家进行的反作用力轮力学实验欧拉他的儿子阿尔伯特在18世纪50年代也在75年后得到了应用。1826年Jean-Victor彭色列的法国提出了内向流动的概念径向涡轮，直流式前体现代水轮机。这机有一个垂直的主轴和一个完全封闭的弯曲叶片的转轮。水呈放射状向内流入，在主轴下方向下排出。

1838年，美国的塞缪尔·b·豪德(Samuel B. Howd)为一台类似的机器申请了专利，随后制造了出来。豪德的设计得到了改进詹姆斯·b·弗朗西斯他增加了固定的导向叶片，并对叶片进行了造型，使水可以以正确的角度进入，而不会受到冲击。他的流道设计，后来被称为弗朗西斯涡轮(见上图)，仍然是最广泛使用的中高磁头。提出了改进的控制方法詹姆斯汤姆森他增加了耦合和旋转的弯曲导向叶片，以确保即使在部分负载下也能保持正确的流动方向。

1824年，法国人提出了一种径向向外流动的涡轮机工程教授克劳德·伯丁和他以前的学生Benoit Fourneyron．这个装置有一个垂直的轴，上面有一个带有弯曲叶片的流道，水几乎是切向流出的。固定的导向叶片，在相反的方向弯曲，安装在流道内的一个环空。不幸的是，这种设计很难支撑转轮，也很难从涡轮上取下动力轮．第一个成功的涡轮版本是由Fourneyron在1827年建造的。随后，全世界制造了100多台这样的机器;他们取得了效率高达75%的水是满载的，水头可达107米。1844年，乌利亚·a·博伊登增加了一个出口扩散器，以恢复部分动能退出该装置，从而进一步改进效率．然而，外流式涡轮本身就不稳定，速度控制也很困难。此外，与弗朗西斯式流道相比，外流式涡轮机的结构非常复杂，这一事实导致它们最终被后者所取代。

弗朗西斯涡轮增强了Pelton轮(1889年)的发展小流量和高水头和由螺旋桨涡轮，首先由卡普兰在1913年建造，用于低水头大流量。卡普兰的可变螺距螺旋桨涡轮，至今仍以他的名字命名，是在1920年后制造的。这些机组，连同1956年发明的德里亚斯混流涡轮机，构成现代水轮机的兵工厂。

到19世纪中期，水轮机被广泛用于驱动锯木厂和纺织厂的设备，通常通过齿轮、轴和滑轮组成的复杂系统。后被广泛采用蒸汽机然而，直到太阳能的出现，它们才成为发电的主要因素发电机使水力发电可能的。

世界上第一个水力发电站于1882年在威斯康星州的阿普尔顿建成。3年之后，他就搬到了美国托马斯·爱迪生的发明灯泡．其12.5千瓦的输出功率为两家造纸厂和一所房子提供了照明。此后，水力发电发展迅速，但即使到了1910年，大多数机组的发电量也只有几百到几千千瓦。装机容量10万千瓦以上能力直到20世纪30年代才建成。美国第一批大型电厂之一是在胡佛水坝在科罗拉多河之间的内华达而且亚利桑那州．它于1936年开始运行，最终包括17个弗朗西斯涡轮机，能够提供4万到13万千瓦的功率，以及两个3000千瓦的佩尔顿轮。

第一个容量为1500千瓦的抽水蓄能厂就建在附近Schaffhausen, Switz。，in 1909. It made use of a separate泵和涡轮，导致一个相对大的，只有勉强经济的系统。第一个美国工厂，建于洛基河康涅狄格在1929年，也只是边际经济。在美国主修工作对抽水蓄能水力发电的研究开始于20世纪50年代中期，这是继1954年在科罗拉多州Flatiron建造的一个电站的成功之后，该电站配备了一个容量为9,000千瓦的可逆泵涡轮机。

在高度工业化的国家，如美国和西欧国家，大多数潜在的水力发电地点已经被开发。有关大型水坝对上游水道的影响和对水生生物可能产生的影响的环境问题，增加了今后只建造少数大型水力发电厂的可能性。

从20世纪40年代到20世纪70年代初，美国许多小型水力发电设施(主要是装机容量小于1000千瓦的)实际上都关闭了，因为与燃烧化石燃料的发电厂相比，高昂的维护和监督成本使它们不经济。尽管自1973年以来化石燃料成本的增加导致了一些废弃工厂的恢复，但只有燃料价格的显著上涨，加上灌溉或防洪的特殊需要，才可能导致大量新的水力发电厂的建设。

据估计，大约75%的潜力水力在连续的美国已经有了发达的，具有排水面积的哥伦比亚河在西北太平洋地区领先于发达和潜在的额外力量。截至20世纪80年代末，水力发电满足了总电力需求的13%能源在美国，尽管这只占美国机械动力、热、光和制冷能源使用总量的3%。

上述考虑并不一定适用于如此偏远的地区阿拉斯加，加拿大北部，以及西伯利亚在俄罗斯，或在中东地区的发展中国家喜马拉雅山脉，非洲,南美．据估计，在这些地区，只有23%的潜在水力资源被开发。例如，到目前为止，阿拉斯加估计的1.67亿千瓦电力中只有不到1%被利用。其他的河盆地大量剩余的潜在能力包括弗雷泽河加拿大、委内瑞拉的奥里诺科河、印度的雅鲁藏布江和俄罗斯的叶尼塞-安加拉河。其中一些偏远地区的涡轮机容量可能超过目前每单位74万千瓦的最大容量。