Påvirker variabel regulering langsiktig stabilitet av vannveier i kraftverket?

Transkript

1 Produksjonsteknisk konferanse Kunnskap om kraft Påvirker variabel regulering langsiktig stabilitet av vannveier i kraftverket? Krishna K. Panthi Institutt for geologi og bergteknikk, NTNU krishna.panthi@ntnu.no Phone: mars 2014 Norge har: Over 4000 km vannkraft tunneler Over 200 undergrunns vannkraftstasjoner Like mange trykksjakter og tunneler Innledning Before 1950 Penstock Surge Tank Surge Tunnel Vår vannkraftteknologi utnytter bergmassens forhold på best mulig måte for optimalisert design som gir kostnadsog byggetidseffektive løsninger Access Steel - lined Shaft Surge Chamber Headrace Tunnel Flere prosjekter bygd med regulering muligheter. Påvirker variabel regulering langsiktig stabilitet av vannveier? Tailrace Tunnel From 1960 on Unlined Pressure Shaft Videre ser vi nærmere på Svandalflona som et eksempel. From 1975 on Closed, Unlined Surge Chamber with Air Cushion Unlined High - pressure Tunnel bergteknikk_ntnu 1

2 Tunneler og sjakter som vannveier Vannkraft anlegg består av reservoarer, tunneler, sjakter og side inntak Vanligvis kjøres regulert vann fra reservoar gjennom vannveier (tunneler og sjakter) for å produsere kraft i kraftstasjoner. Vannets nivået i reservoar varierer avhengig av årets sesong og energibehovet i markedet. Variabelt vann nivå i vannveier Regulering Oppsving («Upsurge») Drenering av vannveier Fylling av vannveier. bergteknikk_ntnu 2

3 Tunneler og sjakter som vannveier Lengdeprofil av Svandalsflona vannkraft prosjekt Tunneler og sjakter er enten uforede («unlined») eller lite sikret på grunn av gunstig bergmasse kvalitet. Men de fleste tunneler og sjakter gjennomløper (treffer) langs en eller mer svakhetssoner / knusingssoner som også kalles geologiske defekter. Svakhetssonene i tunneler og sjakter er sikret med bruk av enten betong eller sprøytebetong og bolter. Nesten ingen sikring på gulvet av tunneler. Ras i Stutakvelven sjakt i Svandalsflona i 2008 Sinkhole Foto: Norsk Hydro (Mai 2008) Sent i April 2008 ble det registret ustabil situasjon i kraftstasjon Slukhull i overflaten funnet i mai 2008 Figur i venstre viser geologisk forhold og bebyggelsesplan. bergteknikk_ntnu 3

4 Geologiske og vann regulerings forhold i sjakten Foto: Norsk Hydro (Sep. 2008) Variabelt vann nivå / regulering Oppsving («upsurge») Svakhetssonen / knusingssonen Betongstopping i Svakhetssonen Berdal (1976) bergteknikk_ntnu 4

5 Betongstopping i Svakhetssonen Mettet svakhetssone (metning i full mengde) Svekking av bergmassen i svakhetssonen Bergmassens svekkingsgrad Svekking i bergstyrke på grunn av metning Svekking i bergstyrke på grunn av forvitring 10 bergteknikk_ntnu 5

6 Utvasking (graving) i svakhetssonen Strømmende vann langs mettet og svekket bergmasse i svakhetssonen i lange perioder førte til utvasking og erosjon i sålen og sideveggene av sjakta. Periodiske oppsving forsterket erosjons prosessen (utgraving). Konklusjon Knusingssoner og svakhetssoner er de mest sårbare områder langs vannveier. Spesielt er det riktig i skråsjakter hvor sikring ofte ble utføret under vanskelig forhold med bruk av den tids teknologi. Mettet bergmasse har ganske redusert styrke og stabilitetsforhold blir endret. bergteknikk_ntnu 6

7 Konklusjon.. Variabelt regulering forandrer miljøet langs sjaktene og tunnelene; f. eks. varierende hastighet, varierende strømningssituasjon. Oppsving etter driftsstans i turbiner kan skade og erodere svekket bergmassen i sålen og veggene i vannveien. Derfor har variabelt regulering stor påvirkning på langsiktige stabiliteten langs vannveiene i kraftstasjoner. Anbefalinger Institutt for geologi (IGB) og vannkraftbransjen må komme i tett kontakt for å styrke kunnskap mot vannkraft. I dag har vei og jernbanesektoren betydelig aktiviteter. De fleste PhD og MSc oppgaver er mot denne retningen. IGB har ingen PhD forskning mot norsk vannkraft teknologi siden 1991! Forskning og utdanning mot ingeniørgeologi for vannkraft må derfor styrkes. Det er anbefalt at bransjen samarbeider sterkt med IGB mot PhD og Master prosjekter, og engasjere professorer mot vannkraft som rådgiver fordi de har god kunnskap om norskevannkraft prosjekter. Langsiktige stabilitet av vannveier, dam fundamenter, skråning stabilitet i reservoar områder og pumpe kraftverk må være fokus områder. bergteknikk_ntnu 7

8 Viktige forskningsområder for ingeniørgeologi A. Langsiktige stabilitet av vannveier B. Skråningsstabilitet i reservoarområder C. Deformasjon i dam fundament, spesielt for betong dammer Vatnedale reservoar Viktige forskningsområder Pumpekraftverk A. Design, optimalisering og dimensjonering av vannveier og vannkraftstasjoner B. Bygge teknologi for tunneler og fjellrom C. Stabilitetsforhold for øvre og nedre reservoar bergteknikk_ntnu 8

9 Takk for meg bergteknikk_ntnu 9