CH654069A5

CH654069A5 - Verfahren zum abschalten einer pumpspeicher-wasserkraftanlage, die sich im pumpenbetrieb befindet.

Info

Publication number: CH654069A5
Application number: CH9554/80A
Authority: CH
Inventors: Sachio Tsunoda; Katsunori Shirasu
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1979-12-28
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1986-01-31
Also published as: DE3048851C2; JPS5696169A; DE3048851A1; US4406578A

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Abschalten einer Pump-speicher-Wasserkraftanlage, die sich im Pumpenbetrieb befindet.

Für das Betriebs- und Arbeitsverhalten von Einzeldrehzahl-Pumpenturbinen der reversierbaren Ausführung gilt ganz allgemein, dass im Hinblick auf den dem höchsten Wirkungsgrad oder der höchsten Leistung zugeordneten Arbeitspunkt ein Unterschied beim Arbeitsverhalten als Pumpe und beim Arbeitsverhalten als Turbine gegeben ist.

So ist ganz besonders die Netto-Druckhöhe, die dem maximalen Wirkungsgrad beim Arbeitsverhalten als Turbine entspricht, grösser als die Druckhöhe, die dem maximalen Wirkungsgrad beim Arbeitsverhalten als Pumpe entspricht. In der Praxis ist demgegenüber jedoch die Netto-Druckhöhe der Turbine in einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk während des Turbinenbetriebes kleiner als die gesamte Druckhöhe während des Pumpenbetriebes, und zwar um den Betrag, der gleich dem Druckhöhenverlust des vom Wasser zwischen dem oberen Staubecken und dem unteren Staubecken zurückzulegenden Weges ist. Wird nun eine Pumpenturbine im Turbinenbetrieb mit einer Drehzahl oder mit einem Arbeitspunkt gefahren, der der höchsten Leistung oder dem höchsten Wirkungsgrad entspricht, dann wird bei Pumpenbetrieb mit einem niedrigeren Wirkungsgrad oder mit einer niedrigeren Leistung gearbeitet. Erst kürzlich ist eine neuartige Pumpspeicher-Wasserkraftanlage vorgeschlagen worden, bei welcher eine Hilfspumpe (booster pump) zu einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine derart in Reihe angeordnet und geschaltet ist, dass dadurch der bei

Pumpenbetrieb sonst niedrige Wirkungsgrad verbessert wird. Die Hilfspumpe (booster pump) wird dabei derart in Betrieb genommen und gefahren, dass sie einer Druckhöhe oder einen Druck erzeugt, der über den von der Pumpenturbine erzeugten Druck hinaus erforderlich ist, wenn der sonst niedrige Wirkungsgrad dann verbessert werden sollen, wenn die Pumpenturbine im Pumpenbetrieb arbeitet. Das bedeutet, dass die Hilfspumpe (booster pump) dann herangezogen wird, wenn ein Teil des für den Betrieb mit höchster Leistung oder höchstem Wirkungsgrad erforderlichen Druckhöhe zusätzlich bereitzustellen ist, wenn die Pumpenturbine im Pumpenbetrieb gefahren werden soll. Um wirtschaftlich gerechtfertigt zu sein, müssen Pumpspeicher-Wasserkraftan-lagen eben einen hohen Wirkungsgrad haben, so dass für die Entwicklung eines für das Betreiben einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine geeigneten Verfahrens ein recht grosser Bedarf gegeben ist. Was jedoch das Betreiben und Fahren einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine mit Hilfspumpe (booster pump) betrifft, so steht man immer wieder vor technischen Problemen. Dies gilt für die exakte Steuerung und Regelung, und das ganz besonders im Hinblick auf den Pumpenbetrieb, weil eben die Steuerung und Regelung des Pumpenbetriebs recht kompliziert ist.

Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, mit dem während des Pumpenbetriebes die Pumpenturbine und die Hilfspumpe (booster pump) in Reihe und hintereinander so einfach und so weich wie nur möglich ohne komplizierte Steuerungs- und Regelungsmethoden abgeschaltet und zum Stillstand gebracht werden können.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale erreicht. Die Ansprüche 2 und 3 beschreiben besondere Ausführungsarten des erfindungsge-mässen Verfahrens.

Die Erfindung soll nachstehend nun anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage, auf welche sich die Erfindung bezieht.

Fig. 2 und 3 Diagramme betreffend die Betriebs- und Steuerungssequenzen von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Was die Zeichnung betrifft, so sind in den verschiedenen Darstellungen gleiche oder ähnliche Teile auch mit gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet. So zeigt Fig. 1 ganz besonders eine als Turbine und als Pumpe zu verwendende reversierbare Einzeldrehzahl-Pumpenturbine 1, mit der ein Motorgenerator 2 direkt gekoppelt ist. Dargestellt ist auch noch eine Rohrleitung 3, die in die Pumpenturbine 1 führt und mit einem oberen (und nicht dargestellten) Wasserhaltungsbecken verbunden ist. Wiedergegeben sind weiterhin auch noch: ein unteres Wasserhaltungsbecken 6; ein Ablaufwasserführungstunnel 5, der eine Ablaufleitung 4 der Pumpenturbine 1 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbindet: eine Abzweigungsleitung 7, die zur Umgehung des Wasserablauftunnels 5 einem Teil dieses Wasserableitungsstollens 5 parallel zugeordnet ist; schliesslich auch noch eine Hilfspumpe 9, die in der Abzweigungsleitung 7 angeordnet und montiert ist. An der Austrittsseite der Hilfspumpe (booster pump) 9 äst ein Ventil 10 in die Abzweigungsleitung 7 eingebaut, wohingegen ein Ventil 11 in den Teil des Wasserablauftunnels 5 eingebaut ist, der zur Abzweigungsleitung 7 parallel liegt. Ein Motor 8 ist derart angeordnet und eingebaut, dass er die Hilfspumpe (booster pump) 9 antreiben kann.

Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Verbindung zwischen der Hilfspumpe (booster pump) 9 und der Antriebsein-

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heit 8 weggelassen worden, d.h. nur die Hilfspumpe (booster pump) 9 ist skizzenhaft dargestellt. Zur Pumpenturbine 1 gehören auch noch (nicht dargestellte Führungsschaufeln, die als Ventil an der Auslassseite der Pumpenturbine 1 wirksam werden.

Die Wasserkraftanlagen werden nun wie folgt betrieben, wobei in der Zeichnung die jeweils zutreffenden Betriebszu-stände des Einlassventiles 10 und des Einlassventiles 11 wie folgt dargestellt sind:

Die Vollinie kennzeichnet jeweils für das Ventil 10 den Öffnungszustand, während für das Ventil 10 die gestrichelte Linie den Schliesszustand kennzeichnet. Demgegenüber steht für das Ventil 11 die Vollinie für den Schliesszustand dieses Ventiles, während die gestrichelte Linie im Falle des Ventiles 11 für den Öffnungszustand steht.

Beim Turbinenbetrieb der Pumpenturbine 1 wird das Ventil 10 zunächst einmal in die mit gestrichelter Linie wiedergegebene Schliesszustand gebracht, so dass die Zweigleitung 7 geschlossen und abgesperrt ist. Demgegenüber wird das Ventil 11 in die mit gestrichelter Linie wiedergegebenen Öffnungszustand gebracht, was wiederum zur Folge hat, dass der Wasserabführungstunnel 5 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 verbunden ist und die die Pumpenturbine 1 als Turbine arbeitet. In Fig. 1 ist diese Position mit gestrichelten Linien dargestellt und wiedergegeben. In diesem Falle wird von einem (nicht dargestellten) oberen Wasserhaltungsbecken aus das Wasser derart geführt, dass es über die Rohrleitung 3 in die Pumpenturbine 1 hineinströmt, dass es die Pumpenturbine 1 antreibt und schliesslich die Pumpenturbine 1 wieder verlassend in die Wasserabführungsleitung 4 fliesst. Die Pumpenturbine 1 arbeitet dabei im Turbinenbetrieb und treibt den Motorgenerator 2 an, welcher dann elektrischen Strom erzeugt. Das der Wasserabführungsleitung 4 zuströmende Wasser wird über den Wasserablauftunnel 5 in das untere Wasserhaltungsbecken 6 geführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Hilfspumpe (booster pump) 9 nicht eingeschaltet und arbeitet nicht.

Soll andererseits die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb arbeiten, dann wird das Ventil in die mit Vollinie dargestellte Öffnungsposition gebracht, was wiederum zur Folge hat,

dass die Zweigleitung 7 geöffnet wird, dann wird weiterhin auch das Ventil 11 in die mit Vollinie dargestellte Schliesspo-sition gebracht und dadurch der zur Zweigleitung parallel liegende Teil des Wasserablauftunnels 7 geschlossen. In diesem Falle steht das Wasserabführungsrohr 4 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 in Verbindung, und zwar über die den Auslass der Zweigleitung 7 in der Mitte des Wasserabführungstunnels 5 und einem Teil des Wasserabführungstunnels 5 auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6. In Fig. 1 ist diese Position mit Vollinie dargestellt. In diesem Falle wird die Pumpenturbine 1 vom Motorgenerator 2 angetrieben, wohingegen die Hilfspumpe (booster pump) 9 angetrieben wird von der Antriebseinheit 8. Weil nun die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe (booster pump) hydraulisch in Reihe oder hintereinander geschaltet sind, fliesst das Wasser, welches auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6 von der Hilfspumpe (booster pump) 9 von diesem unteren Wasserhaltungsbecken 6 her in den Wasserabführungstunnel 5 gesaugt wird, in die Pumpenturbine 1 und zwar durch die Zweigleitung 7, durch den pumpenturbinenseitigen Teil des Wasserabführungstunnels 5 und durch das Wasserabführungsrohr 4. Das Wasser wird dabei mit Druck beaufschlagt und nach oben über die Rohrleitung 3 in das obere Wasserhaltungsbecken gedrückt.

Nachstehend soll nun in aller Ausführlichkeit ein bevorzugtes Verfahren, mit dem die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe (booster pump) 9 während des Pumpenbetriebes

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abgeschaltet und zum Stillstand gebracht werden können, beschrieben und erläutert werden.

Während des Pumpenbetriebes befinden sich das Ventil 10 und das Ventil 11 jeweils in der mit Fig. 1 wiedergegebenen s und mit voll ausgezogener Linie gekennzeichneten Position. Begonnen wird damit, dass das Schliessen des (nicht dargestellten Ventiles) an der Auslassseite der Pumpenturbine zunächst einmal eingeleitet wird. Ist der Durchlassquerschnitt des Ventiles auf einen vorgegebenen kleineren Solilo wert gebracht worden, dann werden sowohl die Pumpenturbine 1 als auch die Hilfspumpe (booster pump) 9 gleichzeitig dadurch vom Elektronetz abgeschaltet, dass die Stromversorgung unterbrochen wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Drehbewegungen der Pumpenturbine 1 und der Hilfs-is pumpe (booster pump) 9 nach und nach auf einen kleinen Drehzahlwert abfallen. Nun wird das der Auslassseite der Pumpenturbine 1 zugeordnete Ventil vollständig geschlossen, woraufhin dann sowohl die Pumpenturbine 1 als auch die Hilfspumpe (booster pump) 9 zum Stillstand gebracht 20 werden. Die Zeitsequenz dieses Vorganges ist in Fig. 2 dargestellt und wiedergegeben.

Die Erfindung soll nicht auf das beschriebene und erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt sein. So kann beispielsweise der Fall eintreten, dass die Pumpenturbine 1 dann, 23 wenn während des Pumpenbetriebes die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe (booster pump) 9 abgeschaltet und zum Stillstand gebracht worden sind, sofort wieder im Turbinenbetrieb arbeiten muss. In einem solchen Fall wird die Stromversorgung sowohl der Pumpenturbine 1 als auch der Hilfsso pumpe (booster pump) 9 aus dem äusseren Elektronetz abgeschaltet und unterbrochen, was wiederum zur Folge hat, dass die Drehbewegung auf kleiner Drehzahlwerte abfällt. Sodann wird, nachdem das der Ausslassseite der Pumpenturbine 1 zugehörige Ventil vollständig geschlossen worden ist, 35 das Ventil 10 geschlossen, während das Ventil 11 in Vorbereitung des nachfolgenden Turbinenbetriebes geöffnet wird. Zufolge dieser Erfindung ist das Schliessen für die Beendigung des Pumpenbetriebes der Pumpenturbine 1 und der Hilfspumpe 9, die ja in Reihe und hintereinander arbeiten, 40 erforderlich. Das wird dadurch bewerkstelligt, dass nur steuernd und regelnd auf das Ventil auf der Auslassseite der Pumpenturbine 1 eingewirkt wird, so dass dadurch der Vorgang des Steuerns und Regeins sehr einfach wird. Das aber bedeutet wiederum, dass diese Erfindung Probleme ver-45 meidet, die einer komplizierten Steuerungsfolge zuzuordnen sind.

Weil zudem die Pumpenturbine 1 und auch die Hilfspumpe (booster pump) 9 in der Stromversorgung aus dem äusseren Elektronetz gleichzeitig abgeschaltet werden, fällt so auch die Drehbewegung dieser beiden Systeme gleichmässig ab, so dass sich auch die Betriebsbedingungen und Arbeitsbedingungen sich deswegen auch entsprechend ähnlich verändern, weil die Veränderung in der Strömungsmenge sowohl für die Pumpenturbine 1 als auch für die Hilfspumpe (booster ss pump) 9 gemeinsam ist. Dadurch werden Probleme durch Überlagerung von Pumpenturbine 1 und von Hilfspumpe (booster pump) 9 verhindert - beispielsweise abnorme Veränderungen im Wasserdruck, die durch Überlagerung von Pumpenturbine 1 und Hilfspumpe (booster pump) 9 hervor-«o gerufen werden können und dazu führen das sich im Betriebsverhalten der beiden Systeme dann extreme Unterschiede ergeben, wenn eines dieser Systeme früher abgeschaltet wird als das andere. Damit aber können während des Pumpenbetriebes die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 65 (booster pump) 9 so gesteuert und geregelt werden, dass sie immer sicher abgeschaltet und zum Stillstand gebracht werden können.

Auch dann, wenn die Strömungsmenge im Ventil an der

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Auslassseite der Pumpenturbine 1 deswegen klein wird, weil Vorhandensein einer Wasserströmung geschlossen oder dieses Ventil nur bis auf den vorgegebenen Soll-Öffnungs- geöffnet, d.h. das Ventil 10 wird geschlossen und das Ventil querschnitt geöffnet ist, werden Pumpenturbine 1 und Hilfs- 11 wird geöffnet. Das wiederum bedeutet, dass sowohl das pumpe 9 dadurch vom äusseren Elektronetz abgeschaltet, Ventil 10 als auch das Ventil 11 sicher und glatt schliessend dass deren Stromversorgung, die klein sein kann, unter- s und öffnend gesteuert und geregelt werden können, und zwar brochen wird. Damit werden durch die Erfindung auch Stö- dann, wenn der einwirkende Wasserdruck klein und gering rangen, die auf das Elektronetz einwirken könnten, auf einem ist.

möglichst kleinen Wert gehalten. Die mit Fig. 1 wiedergegebenen Pumpspeicher-Wasser-

Muss die Pumpenturbine 1 dann sofort wieder im Turbi- kraftanlage ist zwar an beiden Enden des Zweigrohres oder nenbetrieb arbeiten, wenn der Pumpenbetrieb der Pumpen- io der Zweigleitung 7 mit dem Wasserabführungstunnel 5 ver-

turbine 1 und der Hilfspumpe (booster pump 9) abgeschaltet bunden, dennoch kann die Erfindung auch bei einer Pump-

und beendet worden ist, dann werden zudem zunächst einmal speicher-Wasserkraftanlage Anwendung finden, bei welcher die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe (booster pump) 9 die Zweigleitung 7 direkt mit dem unteren Wasserhaltungs-

von der Stromversorgung aus dem äusseren Elektronetz becken 6 verbunden ist.

getrennt und dadurch in der Stromversorgung abgeschaltet, is Es dürfte klar sein, dass aufgrund des zuvor Beschriebenen

Dann wird, wenn das Ventil auf der Auslassseite der Pum- zahlreiche Modifikationen und Änderungen möglich sind. Es penturbine vollständig geschlossen worden ist und weder im sollte deshalb klar sein, dass im Rahmen der Patentan-

Wasserabführungstunnel 5 noch in der Zweigleitung 7 ein Sprüche die Erfindung auch anders verwirklicht und realisiert

Wasserfluss gegeben ist, durch steuerndes und regelndes Ein- werden kann, als dies in der Patentbeschreibung beschrieben greifen sowohl das Ventil 10 als auch das Ventil 11 bei Nicht- 20 worden ist.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

654069 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Abschalten einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage, die sich im Pumpenbetrieb befindet, wobei die Anlage eine reversierbare Einzeldrehzahl-Pumpenturbine, die mit einer zwischen einem oberen Wasserhaltungsbecken und einem unteren Wasserhaltungsbecken geführten Hauptwasserführungsleitung hydraulisch verbunden ist, eine Hilfspumpe, die in einer hydraulisch parallel zu einem Abschnitt der Wasserführungsleitung zwischen der Pumpenturbine und dem unteren Wasserhaltungsbecken geführten Zweigleitung angeordnet ist, Ventile zum Öffnen und Schliessen dieses Abschnittes der Wasserführungsleitung und der Zweigleitung, sowie ein erstes Ventil, das zwischen der Pumpenturbine und dem oberen Wasserhaltungsbecken angeordnet ist, aufweist, und wobei die Pumpenturbine und die Hilfspumpe von einer äusseren Stromversorgung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Schliessen des ersten Ventiles begonnen wird, um den Öffnungsquerschnitt dieses Ventils bis auf einen vorgegebenen Wert zu verringern, dass beim Erreichen dieses Wertes die Pumpenturbine und die Hilfspumpe von der äusseren Stromversorgung getrennt werden und dass daraufhin das erste Ventil vollständig geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage so betrieben wird, dass vor Beginn des teilweisen Schliessens des ersten Ventils die Zweigleitung offen ist und der zur Zweigleitung parallel verlaufende Abschnitt der Wasserführungsleitung geschlossen ist und die Pumpenturbine mit der Hilfspumpe in Reihe geschaltet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem vollständigen Schliessen des ersten Ventils die Ventile (10,11) zum Schliessen der Zweigleitung und zum Öffnen des zur Zweigleitung parallel verlaufenden Abschnittes der Wasserführungsleitung betätigt werden.