Lester Pelton izumio je vrstu vodene turbine sa slobodnim mlazom nazvanu Pelton Wheel ili Peltonova turbina. Ova turbina se koristi za proizvodnja hidroelektrane. To je jedna od izvornih zelenih tehnologija, koja zamjenjuje ugljen ili drvo snagom padajuće vode.
Lester Pelton i Peltonova turbina s vodenim kotačem
Lester Pelton rođen je 1829. u Vermillionu, Ohio. Godine 1850. emigrirao je u Kaliforniju za vrijeme zlatna groznica. Pelton je zarađivao za život kao stolar i mlinar.
U to vrijeme postojala je velika potražnja za novim izvorima energije za pokretanje strojeva i mlinova potrebnih za širenje rudnika zlata. Mnogi rudnici ovisili su o parnim strojevima, ali su oni zahtijevali iscrpne zalihe drva ili ugljena. Ono čega je bilo u izobilju bila je vodena snaga iz brzih planinskih potoka i slapova.
Vodeni kotači koji su se koristili za pogon mlinova brašna najbolje su radili na većim rijekama i nisu dobro radili u bržim pokretnim i manje voluminoznim planinskim potocima i slapovima. Ono što je radilo bile su novije vodene turbine koje su koristile kotače s čašama, a ne ravne ploče. Značajan dizajn vodenih turbina bio je visoko učinkovit Peltonov kotač.
W. F. Durand sa Sveučilišta Stanford napisao je 1939. da je Pelton otkrio kada je promatrao a neusklađena vodena turbina gdje je mlaz vode udario u čaše blizu ruba, a ne u sredinu šalicu. Turbina se kretala brže. Pelton je to uključio u svoj dizajn, s pregradom u obliku klina u sredini dvostruke šalice, cijepajući mlaz. Sada voda koja se izbacuje iz obje polovice podijeljenih čaša djeluje tako da brže pokreće kotač. Testirao je svoje nacrte 1877. i 1878. dobivanje patenta godine 1880.
Godine 1883., Peltonova turbina pobijedila je na natjecanju za najučinkovitiju turbinu s vodenim kotačem u organizaciji Idaho Mining Company iz Grass Valleyja u Kaliforniji. Peltonova turbina pokazala se učinkovitom od 90,2%, a turbina njegovog najbližeg konkurenta bila je učinkovita samo 76,5%. Godine 1888. Lester Pelton je osnovao tvrtku Pelton Water Wheel Company u San Franciscu i počeo masovno proizvoditi svoju novu vodenu turbinu.
Peltonova turbina s vodenim kotačem postavila je standard sve dok Eric Crewdson nije izumio Turgo impulsni kotač 1920. godine. Međutim, Turgo impulsni kotač bio je poboljšani dizajn baziran na Pelton turbini. Turgo je bio manji od Peltona i jeftiniji za proizvodnju. Dva druga važna hidroenergetska sustava uključuju Tysonovu turbinu i Banki turbinu (koja se također naziva Michellova turbina).
Peltonovi kotači korišteni su za opskrbu električnom energijom u hidroelektranama diljem svijeta. Jedan u Nevada Cityju imao je izlaz od 18 000 konjskih snaga električne energije tijekom 60 godina. Najveće jedinice mogu proizvesti preko 400 megavata.
Hidroelektrična energija
Hidroenergija pretvara energiju tekuće vode u električnu ili hidroelektričnu energiju. Količina proizvedene električne energije određena je volumenom vode i količinom "glave" (visine od turbina u elektrani do površine vode) koju stvara brana. Što je veći protok i glava, proizvodi se više električne energije.
Mehanička snaga padajuće vode je prastaro oruđe. Od svih obnovljivi izvori energije koje proizvode električnu energiju, najčešće se koristi hidroenergija. To je jedan od najstarijih izvora energije i korišten je prije tisućama godina za okretanje lopatice u svrhe kao što je mljevenje žitarica. U 1700-ima mehanička hidroenergija se intenzivno koristila za mljevenje i crpljenje.
Prva industrijska upotreba hidroenergije za proizvodnju električne energije dogodila se 1880. godine, kada je 16 lučnih svjetiljki napajano pomoću vodene turbine u tvornici Wolverine Chair Factory u Grand Rapidsu, Michigan. Prva američka hidroelektrana otvorena je na rijeci Fox u blizini Appletona u Wisconsinu 30. rujna 1882. godine. Do tada je ugljen bio jedino gorivo za proizvodnju električne energije. Rane hidroelektrane bile su jednosmjerne stanice izgrađene za napajanje lučnih i žarnih rasvjeta u razdoblju od oko 1880. do 1895. godine.
Budući da je izvor hidroenergije voda, hidroelektrane moraju biti smještene na izvoru vode. Stoga, nije bilo do tehnologija za prijenos električne energije na velike udaljenosti razvijena je hidroenergija postala široko korištena. Do ranih 1900-ih, hidroelektrana je činila više od 40 posto opskrbe električnom energijom u Sjedinjenim Državama.
U godinama 1895. do 1915. došlo je do brzih promjena u dizajnu hidroelektrana i gradnje širokog spektra elektrana. Dizajn hidroelektrana je nakon toga postao prilično dobro standardiziran prvi svjetski rat pri čemu se najveći dio razvoja u 1920-im i 1930-im odnosio na termoelektrane te prijenos i distribuciju.