Svingekammer Nøkkel til stabil vannvei. Kaspar Vereide PhD Stipendiat

Transkript

1 Svingekammer Nøkkel til stabil vannvei Kaspar Vereide PhD Stipendiat

2 Bakgrunn Hva er et svingekammer Moderne design Resultat av effektkjøring

3 3 Bakgrunn Forskningsprosjekt på svingekammerteknologi ved NTNU Samarbeid med CEDREN og Sira-Kvina kraftselskap Prosjekt over 4 år med feltmålinger, modellforsøk og numeriske studier Fig: Peter Steyrer

4 4 Motivasjon Svingekammeret styrer de hydrauliske kreftene i vannveien Bedre svingekammerdesign betyr: Større frihet for regulering Redusert dimensjonerende trykk Viktig ved effektkjøring og pumpekraft Fra full pumping til full produksjon på 20 sekunder ganger i året? Fig: Arif Balouch

5 Bakgrunn Hva er et svingekammer Moderne design Resultat av effektkjøring

6 6 Hva er et svingekammer? Et fritt vannspeil nært turbinen Sjakt/tunnel til dagen Tårn Trykkluftkammer Innføres grunnet to forhold: Trykkstøt Reguleringsstabilitet

7 7 Trykkstøt Trykkstøt er elastiske trykkbølger Analogt med semitrailer-krasj Bestemt av Newtons 2. lov Skapes ved regulering, oppstart og avslag Vannet akselereres Vannet komprimeres Trykkrefter oppstår

8 8 Trykkstøt Eksempel med v = 2m/s, c = 1200m/s, Tr = 2s, Tl = 10s Trykkstøt uten svingekammer H = c dv g = 240mVS Trykkstøt med svingekammer H = c dv g T r T l = 48mVS

9 9 Reguleringsstabilitet To forhold skal reguleres: Frekvens i nettet Produsert effekt Vannkraftverkene styrer nettfrekvens i Norge Ustabile kraftverk ville ødelagt all elektronikk i landet

10 10 Reguleringsstabilitet Kontroll på produsert effekt Må takle aggressiv regulering Må takle svingninger i nettfrekvens Forhold mellom Q og H Mer stabilt kraftverk mer lønnsomt Mindre produksjonstap Hurtigere regulering Mindre skade på aggregat/vannvei

11 11 Bivirkning: Massesvingninger Ved etablering av svingekammer innfører man massesvingninger Strømning mellom svingekammer og magasin Massesvingningene blir dimensjonerende for svingekammeret Må bestemme øvre og nedre svingegrense

12 Bakgrunn Hva er svingekammer Moderne design Resultat av effektkjøring

13 13 Moderne design av svingekammer Nye pumpekraftverk i Europa med ny svingekammerteknologi Utviklet med numeriske modeler Testet med laboratorieforsøk Fokus på hurtig demping av svingninger Fig: Wolfgang Richter

14 14 Nye løsninger Strupning Innsnevring i tilkoblingstunellen til svingekammeret Innfører singulærtap og øker energidissipering Reduserer maksimale trykk Reduserer nødvendig svingekammervolum Må ikke være for trang Da mister svingekammeret effekten Fordelaktig med forskjellig falltap ved oppsving/nedsving Faktor 1:5 normalt Faktor 1:40 mulig Fig: Wolfgang Richter

15 15 Nye løsninger Fordrøyning Langt øvre kammer som fordrøyningsbasseng for massesvingninger Øker energidissipering Terskler Bruk av terskler i øvre kammer øker effekten Stor fordrøyning skaper fossefall Pass på luftmedrivning! Fig: Wolfgang Richter

16 16 Reissec 2 (430 MW Østerrike) Fig: Manfred Freitag

17 17 Kops 2 (450 MW Østerrike) Fig: Markus Larcher

18 18 Limberg 2 (833 MW Østerrike) Fig: Klasinc & Bilus

19 19 Atdorf (1400 MW Tyskland) Fig: Wolfgang Richter

20 20 Krespa (400 MW Østerrike) Fig: Wolfgang Richter

21 21 Luftputekammer Ingen luftputekammer i Europa hvorfor? Ingen tidligere erfaring Lite tiltro til uforet tunneldrift Fjellkvalitet Luftputekammer fremdeles beste løsning? Reduserer kostnader Bedrer demping av svingninger Bedre for reguleringsstabilitet Ingen adkomsttunnel mindre miljøpåvirkning!

22 22 Luftputekammer Negative aspekter Fyllingstid Luftlekkasjer Vedlikehold Fyllingstid løses med større kompressorer og luftrør Luftlekkasjer løses med vanngardin Små borhull med vanntrykk > lufttrykk Vannlekkasje inn istedenfor luftlekkasje ut

23 Valg av svingekammer = 23 valg av vannvei Design av vannvei og svingekammer henger sammen Luftputekammer = skråtunnel Unngår dyr trykksjakt Åpent svingekammer = Tilløpstunnel + trykksjakt Pågående studie med evaluering av beste løsning

24 Bakgrunn Hva er svingekammer Moderne design Resultat av effektkjøring

25 25 Resultat av effektkjøring Gamle svingekammer dimensjonert for gitt vannføring og trykk Dimensjonerende situasjon: pådrag avslag Hyppigere regulering er normalt OK Innstallering av større aggregater er ikke OK Fig: Sira-Kvina Kraftselskap

26 26 Konsekvenser Vannspeil i svingekammer kan dras ned i tunnel Luft i tunnel Frispeilstrømning i sandfang Vann kan fosse ut gjennom adkomst på toppen Inn i kraftstasjon eller ut i nærområde Reguleringsstabilitet forverres Kan ikke reguleres like raskt Kan bli ustabilt Fig: Sira-Kvina Kraftselskap

27 27 Mulige tiltak Installere strupning Utvide eksisterende svingekammer Bygge et ekstra svingekammer Ikke anbefalt grunnet reguleringsstabilitet

28 Centre for Environmental Design of Renewable Energy - CEDREN Thank you for your attention!