INJISERER: Testing av vanninjeksjon på en 4 MW turbin på Skarsfjord kraftverk i Troms. Installasjonen på sugerørskonen er relativ enkel.FOTO: OLE G: DAHLHAUG, NTNU
STEMMER: ¿ Alle våre teorier har stemt med prøvene vi har gjort, sier Morten Kjeldsen med et smil.FOTO: OLE G: DAHLHAUG, NTNU

Demper vibrasjoner med vann

  • energi

Strømmingkontroll av Francisturbiner



  • Teknikken går ut på å injisere vann på sugerørskonen tangentielt og vinklet nedover i forhold til turbinaksen.
  • Troms Kraft Produksjon AS (TKP) sammen med Flow Design Byrå AS har utviklet teknikken.
  • En prototyp er installert på en 4 MW turbin i Skarsfjord Kraftverk på Ringvassøya.

Svært ofte får francisturbiner problemer med vibrasjoner og pulseringer når de kjøres på lav last, typisk i området fra 50 prosent av merkeeffekten og lavere.

Nå kan Troms Kraft Produksjon AS sammen med Stavangerbedriften Flow Design Bureau ha en løsning på mange av problemene.

– Teknikken går kort ut på å injisere vann på sugerørskonen, forklarer Morten Kjeldsen i Flow Design Bureau AS. Sammen med Troms Kraft Produksjon AS utvikler selskapet en teknologi som utvider operasjonsområdet til francisturbiner.

Vannet som injiseres ødelegger strømvirvlene som oppstår. Dermed blir det mulig å kjøre turbinene over et større lastområde. – Med den markedsstyrte driften av kraftverk er det viktig å kunne kjøre kraftverkene over et større effektområde, sier han.





Vanligste turbintype

– Francisturbiner er den vanligste turbintypen i Norge. Den har høy toppvirkningsgrad og er det økonomisk beste alternativet for et stort område av vannføringer og fallhøyder, opplyser Kjeldsen.

Men turbintypen har ofte uønskede karakteristikker ved lav last. Ved 50 prosent pådrag og lavere kan det oppstå skjemmende hydrauliske svingninger i sugerøret.

Napp i nord

Da Morten Kjeldsen dro rundt til noen kraftverk for å introdusere sine idé, fikk han napp hos Troms Kraft Produksjon. De tente fort på ideen siden de blant annet hadde store problemer med et aggregat i Skibotn kraftverk.

Utviklingen av systemet gjøres i regi av Troms Kraft Produksjon, og de eier rettighetene til teknikken.

Flow Design Bureau gjør i hovedsak teoretiske grunnberegninger, men Troms Kraft Produksjon har også kompetanse og bruker den for å videreutvikle teknikken samt produksjon/montasje av injeksjonsdysene.

– Aggregatet er på 72 MW, og vi har store problemer med å kjøre det på lav last. Kommer vi ned på rundt 30 MW, får vi problemer, sier fagsjef maskin Knut Magne Olsen hos Troms Kraft Produksjon. Konsesjonsreglene setter krav til minstevannføring, og derfor går penger tapt med vann som bare må tappes forbi verket.





Prototyp

Med dette som utgangspunkt ble det installert en prototyp i et av Troms Kraft Produksjons stasjoner, Skarsfjord kraftverk.

– Dette er et småkraftverk med en 4 MW horisontal francisturbin. Stasjonen er lett tilgjengelig og utstyret er forholdsvis lett å montere, sier Olsen. I utgangspunktet er denne turbinen betegnet som uproblematisk, det vil si at det ikke er satt begrensninger for kjøring på lav last.

– Målinger viser imidlertid at denne turbinen også har et område med relativt høye trykksvingninger i sugerøret. Ved det mest problematiske punktet var det både mulig å føle og høre drønn gjennom stasjonen, sier Kjeldsen. Med det samme injeksjonssystemet ble satt i drift, forsvant både hørbare og følbare drønn.

– Alle våre teorier har stemt med prøvene vi har gjort, sier Kjeldsen. Selve installasjonen av utstyret er relativt ukomplisert. – Men fortsatt er det mye upløyd mark, legger han til. Datamodeller hjelper til en del for å beregne strømningsbildet som skaper problemer.





Tro på systemet

– Etter våre forsøk på Skarsfjord har jeg ikke fått mindre tro på systemet, sier Olsen. Nå skal de i sommer montere dyser på kraftverket i Skibotn.

– Da får vi forhåpentligvis et endelig svar på om teknikken fungerer, sier han. For å få mer teoretisk grunnlag på plass er det gjennom Forskningsrådet og programmet Renergi gitt penger til en dr.ing.stipendiat ved vannkraftlaboratoriet på NTNU fra neste år.

I samarbeid med NTNU er det også blitt gjort termodynamiske undersøkelser på virkningsgraden. Energi fra vannet som brukes til injeksjon anses som tapt, uavhengig av hvor vannet kommer fra. Det som er observert er en økning i virkningsgraden på mellom 0,3 og 0,9 prosentpoeng.

– Det må understrekes at vannbruket gjør at total virkningsgrad blir lavere, sier Kjeldsen.