AGAW Symposium Wasserkraft im Wettbewerb. Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken

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1 AGAW Symposium Wasserkraft im Wettbewerb Innsbruck, Juni 2015 Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Dr. Mirjam Sick, Vice President R&D und Innovationsmanagement

2 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

3 Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 3

4 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 Porjus Wasserhydraulik, 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

5 Ölfreie Kaplan-Nabe Neue Grösse: Xayaburi, Laos Xayaburi 7 Maschinensätze plus 1 Hilfssatz 83.3 rpm Fallhöhe: 28.5 m 39 m Nennleistung 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 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

6 Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 6

7 Xayaburi, Laos: Gesamtkonzept zum Schutz der Fische Fischaufstieg Fischabstieg und fischfreundliche Turbinen 7

8 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

9 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

10 Umweltfreundliche Technologie in Wasserkraftwerken Überblick 1 Ölfreie Turbine 2 Fischfreundliches Design 3 Sedimentbeständigkeit 10

11 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

12 Abrasion durch Sedimente Planung und Optimierung der Anlage 12

13 Sedimentmanagement mit Wasserkraftwerken Optimierungsmöglichkeiten in Konzept und Design 13

14 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. Beispiel: Karcham Wangtoo Design Francis Laufrad Hoher Wirkungsgrad Minimal Relativgeschwindigkeiten Hohe Kavitationssicherheit Voll beschichtet (Zugänglichkeit!) Beschichtete, austauschbare Schutzplatten Voll beschichtete, austauschbare Labyrinthe Turbinenausbau nach unten 14

15 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

16 Aktives Sediment Management Ideen und Konzepte Sedimente bewegen Strom erzeugen Sedimente messen und verfolgen 16

17 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 17