Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die vorliegende Projektarbeit befasst sich mit der Verschmutzungsproblematik in Kleinwasserkraftanlagen. Sie wurde Ende 2007 von der Hochschule Luzern Technik & Architektur (HSLU) initiiert. Hauptziel ist, eine möglichst repräsentative Übersicht der Verschmutzungsthematik in der Schweiz zu erhalten. Dabei soll möglichst viel vom Partnerprojekt in Deutschland, welches die gleiche Thematik im Raume Stuttgart untersucht, miteinbezogen werden. Diese Studie wird vom Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen, Universität Stuttgart (IHS) durchgeführt. Das IHS untersucht dabei vor allem mittels numerischer Strömungssimulation verschiedene Spülvorgänge. Zur Erreichung des oben genannten Zieles werden von der HSLU verschiedene schweizerische Kleinwasserkraftbetreiber anhand eines Fragebogens kontaktiert. Eine erste Befragung von Herr Robert Schnider, Verantwortlicher des KWKW Freienstein, bewies die Tauglichkeit dieses Vorgehens und die Brauchbarkeit des erstellten Fragebogens. Quantitativ sollen Befragungen von mindestens 10 Beteiligten erhoben werden. Ein Synthesebericht soll die Erfahrungen der Kraftwerksbetreiber anschaulich vermitteln. Die Befragung von Herr Robert Schnider hat ergeben, dass im KWKW Freienstein die Verschmutzungsproblematik das ganze Jahr auftritt. Im KWKW Freienstein ist ein Spülprogramm installiert, wobei die Leit- und Laufradstellung während 1.5min derart variiert werden, dass die ursprüngliche Leistung nach dem Spülvorgang wiedererreicht werden kann. Dies wird im vorliegenden Bericht anhand eines typischen Tagesverlaufs veranschaulicht. Im KWKW Freienstein besteht die Möglichkeit das Spülintervall festzulegen. Dennoch gibt es kein eigentliches Spülkriterium, wonach die Einstellung des Spülintervalls qualitativen Kriterien entspricht. Hierbei ist ein Optimierungspotential vorhanden, auch unter dem Gesichtspunkt einer zukünftigen Energieverlustanalyse des Betriebs mit Spülprogrammen. Die Befragung hat die Ganzheit und damit auch die Randbedingungen der Verschmutzung im KWKW Freienstein aufgezeigt. Sie stellt eine optimale Basis für die geplante Indexwirkungsgradmessung dar, welche als Langzeitmessung im Kraftwerk installiert und im vorliegenden Bericht beschrieben wird. Mit der numerischen Strömungsanalyse des IHS und den messtechnischen Daten der HSLU ergibt sich für das KWKW Freienstein eine umfassende Untersuchung.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hochschule Luzern - Technik und Architektur
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Staubli,Thomas
Abgottspon,André
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Der vorliegende Bericht befasst sich mit der Verschmutzungsproblematik in Kleinwasserkraftwerken. Das Projekt wurde Ende 2007 von der Hochschule Luzern Technik & Architektur (HSLU) initiiert und wurde vom Bundesamt für Energie (BFE) finanziell unterstützt. Hauptziele des Projekts waren, eine möglichst repräsentative Übersicht über die Thematik in der Schweiz zu erhalten und verschiedene Spülvarianten zur Reinigung der Turbinen zu analysieren und anhand deren Effizienz zu vergleichen. Das Projekt wurde parallel mit einem in Deutschland laufenden Projekt abgewickelt, welches vom Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen (IHS) der Universität Stuttgart geleitet wurde. Die dabei genutzten Synergien in der Zusammenarbeit erwiesen sich als sehr vorteilhaft.
Um möglichst breite Informationen dazu zu erhalten, wurden 10 Interviews / Befragungen von Kleinwasserkraftwerkbetreibern (KWKW – Betreiber) durchgeführt. Es zeigte sich, dass alle befragten Standorte von der Verschmutzung in unterschiedlichem Ausmass betroffen sind. Die eingesetzten wasserbaulichen Massnahmen zur Verhinderung des Geschwemmsel- und Geschiebeeintrags in den Turbineneinlauf differieren stark, was einerseits altersbedingt ist (die Baujahre der befragten Ausführungen reichen von 1926 bis 2004) und andererseits mit den Investitionskosten verbunden ist. Die laufenden Kosten bei KWKW werden wesentlich durch den Personalaufwand bestimmt. Im Herbst bei grösserem Laubeinfall oder bei Regen und Hochwassern, wo beispielsweise der Algenbewuchs im Fliessgewässer abgetragen werden kann, ist der Verschmutzungseintrag in die Anlage erhöht. Bei einigen KWKW führt diese erhöhte Geschwemmselfracht zu manuellen Reinigungsarbeiten, die die Personalkosten erhöhen. Vielfach muss auch ein Spülvorgang, zur Reinigung der Turbinenelemente wie Stütz-, Leit- und Laufrad, manuell vom Betriebspersonal in der Zentrale durchgeführt werden. Der Ablauf des Spülprogramms und deren Auslösung sind bei mehreren der befragten KWKW nicht automatisiert. Gespült wird individuell nach dem Leistungsverlauf. Ist kein Personal auf der Anlage anwesend, läuft die Turbine eventuell über mehrere Tage auf einem “verschmutzten Niveau“ und es resultiert ein zusätzlicher Energieverlust.
Es werden verschiedenste Varianten von Spülprogrammen eingesetzt. Varianten die von den Betreibern selbst entwickelt wurden oder solche die durch den Hersteller der Turbinen vorgegeben sind. Numerische Strömungssimulationen des Instituts für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen der Universität Stuttgart haben gezeigt, dass vor allem die Leitradstellung entscheidend ist für eine Umströmung der Profilvorderkante des Laufrades, wo die meisten Ablagerungen haften bleiben. Untersuchungen über die Anteile am Leistungsverlust haben gezeigt, dass vor allem bei kleinen Laufraddurchmessern um 1.2m – 1.4m, die Laufradverschmutzung mehr als die Hälfte der Gesamtverluste infolge Verschmutzung an Rechen, Stütz-, Leit- und Laufradschaufeln ausmacht. Die Erkenntnisse aus den Simulationen zu den optimalen Spülprogrammen wurden in einer Messkampagne beim KWKW Freienstein umgesetzt, wo über mehrere Monate ein Monitoring zur Indexwirkungsgraduntersuchung installiert wurde. Es zeigte sich anhand der Leistungssprünge nach den Spülvorgängen, dass ein fast geschlossenes Leitrad bei gleichzeitig geöffnetem Laufrad während des Spülens am effektivsten ist.
Abschätzungen ergaben für das KWKW Freienstein eine Einbusse infolge Verschmutzung von 3.7% der Jahresenergieproduktion. Bei dieser Anlage ist aber zum Unterschied zu mehreren anderen KWKW ein automatisches Spülprogramm mit einem einstellbaren Spülintervall vorhanden. Bei mehreren Anlagen ohne eine gewisse Spülautomatisierung wird der Verlust an Jahresenergie ein Vielfaches davon betragen. Die Befragungen der Betreiber haben dazu geführt, dass diese die Funktionalität der eigenen Anlage bezüglich der Verschmutzungsproblematik hinterfragten.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Hochschule Luzern - Technik und Architektur
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Abgottspon,André
Staubli,Thomas
Zugehörige Dokumente
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