STATKRAFT OG FRANCISTURBINER

Løpehjulet sprakk i Svartisen

Sprekkene i løpehjulet på Svartisen er ikke tegn på svekket kunnskap i kraftbransjen, mener Statkraft, som likevel ønsker en forskningsdugnad på høytrykks francisturbiner.

Turbiner

  • I Norge brukes tre forskjellige typer turbiner.
  • Kaplanturbinen brukes ved 2 til 65 meters fallhøyde, mens peltonturbinen brukes ved 250 til 1850.
  • Francisturbinen brukes ved fall på mellom 25 og 760 meter.

Kilde: Statkraft

Høytrykk francisturbiner

  • Statkraft bruker to høytrykk francisturbiner på Svartisen. Statkraft har til sammen 30 slike turbiner, altså med en fallhøyde på over 300 meter. Det utgjør 8,6 prosent av Statkrafts turbiner, men produserer ca. 30 prosent av energien.
  • I Norge er det til sammen om lag 120 høytrykks francisturbiner i bruk, om lag 10 prosent av turbinene. Disse står for om lag 30 prosent av produksjonen.
  • På verdensbasis er det kun drøye 300 francisturbiner med over 300 meters fallhøyde i drift.

Kilde: Statkraft

Francisturbinen

  • Brukes for lave og midlere fallhøyder (50–750 m). Etter å ha passert stillbare ledeskovler, ledes vannet radialt inn på løpehjulet. Gjennom løpehjulet avbøyes vannstrømmen til aksial retning, og forlater det gjennom sugerør til undervannet (avløpet) slik at hele fallhøyden blir utnyttet (reaksjonsturbin).
  • Oppkalt etter den amerikanske ingeniøren James Bicheno Francis (1815–92) som oppfant turbinen i 1849.

Kilde: Store norske leksikon

Statkraft har slitt voldsomt med å få sitt nye aggregat på 250 MW i Svartisen-kraftverket i Nordland i drift.

Under oppstart i desember 2010 oppdaget Statkraft at den svenske generatorleverandøren VG Power fra Västerås hadde glemt en metallklemme i aggregatets stator. Statoren er den stasjonære delen av en generator.

I september i fjor, da prøvekjøringen av aggregatet ble tatt opp igjen etter den første fadesen, fikk Statkraft seg nok en ubehagelig overraskelse.

Da avdekket de nemlig sprekker i løpehjulet, som krevde nye måneder med reparasjoner.

Les også: Resonansproblemer stoppet Svartisen-turbin

– Kompetansesvikt

I januar sa Statkrafts konsernsjef Christian Rynning-Tønnesen at han trodde problemene på Svartisen var et tegn på sviktende kompetanse i bransjen, både hos Statkraft og hos underleverandørene.

Først for et par uker siden kom aggregatet i drift igjen.

Men er det virkelig slik at alt var bedre før, under de store kraftutbyggingenes tid, spurte Kjell-Tore Fjærvold, seksjonsleder for maskin i Statkraft, på en konferanse i regi av Energi Norge på Gardermoen i begynnelsen av mars.

Der la han fram tall som avkler denne myten, i hvert fall når det gjelder Statkraft og francisturbiner.

Les også: Svartisen-problemer avslører kompetansesvikt

Article565_Image1064.jpg

Lang historie

Utfordringene ved francisturbinene begynner ifølge Fjærvold ved fall over 300 meter.

– Dette har skjedd før. Høytrykks francisturbiner er en utfordring og har vært en utfordring i mange år, sa Fjærvold om Svartisen-havariet.

Statkrafts første havari av høytrykks francis-løpehjul var i 1978, i Leirdøla-kraftverket i Luster i Sogn og Fjordane.

– Etter at aggregatet kun hadde vært i drift i ett og et halvt av tre år, ga ledelsen i NVE [som dagens Statkraft den gang var en del av] opp, og kjøpte nytt løpehjul, fortalte Fjærvold.

Fra 1978 til 1993 sprakk eller havarerte til sammen 4 av Statkrafts 12 nye løpehjul.

Fra 1994 til 1999 sprakk hele 3 av selskapets 5 nye hjul.

Les også: Sprekker i løpehjulet stanser Svartisen

Satset på forbedringer

I 2003 satte Statkraft i gang et prosjekt for å få mer oppmerksomhet og forskning på temaet. Det ble satset på å bruke Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) i arbeidet, og å bevare kompetansen som finnes i Norge.

– Siden 2002 har vi fått i gang 40 nye løpehjul hvorav 9 høytrykks francis uten ett eneste havari, fram til Svartisen-havariet, sa Fjærvold.

Det store spørsmålet er hvorfor løpehjulene sprekker. Ifølge Fjærvold kan det være på grunn av interaksjon mellom rotor og stator, og trykkpulsasjoner som skjer mellom lederskovlen og løpehjulsskovlen.

– Det spesielle er at man ikke klarer å beregne dette. Vi har sittet i møte etter møte med flere leverandører, men de klarer ikke å fortelle oss hvor de dynamiske spenningene er. Vi vet ikke hvor store spenninger vi leter etter, sa Fjærvold.

Article565_Image1066.jpg

Presser virkningsgrad

Et annet problem kan være at skovlene er for tynne.

– Det blir sagt at bransjen generelt presser leverandørene til å levere så lette hjul at det nesten ikke er skovltykkelse igjen, slik at vi får best mulig virkningsgrad. Selv mener jeg at man skal ha en relativt høy virkningsgrad. Samtidig går det an å be leverandøren å si at man vet at tynne skovler kan være et problem, og at vi ønsker å diskutere om man kan redusere virkningsgraden noe for å få enda lengre levetid. For vi ønsker jo ikke at disse aggregatene skal stoppe. Dette er pengemaskiner det lux, turbiner som gir stor inntjening, og å presse virkningsgrad er ikke alltid det beste, sa Fjærvold.

Han viste til at mens det kun var én leverandør, Kværner, på slutten av åttitallet og fram til rundt 1995, økte antallet leverandører raskt fram mot årtusenskiftet.

– Trenden har de siste årene gått mot produksjon i lavkostland som Kina. Nå er vi oppe i 14 turbinleverandører. Så kan man spørre seg hvor mange det er som kan francis etter hvert, sa Fjærvold, som overfor Teknisk Ukeblad understreker at det kun er høytrykks francisturbiner han er skeptisk til fra Kina.

Les også: Nok en Svartisen-utsettelse

Har kompetanse

Fjærvold mener det er viktig at høytrykk francis får mer oppmerksomhet rundt om i de ulike selskapene.

– Derfor har vi utdannet fire spesialister i ikke-destruktiv kontroll av stål, som sørger for at vi har kontroll og leter etter de ulike typer feil vi kan få i de enkelte hjulene. Vi har også satt i gang et større doktorgradsprogram. Men dette kan ikke Statkraft gjøre alene, vi eier jo kun 30 av de 120 høytrykks francis-løpehjulene i Norge, sa Fjærvold.

Article565_Image883.jpg

Dugnad

Han ønsker nå en francis-dugnad i bransjen.

– Vi håper alle kraftselskaper og konsulenter kan bidra her. Når dere starter å prosjektere kraftverk over 300 meter, sett for guds skyld av ganske mange millioner kroner til forskning. Da vi rehabiliterte kraftverket i Tokke i Telemark i perioden 2008 til 2011, brukte vi nesten 6 millioner kroner på å installere en modell av kraftverket ved NTNUs vannkraftlaboratorium, istedenfor å gjøre arbeidet i et laboratorium i Sveits. Det er viktig for å beholde ekspertisen. Den finnes ikke i Kina på mange år, sa Fjærvold.

Norge har ifølge Fjærvold 120 av de drøyt 300 høytrykks francisturbinene som finnes i verden.

–Vi må bestemme oss: Skal vi ha ekspertisen hjemme eller ute? Vi har kun én leverandør hjemme [Rainpower]. Hvis den forsvinner, har vi ingen leverandører igjen her hjemme. Vi må ha noen i Norge som kan dette, som kan konstruere og beregne og som forstår kjøremønsteret i et vannkraftbasert system med stor reguleringsevne, sa Fjærvold.

Les også: Boblebad ved Svartisen