Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines hydraulischen Speicherkraftwerkes Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines hydraulischen Spei cherkraftwerkes mit einer Maschinengruppe,
bei der an der Welle eines Motorgenerators direkt das Lauf rad einer Turbine angeordnet und über eine ausrück- bare Kupplung ein mit einer zusätzlichen Antriebs vorrichtung versehener Rotor einer Pumpe an diese Welle anschliessbar ist.
Derartige Speicherkraftwerke werden heute mit Maschinengruppen ausgestattet, bei denen an der Welle eines gemeinsamen Motorgenerators eine Tur bine und eine Pumpe angeordnet sind. Die Turbine ist mit der Welle des Motorgenerators fest verbun den, die Pumpe hingegen an diese mittels einer Kupplung, normalerweise einer Zahnkupplung, an kuppelbar.
Bei Turbinenbetrieb treibt die Turbine den Motorgenerator und dieser erzeugt elektrische Energie. Die Pumpe ist dabei ausgekuppelt und steht still. Bei Pumpenbetrieb wird die Pumpe mittels der Kupplung mit dem Motorgenerator verbunden und von diesem, der nunmehr als Motor arbeitet, ange trieben. Die Turbine wird dabei mittels eines Ab sperrschiebers von der Wasserzufuhr getrennt und das Turbinenrad dreht sich frei in der Luft.
Beim Umschalten von Turbinenbetrieb auf Pum penbetrieb muss zuerst die Relativbewegung der Pumpe und des Motorgenerators beseitigt werden, damit die Kupplung eingeschaltet werden kann. Das wird entweder so ausgeführt, dass die Turbine mit dem Motorgenerator zum Stillstand gebracht wird, und die Kupplung im Stillstand eingeschaltet wird, oder es wird die Pumpe auf die Arbeitsdrehzahl des Motorgenerators gebracht, worauf das Einschalten der Kupplung stattfinden kann.
Die erstgenannte Massnahme hat den Nachteil, dass kurze Umschalt zeiten auf diese Weise nicht erreichbar sind wegen der langen Auslaufzeit der Turbine und des Motor- generators. Bei der zweiten, Umschaltweise muss die Pumpe mit einer zusätzlichen Antriebsvorrichtung versehen sein,
die dieser die bei Arbeitsdrehzahl zum Antrieb erforderliche Leistung zuzuführen imstande ist. Dazu dient z. B. eine an die Welle des Motor- generators angeschlossene hydraulische Kupplung, oder es könnte eine mit selbständiger Wasserzufuhr versehene Peltonturbine verwendet werden.
Beide Einrichtungen sind, da sie auf den Leerlauf-Lei- stungsbedarf der Pumpe dimensioniert sein müssen, der ungefähr 50 % des vollen Leistungsbedarfes der Pumpe bei Förderung beträgt, sehr kostspielig und beanspruchen viel Raum.
Es ist bekannt, die erfor- derliche Anwurfleistung der Pumpe dadurch herab zusetzen, dass das Wasser aus dem normalerweise unter dem Wasserspiegel des Entnahmebeckens be findlichen Pumpengehäuse durch Druckluft ver drängt wird. Diese Massnahme ist jedoch nicht über all anwendbar.
Auch ist die mit voller Drehzahl lau fende Pumpe bei nachträglicher Zufuhr von Wasser einer besonderen Beanspruchung ausgesetzt, die nicht immer erwünscht ist.
Nach der Erfindung werden die erwähnten Nach teile dadurch beseitigt, dass bei einem hydraulischen Speicherkraftwerk mit einer Maschinengruppe,
bei der an der Welle eines Motorgenerators direkt das Laufrad einer Turbine angeordnet und über eine aus rückbare Kupplung ein mit einer zusätzlichen An triebsvorrichtung versehener Rotor einer Pumpe an diese Welle anschliessbar ist, das Umschalten von Turbinen- bzw.
Phasenschieber- auf Pumpenbetrieb und umgekehrt bei einer gegenüber des Arbeitsdreh- zahl verminderten Drehzahl erfolgt, bei Antrieb der Pumpe mittels der zusätzlichen Antriebsvorrichtung.
Die Anordnung zur Ausübung des erfindungsge- mässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsvorrichtung des . Laufrades der Pumpe für höchstens 10 % der Leerlauf-Lei- stungsaufnahme des Laufrades bei Arbeitsdrehzahl dimensioniert ist.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeich nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Turbinen-Pumpen-Anlage mit Motor generator ; Fig. 2 ein Diagramm des Verlaufes der Drehzahl der Turbinen-Motorgenerator-Gruppe während der Auslaufzeit ; Fig. 3 ein Diagramm des Leistungsbedarfes des Pumpenlaufrades in Abhängigkeit von dessen Dreh zahl.
In Fig. 1 ist mit der Welle 1 eines Motogenera- tors 2 das Laufrad einer Wasserturbine 3 verbunden, deren Wasserzufuhr aus einem nicht gezeichneten Speicherbecken durch eine Rohrleitung 4 erfolgt, welche durch einen Schieber 5 absperrbar ist. Am anderen Ende der Welle 1 des.
Motorgenerators 2 ist der feste Teil einer ausrückbaren Zahnkupplung 6 befestigt. Der bewegliche Teil dieser ausrückbaren Zahnkupplung ist mit einer Welle 7 verbunden,
an der sich das Laufrad einer Peltonturbine 8 und das Laufrad einer Pumpe 9 befindet. Das Wasser wird der Pumpe 9 durch eine Saugleitung 10 zugeführt und wird durch eine Druckleitung 11 in das Spei cherbecken geführt. In der Druckleitung 11 ist ein Absperrschieber 12 angeordnet.
Der Peltonturbine 8 wird Druckwasser durch eine Rohrleitung 13, in der ein Absperrorgan 14 angeordnet ist, zugeführt. Die Zahnkupplung 6 ist mit einem Betätigungsmecha nismus 15 versehen. Der Motorgenerator 2 ist mittels eines Schalters 16 an das Netz 17 anschliessbar. Die Anlage ist unter dem Wasserspiegel des. Entnahme, beckens angeordnet.
Aus dem Gehäuse der Turbine 3 kann bei geschlossenem Schieber 5 das Wasser durch Zufuhr von Druckluft aus einer Druckluft- quelle 18 über ein Absperrorgan 19 verdrängt werden.
Bei Turbinenbetrieb ist die Kupplung 6 ausge rückt, der Absperrschieber 12 gesperrt und der Ab sperrschieber 5 geöffnet. Die Turbine 3 treibt den Motorgenerator 2 an, und dieser liefert elektrische Energie ins Netz 17.
Soll nun von Turbinenbetrieb auf Pumpenbetrieb umgeschaltet werden, so wird durch den Absperrschieber 5 die Wasserzufuhr zur Turbine eingestellt und der Motorgenerator 2 durch den Schalter 16 vom Netz 17 abgeschaltet. Die Um drehungen der Welle 1 beginnen sich zu verlang samen,
und zwar nehmen diese infolge der starken Bremswirkung der Wasserfüllung der Turbine an fänglich rasch ab (siehe Fig. 2). Gleichzeitig wird mit Hilfe der Peltonturbine 8 das Laufrad der Pumpe 9 beschleunigt und zwar auf eine Drehzahl von zirka 30 % der Arbeitsdrehzahl des Motorgenerators 2.
Erreicht nun die Welle 1 bei ihrer verzögerten Dreh bewegung die Drehzahl der Welle 7, so wird die Kupplung 6 eingerückt. Darauf wird der Schieber 5 der Turbine geöffnet und die gesamte Gruppe wird mit Hilfe der Turbine 3 bei geschlossenem Schieber 12 auf die Arbeitsdrehzahl gebracht.
Nach dem Er reichen dieser Arbeitsdrehzahl wird bei Synchronlauf der Motorgenerator 2 durch Schliessen des Schalters 16 ans Netz angeschlossen, und der Schieber 5 der Turbine geschlossen. Der Motorgenerator übernimmt den Antrieb der Pumpe 9, deren Schieber nunmehr geöffnet ist.
Das Laufrad der Peltonturbine 8, deren Wasserzufuhr nach dem Einrücken der Kupplung 6 durch Schliessen des Schiebers 14 unterbrochen wurde, dreht sich frei in der Luft, .ebenso wie das Laufrad der Turbine 3, aus deren Gehäuse das Was ser durch Druckluft verdrängt wurde.
Wie aus dem Diagramm in Fig. 2 ersichtlich ist, erfolgt ein Absinken der Drehzahl der Turbine 3 mit dem Motorgenerator 2 auf zirka 30 % der Ar beitsdrehzahl bedeutend schneller als auf den Still stand dieser Gruppe, da die Verzögerung etwa nach der im Diagramm dargestellten Kurve a verläuft.
Dazu kommt noch, wie in Fig. 3 gezeigt ist, dass der Antriebskraftbedarf des im Wasser sich drehen- den Laufrades der Pumpe 9 ungefähr von der dritten Potenz der Drehzahl abhängig ist und nach der Kurve b verläuft. Aus dem Diagramm ist ersichtlich,
dass die Antriebsleistung des Pumpenläufers und da her auch die von der Peltonturbine 8 zu liefernde Leistung bei 30 % der Arbeitsdrehzahl nur einige wenige Prozent, theoretisch 0,33 = 0,027, d. .h. 2,7 % der bei Arbeitsdrehzahl erforderlichen Leerlauflei- stung beträgt.
Es ist also möglich, bei einer derar tigen Anlage mit einer für ungefähr die gleiche Lei stung wie für das Anwerfen in der Luft dimensionier- ten Peltonturbine, d. h. einer sehr kleinen und billi gen Einrichtung, ein Umschalten von Turbinen- auf Pumpenbetrieb oder umgekehrt durchzuführen, und zwar in einer im Verhältnis zum Umschalten im Still stand verkürzten Zeit.
Beim Abschalten der Pumpe muss die Kupplung ebenfalls. entlastet werden. Auch das geschieht ana log zum Einschaltvorgang bei ca. 30 % der Dreh zahl, wobei zur Entlastung der Kupplung die Pelton turbine 8 dient.
Der Motorgenerator 2 kann auch als Phasen schieber verwendet werden, d. h., er läuft in diesem Fall an das Netz angeschlossen bei abgeschalteter Pumpe und mit in Luft drohender Turbine. Soll von Phasenschieberbetrieb auf Pumpenbetrieb umge schaltet werden, so wird der Schalter 16 geöffnet und die Pumpe mittels der Peltonturbine 8 auf zirka 30 % der Arbeitsdrehzahl gebracht.
Dabei kann vor- teilhafterweise das Gehäuse der Turbine 3 mit Was ser gefüllt werden, um den Motorgenerator 2 rascher abzubremsen. Erreicht der Motorgenerator 2 die Drehzahl der Pumpe 9, wird die Kupplung 6 einge- schaltet und die ganze Gruppe mittels der Turbine 3 auf Arbeitsdrehzahl gebracht.
Nach dem Einschal- ten des Schalters 16 bei Synchronlauf wird der Schieber 5 der Turbine 3 geschlossen und deren Ge häuse mit Luft gefüllt. Es versteht sich, dass. ausser der im vorliegenden Beispiel erwähnten Peltonturbine der Antrieb des Läuferrades der Pumpe 9 auch durch andere Mittel, z.
B. durch einen Elektromotor, erfolgen kann. Dabei besteht ebenfalls der Vorteil, dass diese für höch stens 10 % der Leerlauf-Antriebsleistung der Pumpe bei Arbeitsdrehzahl ausgelegt werden brauchen.