Faktaark - bruk av Alab ifm. Hemsil II kraftstasjon - Sweco

Bruk av ALABi forbindelse med oppgradering av Hemsil II KraftverkKraftverketHemsil II kraftverk ligger i fjell. Det består av to Francisaggregaterog ble idriftsatt i årene 1959 og 1960. Eier avkraftverket er E-CO Vannkraft as.Mellom tilløpssidens høyeste og laveste vannstand erdet en forskjell på 4 m. Utløpstunnelen er en frispeilstunnelog nivået vil variere med vannføringen gjennomkraft-stasjonen. Det er dessuten forholdsvis store falltapi vannveien ved begge aggregater i drift. En vurderingav disse faktorene sammen med drifts-historikk gir ennominell fallhøyde He = 350 m.Eksisterende turbiner oppgis å være lagt ut for 370 m.Anslått nominell ytelse er ca. 43,5 MW ved He.Leverandør: Voith, Heidenheim i TysklandOppgitt virkn. gr. i bestpunkt (ny turbin): 92,7%Virkningsgradsmålinger utført i år 2000, antyder at virkningsgradener redusert 1 - 1,5% i forhold til ny-tilstand.OppdragetPå denne bakgrunn hadde E-CO Vannkraft besluttet åse nærmere på en rehabilitering av turbinene. SwecoNorge AS ble engasjert for å bistå i arbeidet med å foretatekniske vurderinger, utarbeide spesifi kasjon og ev. utarbeidelseav kontrakt.Det framgikk under innledende samtaler at inntaksmagasinetfor Hemsil II er lite, og at det er et ikke ubetydeligfl omtap i perioder av året. Det ble derfor i tillegg besluttetat en mulig økt slukeevne for turbinene skulle vurderes.AlabProgrammet Alab er et beregningsprogram som benyttesav Sweco bl.a. for prosjektering av ny-anlegg. I en slikprosess inngår vurdering av antall aggregat, ytelse,hoveddimensjoner og nødvendig dykking. For virkningsgradsestimaterberegnes tapene i turbinen med vanligestrømningsformler for friksjons- og singulærtap. I tilleggberegnes strømningen i løpehjulet med en 2 dimensjonalEuler-kode. Alab beregner hvert enkelt deltap gjennomturbinen og presenterer dette for hver hovedkomponent.Dette gjør det mulig å studere virkningen av å endre enkeltkomponenteri turbinen, som for eksempel løpehjul,stag- og ledeskovler.Hemsil II nåværende turbin, modellert i Alab.Deltap (ledeapparatklaring 0,43 mm, He=366 m, fullast 13,6m3/s, slag 127/136 mm)(Merk at stagskovlenes innløpstap er svært høyt, >1%)I Alab er det også mulig å modellere inn geometri fraen eksisterende turbin, noe som gjør det svært egneti forbindelse med rehabilitering og oppgradering. Detble besluttet at Alab skulle benyttes i dette prosjektetfor å finne potensialet mht. økt ytelse og virkningsgradsøkning,og for å kunne vurdere om turbindykkingen ertilstrekkelig med økt slukeevne.AnalysenDet var i tillegg til en tradisjonell oppgradering, som ihovedsak innebærer nye løpehjul, ledeskovler og labyrintringer,ønskelig å vurdere en mer omfattende ombyggingfor ytterligere økt ytelse. Dette kan omfatte utskiftningav eksisterende lokk og en eventuell forbedringav stagskovlenes utforming.www.sweco.no

Bruk av ALABi forbindelse med oppgradering av Hemsil II kraftverkAnalysen endte opp med 4 beregningstilfeller:1. Turbinmodell med dagens tilstand2. Turbinmodell med nytt turbinhjul og nye ledeskovler3. Turbinmodell med nytt turbinhjul, nye ledeskovler ognoe utvidet avløp4.Turbinmodell med nytt turbinhjul, nye ledeskovler, nyelokk og utvidet avløpLedeskovltetninger og modifi serte stagskovler ble itillegg vurdert.Det ble også utført trykkstøtberegninger og stabilitetsberegninger.Alab ble også brukt til å vurdere avløpstunnelens kapasitet,og sjekke om avløpstunnelen kunne gå full ved øktslukeevne for kraftverket.ResultaterBeregningstilfelle 3 indikerte en virkningsgrad på 93,7% i bestpunktet ved He. Alab viste en forbedring på0,6% med å innføre ledeskovl-tetninger. I tillegg vil manved å modifi sere stag-skovlene oppnå en forbedring påanslagsvis 0,1 - 0,2 %. Forventet ny virkningsgrad i bestpunktetble derved på ca. 94,5%.Det ble funnet at en ytelsesøkning opp til ca. 48 MWvar realistisk ved He, uten omfattende ombygging, samsvarendemed beregningstilfelle 3. En større ombyggingville tilsvarende kunne gi ca. 51 MW.Alab viste tilfredsstillende dykkenivå med ett aggregat idrift for vannføring opp til ca. 14,8 m3/s.Resultatene ble benyttet for å vurdere virkningsgradog ytelse i forhold til dagens tilstand. Kostnader for deforskjellige alternativene ble estimert slik at lønnsomhetsbetraktningerkunne utføres med E-CO Vannkraftsøkonomimodeller.ForespørselenResultatene fra analysen ble benyttet som grunnlag forå sette opp den tekniske spesifi kasjonen til aktuelle leverandører.Beregningstilfelle 3: Hemsil II nyrehabilitert turbin medutvidet avløp sammenlignet med turbin målt i år 2000 (ledeapparatklaring0,12 mm, He = 366 m, fullast)Ut fra en totaløkonomisk vurdering ble beregningstilfelle3 valgt som basis for forespørselen. Det omfattetutskiftning av følgende komponenter: Løpehjul, ledeskovlermed endetetninger, lede-flater, labyrinter, og ombyggingav sugerørskonus. Som opsjoner ble det spurt omkostnad og virkningsgradskonsekvenser ved utskiftningav turbinlokk og modifisering av stagskovlene.TilbudeneTilbyderne kunne garantere en forbedret virkningsgradved å justere stagskovlene. Dette viste seg å værelønnsomt, og denne opsjonen ble derfor valgt.Virkningsgradsgarantiene lå på nær 95% vedHe. Det vil si et avvik ifht. Alab på ca. 0,5%.Garantert nominell ytelse ved He var for valgt leverandørpå 49 MW.Leverandøren garanterte dessuten at dykkenivået, medett aggregat i drift, er tilfredsstillende opp til 14,9 m3/s.AnleggsmålingerEtter idriftsettelse ble det gjennomført termodynamiskevirkningsgradsmålinger på anlegget. Disse viste entoppvirkningsgrad på 94,3%, dvs. nær verdien fra analysene,men lavere enn garantert. Maksimal ytelse lå påforventet nivå.