CH654626A5

CH654626A5 - Verfahren zum anfahren eines pumpspeicherwerkes im pumpenbetrieb.

Info

Publication number: CH654626A5
Application number: CH9553/80A
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: 1986-02-28
Also published as: US4363597A; DE3048854A1; JPS5696170A; DE3048854C2; JPS6156429B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Pumpspeicherwerkes im Pumpenbetrieb gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für das Betriebs- und Arbeitsverhalten einer Einzeldrehzahl-Pumpenturbine gilt ganz allgemein, dass sich der mit dem höchsten Wirkungsgrad oder der höchsten Leistung verbundene Arbeitspunkt beim Trubinenbetrieb vom Arbeitsverhalten als Pumpe unterscheidet.

So ist ganz besonders die Netto-Druckhöhe, bei der die Pumpenturbine während der Verwendung als Turbine mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet, grösser als die gesamte Druckhöhe für den Fall, dass die Pumpenturbine mit maximalem Wirkungsgrad als Pumpe arbeitet. In der Praxis ist in einem Pumpspeicher-Wasserkraftwerk demgegenüber jedoch die Netto-Druckhöhe der Turbine während des Turbinenbetriebes kleiner als die gesamte Druckhöhe beim Pumpenbetrieb, 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 betrieben, der der höchsten Leistung oder dem höchsten Wirkungsgrad entspricht, dann wird bei Pumpenbetrieb mit einem niedrigen Wirkungsgrad oder mit einer niedrigen Leistung gearbeitet. Vor kurzem 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, um den bei Pumpenbetrieb sonst niedrigen Wirkungsgrad der Pumpenturbine zu verbessern. Die Hilfspumpe (booster pump) wird dabei derart in Betrieb genommen und gefahren, dass sie über den von der Pumpenturbine erzeugten Druck hinaus einen Teil der Druckhöhe oder des Druckes erzeugt, der erforderlich ist, wenn das Pumpspeicher-Wasserkraftsystem mit maximaler Leistung oder mit maximalem Wirkungsgrad arbeiten soll. Um wirtschaftlich gerechtfertigt zu sein, müssen Pumpspeicher-Wasserkraftanlagen einen hohen Wirkungsgrad haben. Für die Entwicklung eines geeigneten Verfahrens, das für das Betreiben einer reversierbaren Ein-zeldrehzahl-Pumpenturbine bestimmt ist, ist deshalb ein recht starker Bedarf gegeben. Was das Betreiben einer reversierbaren Einzeldrehzahl-Pumpenturbine mit einer Hilfspumpe (booster pump) betrifft, so steht man jedoch immer wieder vor vielen technischen Problemen. Dies gilt auch für das Verfahren der genauen Steuerung und Regelung, und dies ganz besonders im Hinblick auf den Pumpenbetrieb,

weil die Steuerung und Regelung des Pumpenbetriebes sehr kompliziert ist.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Pumpenturbine und die Hilfspumpe (booster pump) im Pumpenbetrieb hintereinander und in Reihe einfach und weich angefahren und in Betrieb genommen werden können, und dies ohne komplizierte Anfahr- und Starttechnik.

Dies wird erfindungsgemäss durch die im Patentanspruch 1 angeführten Merkmale erreicht. Die Ansprüche 2 und 3 geben besondere Ausführungsarten des erfindungsgemässen Verfahrens an.

Die Erfindung soll nachstehend 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 Ablauf-wasserführungstunnel 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 ist 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 Antriebseinheit 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 Auslasseite 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

2

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

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60

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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 Trubinenbetrieb der Pumpenturbine 1 wird das Ventil 10 zunächst einmal in den mit gestrichelter Linie wiedergegebenen Schliesszustand gebracht, so dass die Zweigleitung 7 geschlossen und abgesperrt ist. Demgegenüber wird das Ventil 11 in den mit gestrichelter Linie wiedergegebenen Öffnungszustand gebracht, was wiederum zur Folge hat, dass der Wasserabführungstunnel 5 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 verbunden ist und 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 Wasserabführungs-tunnels 5 auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6. In Fig. 1 ist diese Position mit Vollinien 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 pumpenturbinen-seitigen 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 ein verbessertes Verfahren zum Anfahren und Starten von Pumpenturbine 1 und Hilfspumpe (booster pump) 9 im Pumpbetrieb - dieses Verfahren als Erfindungsgegenstand - in aller Ausführlichkeit beschrieben und erläutert werden:

Zunächst einmal wird ein (nicht dargestelltes) Ventil auf der Auslasseite der Pumpenturbine 1 geschlossen, wird das Ventil 10 in die mit Vollinie gekennzeichnete Position gebracht, wird das Ventil 11 in die mit Vollinie dargestellte Position gebracht, was wiederum zur Folge hat, dass die Zweigleitung 7 geöffnet wird, dass weiterhin der Teil des Wasserabführungstunnels 5, der zur Zweigleitung 7 parallel angeordnet ist, geschlossen und abgesperrt wird. Das Innere der Pumpenturbine 1 steht dadurch über die Zweigleitung 7 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 in Verbindung. Nun wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor aus zum Absenken des Wasserspiegels dem Inneren der Pumpen-5 turbine 1 Druckluft zugeführt. Sobald der Wasserstand bis unter den Turbinenrotor oder unter die Turbinenrotoren abgesenkt ist, wird die Pumpenturbine 1 von einem internen Anlassermotor kleiner Leistung eingeschaltet und in Luft gestartet. Nach dem Hochfahren der Pumpenturbine 1 auf io eine vorgegebene Solldrehzahl wird eine Verbindung zu einer (nicht wiedergegebenen) Vakuumpumpe hergestellt, wobei dann auch das Absaugen der Luft beginnt. Nach dem vollständigen Absaugen der Luft bzw. nach Beendigung des Luftabsaugvorganges wird durch eine im Inneren eingebaute ls Antriebseinheit 8 die Hilfspumpe (booster pump) 9 in Wasser eingeschaltet und in Berieb genommen. Sobald die Hilfspumpe (booster pump) 9 auf die vorgegebene Solldrehzahl hochgefahren worden ist, wird diese Hilfspumpe (booster pump) 9 dem äusseren Elektrosystem parallel geschaltet. 20 Nun wird das Ventil an der Auslasseite der Pumpenturbine 1 in den Öffnungszustand gebracht, wobei die hintereinander oder in Reihe geschalteten Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 dann im Pumpenbetrieb arbeiten. Fig. 2 zeigt die Zeitsequenzen des zuvor beschriebenen Verfahrens. 25 In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sowohl das Ventil 10 als auch das Ventil 11 nur dann angesteuert und dadurch geöffnet oder geschlossen werden, wenn das auslasseitige Ventil der Pumpenturbine 1 geschlossen ist und wenn weder die Pumpenturbine 1 noch die Hilfspumpe 9 30 arbeitet, d.h. wenn weder im Wasserabführungstunnel 5 noch in der Zweigleitung Wasser vorhanden ist oder Wasser strömt. Die Ventile 10 und 11 können deshalb auch zum Öffnen oder Schliessen sicher und leicht sowie mit nur geringfügiger Leistungsaufnahme betätigt werden. 35 Darüber hinaus ist die Hilfspumpe (booster pump) 9 in der Zweigleitung, die zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den gleichen Wasserdurchlass angeschlossen ist, dann nicht in Betrieb, wenn die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb an Luft angefahren und zum äusseren Elektrosystem parallel 40 geschaltet wird. Und das ist genau der Grund, weshalb die Pumpenturbine 1 in Luft als Pumpe weich und stabil und ohne Aufrühren des abgesenkten Wasserspiegels angefahren und in Betrieb genommen werden kann.

45 Auch die Hilfspumpe (booster pump) 9 wird zum äusseren Elektronetz parallel geschaltet, wenn das Ventil 10 geöffnet ist und wenn die Hilfspumpe 9 zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den gleichen Wasserdurchlass angeschlossen ist. Das bedeutet, dass die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe so (booster pump) 9 nacheinander dadurch in Reihe gestartet und als Pumpe angefahren werden können, und zwar dadurch, dass zunächst einmal das Ventil an der Auslasseite der Pumpenturbine 1 geschlossen wird, wobei dieses Anfahren als Pumpe dann einfach ist und ohne aufwendige 55 und komplizierte Starttechnik erfolgen kann.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Hilfspumpe (booster pump) 9 dann sofort in Wasser in Betrieb genommen und angefahren, wenn das Absaugen der 60 noch in der Pumpenturbine 1 befindlichen Luft abgeschlossen ist. In alternativer Weise kann die Hilfspumpe (booster pump) 9 jedoch auch dann in Betrieb genommen und angefahren werden, wenn mit dem Absaugen der Luft begonnen worden ist oder wenn das Absaugen der Luft statt-65 findet (Fig. 3). Im letzteren Falle wird der durch die Drehbewegung oder Kreiselbewegung der Hilfspumpe (booster pump) 9 erzeugte Wasserdruck dem Wasserabführungsrohr der Pumpenturbine 1 zugeführt, so dass der Luftabsaugdruck

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in der Pumpenturbine 1 erhöht wird und dass der Vorgang der Luftabsaugung schnell beendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Zeitraum zwischen dem Betriebsbeginn und dem Anfang des Laufes mit der vorgegebenen Soll-drehzahl des Pumpenbetriebes kürzer sein als bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Die mit Fig. 1 wiedergegebene Pumpspeicher-Wasserkraftanlage ist zwar an beiden Enden des Zweigrohres oder der Zweigleitung 7 mit dem Wasserabführungstunnel 5 verbunden, dennoch kann die Erfindung auch bei einer Pumpspeicher-Wasserkraftanlage Anwendung finden, bei welcher die Zweigleitung 7 direkt mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbunden ist.

s Es dürfte klar sein, dass aufgrund des zuvor Beschriebenen zahlreiche Modifikationen und Änderungen möglich sind. Es sollte deshalb klar sein, dass im Rahmen der Patentansprüche die Erfindung auch anders verwirklicht und realisiert werden kann, als dies in der Patentbeschreibung beschrieben io worden ist.

B

3 Blatt Zeichnungen

Claims

654626 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Anfahren eines Pumpspeicherwerkes im Pumpenbetrieb, wobei das Speicherwerk eine reversierbare Einzeldrehzahl-Pumpenturbine, die mit einer zwischen einem oberen Wasserhaltungsbecken und einem unteren Wasserhaltungsbecken geführten Hauptwasserführungslei-tung 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 zugeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem das erste Ventil und der genannte Abschnitt der Hauptwasserführungsleitung (3, 4,5) geschlossen worden sind und die Zweigleitung (7) geöffnet worden ist, die Pumpenturbine (1) zuerst in Luft als Pumpe angefahren und auf eine erste vorgegebene Drehzahl hochgefahren wird, danach das Absaugen der im Inneren der Pumpenturbine (1) vorhandenen Luft vorgenommen wird und die Hilfspumpe (9) angefahren und auf eine zweite vorgegebene Drehzahl hochgefahren wird, bevor das erste Ventil geöffnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspumpe (9) dann angefahren wird, wenn der Luftabsaugvorgang abgeschlossen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspumpe (9) in Wasser angefahren wird.