1
Norsk kraftproduksjon Årlig vannkraftproduksjon ca.130 TWh Småkraftverk utgjør Vindkraft Termisk og bioenergi 8.2 TWh 1.3 TWh 4.7 TWh Vannkraft har; - Stor leveringssikkerhet - Stor magasinkapasitet - Godt omdømme?
Norsk vannkraft 30 000 MW installert 1400 kraftverk, 800 stk over 1 MW Samlet installert effekt Årlig vannkraftproduksjon ca. 130 TWh Variasjon; år 2003-106 TWh år 2000-142 TWh 3
Økonomisk levetid, typiske verdier Bygg 100 år Maskin 60 år Elektro 30-40 år 250 kraftverk eldre enn 50 år 140 kraftverk eldre enn 60 år Økonomisk levetid Teknisk levetid bestandig lengre enn økonomisk Økonomisk optimalt revisjonstidspunkt er vanligvis før teknisk revisjon 4
Teknisk levetid Hol 1 kraftverk Høytrykks Francis idriftsatt 1949 P=48 MW, H=395 m 5000 t/år 300.000 timer Gjennomsnitt effekt 35 MW 10 TWh Oppgraderes for nye 30-40 år Rånåsfoss I kraftverk Lavtrykks Francis idriftsatt 1922 P=6 x 10 MW, H=12.7 m Kumturbiner erstattes med vertikale propeller turbiner 5
Rehabilitering eller oppgradering Rehabilitering - Revisjon tilbake til opprinnelig teknisk tilstand og produksjonsevne Oppgradering - Øke virkningsgrader og / eller slukeevne som gir større varig produksjon El-sertifikat berettigede tiltak - Ved varig økt produksjon (falltap, virkningsgrad, slukeevne, fallhøyde etc.) - Ny hovedtrafo gir 1% fast påslag ved kraftverk under 10 MW - Ny generator gir 1 % fast påslag uavhengig av størrelse Vannkraft. Tenk laaangsiktig!
Oppgraderingsmuligheter Francis Nye løpehjul Økt slukeevne Ledeskovl endetetninger Nye innløpsventiler Generell turbin oppgradering
Tapsforhold i Francis turbiner Vannhastigheter og tap i høytrykks Francis turbiner 40 m/s 20 m/s 10 m/s 0.3 0.5 1.5 0.6 0.5 0.3 Sum tap ca. 5.5 % 8
Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Nye løpehjul - økt slukeevne Fallhøyde He= 223 m Slukeevne økt fra 0.93 til 1.2 m 3 /s Turbineffekt økt fra 1.79 til 2.3 MW Nytt løpehjul, økt slukeevne Ny nedre spaltering Modifisert nedre turbinlokk og sugerørskonus Ny generator 28% effektøkning 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 Dagens aggregat 92 Oppgradert aggregat 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Turbineffekt ( kw ) 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 Dagens aggregat 90 Oppgradert aggregat 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 Vannføring ( m 3 /s ) 9
Tap i øvre spalt ( % ) Tap pga. økning i løpehjulsspalter Tap i spalter 2 100% økning Tap[%] 1 0 0 100 200 300 400 500 Fallhøyde [m] 50% økning 2,0 1,8 Totalt tap øvre spalt 1,6 Friksjons tap øvre spalt 1,4 Volumetrisk tap øvre spalt 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Turbineffekt (P/P o )
Tap i ledeapparatet Tap pga. økning i ledeapparat klaringer Tap[%] 2 1 200% økning 100% økning 0 0 100 200 300 400 500 Fallhøyde [m]
Dagens løsning, sluseventil Nye innløpsventiler Falltapet h= ( v2 0.15-0.20 2g ) Sluseventiler DN1600 mm med vannstyring Tap ca. 0.3 0.5 % Mulig ny løsning, kuleventil Nye kuleventiler med hydraulisk styring Tilnærmet tapsfritt 12
Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Typiske oppgraderinger Francis Fallhøyde He= 275 m Turbineffekt P= 3 * 75.6 MW Nye løpehjul, generell oppgradering Økt virkningsgrad og maks effekt 82.9 MW Beste virkningsgrad flyttet fra 60 til 68 MW 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 Før revisjon Etter revisjon Oppgradert 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Turbineffekt ( MW ) Produksjonsøkning 21 GWh Oppgraderingskostnad 2 kr/kwh 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 Før revisjon Etter revisjon Oppgradert 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Vannføring ( m 3 /s ) 13
Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Relativ turbinvirkningsgrad ( % ) Typiske oppgraderinger Francis Fallhøyde He= 51 m Turbineffekt P= 26.5 MW 102 100 98 96 94 92 90 88 Opprinnelig løpehjul Oppgradert med nytt løpehjul Nytt løpehjul, generell oppgradering Maks effekt økt fra 23 til 26 MW 13% effektøkning Beste virkningsgrad flyttet fra 18.7 til 23.4 MW 86 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 Turbineffekt ( MW ) 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 Opprinnelig løpehjul 90 Oppgradert 89 88 87 86 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Vannføring ( m 3 /s ) 14
Relativ turbinvirkningsgrad (%) Relativ turbinvirkningsgrad (%) Typiske oppgraderinger Francis Fallhøyde He= 249 m Turbineffekt P= 48 MW Nytt løpehjul, generell oppgradering Endetetninger i ledeapparat Maks effekt økt fra 42 til 48 MW 14% effektøkning Beste virkningsgrad flyttet fra 18.7 til 23.4 MW 102 102 101 101 100 100 99 99 98 97 96 Målinger 2015. Revidert turbin 98 97 96 Målinger 2015. Revidert turbin Målinger 2014. Før revidert turbin 95 95 94 94 93 92 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Turbineffekt ved 249 m (MW) 93 92 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Vannføring ved 249 m (m 3 /s) 15
Oppgraderingsmuligheter Pelton Nye løpehjul Innvendige nålservoer Dyseringer og nålespisser Nye nålebend Turbinhus Nye innløpsventiler Trange hus Liten strålevinkel
Horisontal Pelton Turbineffekt P= 2 * 68.8 MW Fallhøyde He= 875 m Typiske oppgraderinger Nye hjul, injektorer, nålebend, turbinhus Nye generatorer Nye innløpsventiler 17
Relativ turbinvirkningsgrad (%) Relativ turbinvirkningsgrad (%) Horisontal Pelton Turbineffekt P= 2 * 68.8 MW Fallhøyde He= 875 m Resultatet Nye hjul, injektorer, nålebend, turbinhus Nye generatorer Økt virkningsgrad med 2 3 % Maks effekt økt fra 68.8 til 87.7 MW 103 102 101 100 99 98 Etter oppgradering Før oppgradering 97 96 95 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Turbineffekt (MW) 103 102 101 100 99 27% effektøkning Beste virkningsgrad flyttet fra 55 til 65 MW 98 Etter oppgradering 97 Før oppgradering 96 95 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Vannføring (m 3 /s) 18
Oppgraderingsmuligheter Kaplan Nye hjul og evt. løpehjulskammer Vannsmurte nav, ingen olje-forurensing Økt slukeevne. NB! Sjekk oppstuvning i undervannet Generell turbin oppgradering
Relativ turbinvirkningsgrad [%] Typiske oppgraderinger Kaplan Turbineffekt økt fra 9.0 til 10.8 MW Fallhøyde He= 14 m Slukeevne Q=85 m 3 /s Nytt løpehjul, vannsmurt Generell turbin oppgradering 20% effektøkning 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 84 83 82 81 80 79 78 Opprinnelige virkningsgrader 30.9% 44.2% 51.1% 62.5% 75% 96% 23.8% 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Vannføring ved Hr=14 m [m 3 /s] 20
Oppgraderingsmuligheter Generatorer Eldre generatorer har innebygget reserve Utnyttelsesgraden har økt (MVA/volum) Mer nøyaktige beregninger kan redusere marginer Beregning og vurderinger av temperaturer og påkjenninger bestemmer økningen Utfør varmeprøver før O&U Økt kjøling Husk mekaniske begrensninger 10-15% økning vanlig
Lavtrykksanlegg Minstevannføring eller tappetunnel? Aksialmaskiner Arkimedes skrue Vannføring 5 12 m 3 /s Vannføring 0.5-10 m 3 /s Effekt 100-1500 kw Effekt 50-300 kw 22
Dimensjonering Slukeevne, kavitasjon, oppstuvning etc. Trykkstigning og ruseturtall Svingmasse Vannveisanalyser, dynamisk stabilitet og oppsving FIKS krav, - forsterkningsmargin 3 db - fasemargin 25 grader Mekanisk; aksler, rotor, aksiallast Kobling løpehjul / turbinaksel / generator Termisk kapasitet, generator, lager Ledeapparatservoer, kapasitet 23
Sjekkpunkter ved større oppgraderinger / utvidelser Falltap, slukeevne og virkningsgrad Nødvendig dykking mhp kavitasjon Stabilitetskriterier, massesvingninger og trykkstøt Tverrslagsporter etc. Mekanisk dimensjonering, turbin, generator, skinneføringer etc. Økt hydraulisk last og ruseturtall Generator varmeprøver, rotortemp, kjøling MVA-ytelse på elektrisk utstyr Nettanalyser, flaskehalser 24
Takk for oppmerksomheten! SWECO Norge AS v/ Geir Brænd geir.braend@sweco.no