AGAW Symposium – Wasserkraft im Wettbewerb Innsbruck, 25.-26. Juni 2015 Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Dr. Mirjam Sick, Vice President R&D und Innovationsmanagement Das Wasserkraftwerk ist Teil des ökologischen Systems Bedeutung der elektromechanischen Ausrüstung ■ Turbinentechnologie Ölfreiheit ■ Fischfreundlichkeit ■ Sedimentbeständigkeit ■ ■ Druckleitung und Schützen ■ Sedimentbeständigkeit ■ Automation/Messtechnik Monitoring Sedimente ■ Betriebsoptimierung ■ 2 www.andritz.com Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 3 www.andritz.com Umweltfreundliche Turbinentechnologie Auf dem Weg zur ölfreien Turbine ■ Lager Wassergeschmierte Lager sind Stand der Technik ■ Aktives Entwicklungsthema ■ Beispiel: Francisturbine mit wassergeschmiertem Führungslager und Wellendichtung in Porjus, 2015 ■ ■ Kaplan Nabe Wassergefüllte Naben sind Stand der Technik ■ > 180 Referenzen (ANDRITZ HYDRO) ■ ■ Hydraulik Regler Leitapparat ■ Neu: Digitaler Regler mit Wasserhydraulik F-Leitapparat, Porjus ■ Verstellung Kaplan Laufradschaufeln ■ Servosteuerung heute noch mit Öl ■ 4 Porjus Wasserhydraulik, 2015 www.andritz.com All data, information, statements, photographs, and graphic illustrations contained in this presentation are without any obligation to the publisher and raise no liabilities to ANDRITZ HYDRO Ölfreie Kaplan-Nabe Neue Grösse: Xayaburi, Laos ■ Xayaburi ■ ■ ■ ■ ■ 7 Maschinensätze plus 1 Hilfssatz 83.3 rpm Fallhöhe: 28.5 m – 39 m Nennleistung 176.3 MW Max. Leistung 182 MW Laufraddurchmesser 8.6 m ■ Umweltfreundliche Lösung Kein Risiko der Leckage von Öl ins Wasser ■ Nabe mit Wasser gefüllt ■ Korrosionsschutz: Zitronensäure ■ Schaufeldichtung verhindert Austausch von Wasser ■ 5 www.andritz.com All data, information, statements, photographs, and graphic illustrations contained in this presentation are without any obligation to the publisher and raise no liabilities to ANDRITZ HYDRO Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 6 www.andritz.com Xayaburi, Laos: Gesamtkonzept zum Schutz der Fische Fischaufstieg – Fischabstieg und fischfreundliche Turbinen 7 www.andritz.com Schutz der Fische Risiken beim Durchschwimmen einer Wasserturbine ■ Mechanische Effekte (4.3 %*) Kollision mit Turbinenschaufel ■ Quetschung an Spalten ■ Schürfung an der Wand ■ ■ Hydraulische Effekte (0.6%*) Druckänderung ■ Kavitation ■ Scherspannung ■ Turbulenz ■ ■ Raubtiere (2%*) * Rodrigue, P., “Fish Friendly Turbines – Do They Work?”, Acres International, April 2005. 8 www.andritz.com Fischfreundliche Technologie Mögliche Massnahmen heute ■ Optimierung des Anlagenkonzepts Auslegung Turbinentyp, Anzahl Schaufeln, Drehzahl, Durchmesser ■ Anzahl Turbinen, Betriebsregime ■ Beispiel Xayaburi: 5 Schaufeln (statt 6 Schaufeln), 83.33rpm, D = 8.6 m ■ ■ Bewertung und Optimierung der Fischfreundlichkeit CFD gestützte BIO PA (Biological Performance Assessment) ■ Optimierung der Strömungsverhältnisse durch optimale Turbinengeometrie ■ Beispiel: Priest Rapids Bio PA ■ ■ Fischfreundliches Turbinendesign Laufschaufel: Minimale Spalten (Kugelmantel, Taschen in Laufradnabe) ■ Leitschaufel: reduzierter Überhang ■ Strömungsoptimiertes Turbinendesign ■ Beispiel: Rock Island ■ 9 www.andritz.com Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 10 www.andritz.com Sedimentmanagement mit Wasserkraftwerken Betriebsbedingungen beeinflussen hydro-abrasive Erosion ■ Wasserdargebot ■ Sedimentführung ■ ■ ■ ■ ■ Wasserfassung Monitoring der Partikelkonzentrationen im Wasser Bypass Grundablass Stabilisierung des Geschiebes ■ Betriebsweise Vollast / Teillast ■ Flexibler Betrieb für Primär- und Sekundärregelung ■ Geplante Betriebsunterbrüche für Wartung ■ Die harten Partikel tragen Material von der Turbinenbauteiloberflächen ab. Folgen sind: Schäden an der Turbine Wirkungsgrad- und Leistungsverlust Kürzere Wartungsintervalle Längere Stillstandszeiten 11 Abrasion durch Sedimente Planung und Optimierung der Anlage 12 www.andritz.com Sedimentmanagement mit Wasserkraftwerken Optimierungsmöglichkeiten in Konzept und Design 13 Fallstudie: Design einer robusten Francisturbine Startpunkt Planungsphase: Information zu Sedimenten vorhanden ■ Anforderungen des Kunden Maximale Energieproduktion: Während der Monsunperiode keine Inspektionen oder Reparaturarbeiten ■ Minimale Wartungszeiten: Schneller Tausch beschädigter Teile ausserhalb der Monsunzeit. ■ ■ Design Francis Laufrad ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 14 Hoher Wirkungsgrad Minimal Relativgeschwindigkeiten Hohe Kavitationssicherheit Voll beschichtet (Zugänglichkeit!) Beschichtete, austauschbare Schutzplatten Voll beschichtete, austauschbare Labyrinthe Turbinenausbau nach unten Beispiel: Karcham Wangtoo Abrasion in einer Francisturbine CFD Analyse der Strömung an der Leitschaufel ■ Erosionsschaden an der Anlage (Leitschaufel und Schutzplatte) ■ CFD Analyse des Leitapparates, inklusive Spalten ■ Design Modifikation zur Vermeidung von Erosion 15 www.andritz.com Aktives Sediment Management Ideen und Konzepte Sedimente bewegen Strom erzeugen Sedimente messen und verfolgen 16 www.andritz.com Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Zusammenfassung ■ Das Wasserkraftwerk ist Teil des ökologischen Systems ■ Wir bieten moderne, umweltfreundliche Lösungen für Wasserqualität ■ Fischfreundlichkeit ■ Sedimentmanagement ■ ■ Entwicklungsfelder zusammen mit Kraftwerksbetreibern Ölfreie Turbinentechnologie ■ Fischfreundliche Anlagenkonzeption ■ Neue Konzepte im Sedimentmanagement ■ [email protected] 17
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