DE1784835C

DE1784835C - Gerat fur optimale Bewirtschaftung von Pumpspeicherbecken, die auf Stauraumen von Laufwässerkraftwerken aufgebaut sind

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Publication number: DE1784835C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
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Description

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Die zunehmende Bedeutung der Hachdruckspitzenkraftwerke mit den großen Momentanreserven der Jahresspeicher führen bei der Energieversorgung dazu, die vorhandenen Energiequellen so sinnvoll wie möglich auszunutzen. Aus diesem Grunde werden seit einiger Zeit Hochdruckspitzenkrafiwerkc mit Laufwasserkraftwerken hydraulisch koordiniert. Das Laufwasserkraftwerk erhält die zusätzliche Aufgabe, das Pumpspeicherbecken zu bewirtschaften und wird damit auch zu einem Regulierwerk. ίο

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die optimale Bewirtschaftung von Pumpspeicherbecken, die auf Stauräumen von Laufwasserkrartwerken aufgebaut sind.

Bei derartigen Pumpspeicherbecken, die auf Stauräumen von großen Flüssen aufgebaut sind und von mehreren 100 m^:! Wasser pro Sekunde durchflossen werden, ist die kontinuierliche Anzeige des rechnerisch ermittelten Pumpspeicherpegelstandes — im folgenden als Sohwertpegelstand bezeichnet —, der ao als Richtwert für die Einhaltung der Vorschriften der wasserwirtschaftlichen Behörden (Konzessionsbedingungen) erforderlich ist, die aus Rücksicht auf die flußabwärts folgenden Laufwasserkraftwerke und die Schiffahrt erlassen wurden. as

Bei der hydraulischen Koordinierung eines Hochdruckspitzenkraftwerkes mit einem Laufwaiserkraftwerk ist das Pumpspeicherbecken des Hochdruckspitzenkraftwerkes auf dem Stauraum des Laufwasserkraftwerkes '.ufgebaut in Form einer Erhöhung des Stauraumes. Im Pumpspeicherbecken wird das Turbinenwasser des Hochdruckspitzenkraftwerkes aufgespeichert. Ist überschüssiger .S rom im Versorgungsnetz vorhanden, wird das aufgespeicherte Wasser über eine Druckleitung in das höherliegende Jahresspeicherbecken gepumpt. Diese Jahresspeicher haben in der Regel auch natürliche Wasserzuflüsse aus dem umliegenden Gebirge. Entspricht die Abflußwassermenge des Laufwasserkraftwerkes genau der natürlichen Zuflußwassermenge in den Stauraum des Lnufwasserkraftwerkes, so wird diese Abflußwassermenge als »fließende Welle« bezeichnet. In diesem Falle herrscht im Stauraum des Laufwasserkraftwerkes Beharrungszustand.

Bei starkem Einsatz des Hochdruckspitzenkraftwerkes. bedingt durch die Netzverhältnisse im Verbundbetrieb, reicht das Volumen des Pumpspeicherbeckens nicht aus. Ein Teil des Turbinenwassers aus dem Hochdruckspitzenkraftwerk wird danin als konstante Abgabewassermenge in m^;l/s dem Abfluß des Laufwasserkraftwerkes bzw. de fließenden Welle hinzugegeben. Sind im Versorgungsnetz größere, überschüssige Energiemengen vorhanden, so reicht das im Pumpspeicherbecken gespeicherte Pumpwasscr nicht aus, weshalb im Laufwassei kraftwerk cine Rückhaltung gemacht wird. Ein Teil iJes natürlichen Wasserzuflusses in den Stauraum des I.aufwasserkraftwerkes wird dann als konstante Rück· hallewasscrmenge in nWs für Pumpzwecke zur Verfügung gestellt. So

Der Oberwasserpcgclstand des Laufwasserkraft· werkes, im folgenden als »Istpegelstand« bezeichnet, wird mittels Fernübertragung im Lnufwasserkraftwerk angezeigt und wird für den dauernden Vergleich mit dem Sollwcrtpegelstand des Pumpspeicher- 6s beckens benötigt. Im Hochdruckspitzenkraftwerk ist an den Turbinen und Pumpen eine Wasserrncngendurchfluß-Meßeinrichtung vorhanden, deren Meß werte über eine Fernübertragung in das Laufwasserkraftwerk für die Bewirtschaftung des Pumpspeicherbeckens übertragen werden.

Nach dem Stand der Technik ist für die richtige Bewirtschaftung solcher Pumpspeicherbecken eine in regelmäßigen Zeitabständen sich immer wiederholende, zeitraubende Rechenarbeit für die Ermittlung des Sollwertpegelstandes notwendig, wobei Rechenfehler und Fehlregulierungen nicht vermeidbar sind. Da ferner bei ausgeführten elektrischen Meß- und Regeleinrichtungen die Möglichkeit der Berücksichtigung für konstante Abgabewassermengen und RückhaltewasscrnTcngen in Laufwasserkrafiwerken (nach Konzessionsbedingungen) sowie die Turbinen- und Pumpenwassermengen von Hochdruckspitzenkraftwerken nicht gegeben ist, wird über eine mechanische Einrichtung diese Größe (Sollwert) ermittelt, mit deren Hilfe die Wasserdurchflußänderung an Turbinen- oder Wehröffnungen vorzunehmen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe man in der Lage sein soll, mechanisch aus der dem Pumpspeicherbecken

1. zugeführten Turbinenwassennenge (in das Pumpspeicherbeckeo),

2. der entnommenen Pumpenwassermenge (aus dem Pumpspeicherbecken),

3. der Abgabewassermenge des nicht zu speichernden Turbinenwassers des Hochdruckspitzenkraftwerkes durch das Laufwasserkraftwerk,

4. der Kückhaltewassermenge (im Laufwasserkraftwerk)

den Sollwertpegelstand kontinuierlich zu bilden, unter Berücksichtigung der volumenmäßigen Veränderung des Pumpspeicherbeckens für den momentanen Vergleich mit dem Istwertpegelstand.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Differentiale gelöst, da es sich

a) bei der zugeführten Turbinenwassennenge des Hochdruckspitzenkraftwerkes um einen Aufstau = positiver Wert,

b) bei der vom Hochdruckspitzenkraftwerk entnommenen Pumpenwassermenge aus dem Pumpspeicherbecken um eine Absenkung = negativer Wert,

c) bei der Abgabe von Turbinenwasser des Hochdruckspitzenkraftwerkes aus dem Pumpspeicherbecken durch das Laufwasserkraftwerk um eine Absenkung = negativer Wert,

d) und bei der RUckhaltung aus dem natürlichen Zufluß in den Stauraum für die Auffüllung des Pumpspeicherbeckens um einen Aufstai positiver Wert,

bezogen auf das Pumpspeicherbecken, handelt. Der Soilwertpcgelstand wird hiervon kontinuierlich gebildet.

Die Summe bzw. Differenz wird dtircih die Oegenlüungkcit der Antriebsmotoren und über zwei Differentiale gebildet. Beim dritten Differetitiul erfolgt der Gesamtabgleich und die Anzeige des Sollwertpegelstandes auf einer Skala mit gleichzeitiger Gegenüberstellung des Istwertpegelstandes.

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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind folgende:

Einsparung von Arbeitsplätzen,
Vermeidung von Rechenfehlern und Fehlregulierungen.

Der Sollwertpegelstanri wird kontinuierlich gebildet. Auftretende Abweichungen von Sollwert- und Istwertpegelstand sind sofort zu erkennen, und die erforderlichen Maßnahmen für die Übereinstimmung" der beiden Pegelstände können frühzeitig eingeleitet werden. Dadurch wird eine optimale Bewirtschaftung des Pumpspeicherbeckens erreicht.

Die vorgeschlagene Vorrichtung erlaubt es, den Vergleich der maßgeblichen Pegelstände über einen längeren Zeitraum hin zu verfolgen, wenn an der Skala 15 ein Registrierstreifen vorbeigeführt wird und die Zeiger 14 a und 18 a mit entsprechenden Schreibstiften versehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend uiäutert.

Die Drehzahl des Motors 1 wird von der Turbinendurchfluß-Meßeinrichtung des Hochdruckspitzenkraftwerkes über die Femübertragung 2 gesteuert (Drehrichtung des Motors nach rechts bedeutet Aufstau des Pumpspeicherbeckens). Die Drehzahl des Motors 3 wird von der Pumpeudurchfluß-Meßeinrichtung des Hochdruckspitzenkraftwerkes ebenfalls über die Fernübertragung 2 gesteuert (Drehrichtung des Motors nach links bedeutet Absenkung des Pumpspeicherbeckens). Dem Ankerdrehwinkel der beiden Motoren 1 und 3 sind gleich große Wassermengen zugeordnet. Diese beiden gegenläufigen Motoren arbeiten über Winkelgetriebe auf das Differential 4. Die Umdrehungsdifferenz dieser beiden Motoren wird auf die Resultatwelle 5 über Winkelgetriebe auf das Abgleichdifferential 6 übertragen. An der Skala 7 kann die in m³/s gewünschte Abgabe-Wassermenge eingestellt werden. Es handelt sich hierbei um Wassermengen, die von den Turbinen des Hochdruckspitzenkraftwerkes in das Pumpspeicherbecken abgegeben werden, die aber für Pumpzwecke nicht benötigt werder, sondern über die Turbinen des Laufwasserkraftwerkes oder bei Vollbeaufschlagung dieser Turbinen über das Stauwehr als konstante, zusätzliche Wassermenge in m^s/s abgegeben werden. An der Skala 8 kann die gewünschte Rückhalte-Wassermenge in m'/s für den Aufstau des Pumpspeicherheckens eingestellt werden, die von dem natürlichen Zufluß in den Stauraum des Laufwasserkraftwerkes zurückgehalten wird. Dies bedeutet, daß der Wasserabfluß beim Laufwasserl.raftwerk kleiner ist als der natürliche Zufluß in den Stauraum des Laufwasserkraftwerkes. Die beiden Motoren 9 und 10 werden von der elektrischen Zuleitung 19 versorgt. Bei den Motoren 1, 3, 9 und 10 muß die dem Ankerdrehwinkel zugeordnete Wassermenge gleich groß sein, damit die richtige Funktion der Einrichtung gewährleistet ist, An den Skalen 7 und 8, die in m³/s geeicht sind, erfolgt die Drehzahleinstellung der Motoren 9 und 10. Sind als Beispiel bei den

ίο Motoren 9 und 10 dem Ankerdrehwinkel von 360° = 1 Ankerumdrehung die Wassermenge von 1 m³ zugeordnet, so müssen die Motoren 9 und 10 bei einer Einstellung an den Skalen 7 oder 8 von 10 nr'/s zehn Ankerumdrehungen pro Sekunde ausführen.

Die beiden gegenläufigen Motoren 9 und 10 arbeiten über Winkelgetriebe auf das Differential 11. Die Resultatwelle 12 überträgt die Drehzahldifferenz über Winkelgetriebe auf das Abgleichdifferential 6. Hier erfolgt der Gesamtabgleich df dem Stauraum

^ao 1. zugeführten Turbinenwasse; menge des Hochdruckspitzenkraftwerkes über Motor 1 in m³; 2. der entnommenen Pumpenwassemienge des Hochdruckspitzenkraftwerkes über Motor 3 in m³;
3. der eingestellten Abgabe-Wassermenge in m³/s

(Handeinstellung an Skala 7 über Motor 9);
4. der eingestellten Rückhalte-Wassermenge in m^:l/s (Handeinstellung an Skala 8 über Motor 10).

Unter Berücksichtigung dieser vier Werte wird der Sollwert gebildet und über die Resultatwelle 13 auf die Aufwickeltrommel 14 übertragen und mit Zeiger 14a an der Skala 15 angezeigt. Die Skala 15 ist nach dem Pumpspeicherinhalt in Kubikmeter und unter Berücksichtigung des Pumpspeicher-Volurnenverhältnisses auch nach Höhenkoten geeicht, wobei diese beiden Meßgrößen auf Übereinstimmung zu bringen sind. Für die Gegenüberstellung des Sollwertpegelstandes an der Skala 15 mit dem Istwertpegelstand wird über die Fernmeßleitung 16 der Istwertpegelstand auf den Empfängermoior 17 über die Aufwickeltrommel 18 mit dem Zeiger 18a an d;r Skala 15 zur Anzeige gebracht. G in der Figur en'spricht einem Fallgewicht Als Beispiel sei in der Figur den

Motoren 1, 3, 9 und 10 dem Ankerdrehwinkel von 360° die Wassermenge von 1 m^s zugeordnet. Die Wasserspiegelfläche des Pumpspeicherbeckens wird angenommen mit 100· 10³ m², so verändert sich bei einer Wasserzuführung oder Wasserentnahm? (durch

das Hochdruckspitzenkraftwerk) von 1000 m³ der Soliwertpegelstand an der Skala 15 um einen Stauraumzentimeter.

Beispiel 1

Die vom Hochdruckspitzenkraftwerk 7ugeführte

Turbinenwassermenge — l· 180· 10³ m³ = 180· 10-¹ Ankerumdrehungen entnommene Pumpenwassermenge = - 120· 10* m^g — 120 · IQ³ Ankefumdrehungen

Differenz — + Sollwertpegelanstieg = +

60 · ΙΟ³ Ankerumdrehungen

cm (Aufstau)

Beispiet 2

Eingestellte Rückhalte-Wassermenge 5 rrtVs Zeitdauer 1 Stunde Handeinstellung an Skala 8 auf 5 mVs Drehzphl des Motors 10 = 5 Umdr./Sek.

RUckhalte-Wassermenge 5 m"/s 3600 s = 18 · 10» m» = 18 · lö·' m» Ankerumdrehungen Sollwertpegelatistieg - + 18 cm (Aufstau) pro Stunde

)ic Abgabewassermenge wird an der Skala 7 einteilt. Der negative Wert (Absenkung) wird durch gegenläufige Drehrichtung des Motors 9 erreicht.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur mechanischen, kontinuierlichen Ermittlung des Sollwcrtpegelstandes und dessen Vergleich mit dem Istwertpegelstand eines Laufkraftwerkes, dessen Slauraum zugleich zum Teil Bestandteil eines Pumpspeicherbeckens eines Hochdruckspitzenkraftwerkes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe bzw. Differenz der Durchflußwassermengen der Turbinen und Pumpen des Hochdruckspitzenkraftwerkes, welche durch an sich bekannte Meßeinrichtungen erfaßbar sind, als Ausgangsgrößen für die Winkelgeschwindigkeit von gegensinnig zueinander antreibbaren Motoren (1, 3) dienen und die Wellen der Motoren (1,3) über Winkelgetriebe (la, 3a) ao mit einem Differential (4) in Verbindung stehen, dessen Resultatwelle (5) über einen Winkeltrieb (5 a, Sb) mit einem Abgleichdifferential (6) in Verbindung steht, welches über einen Winkeltrieb (i2b, 12α) mit der Resultatwelle (Ti2) eines Differentials (11) in Verbindung steht, das über Winkeltriebe (9a, 10a) mit zwei gegensinnig zueinander antreibbaren Motoren (9,10) antreibbar ist, deren Winkelgeschwindigkeit und Wassermenge der der Motoren (1, 3) entspricht, und den Motoren (9, 10) Einstellvorrichtungen (7, 8) vorgeschaltet sind, mit deren Hilfe die am Laufkraftwerk gewünschte Abgabe- und Rückhaltewassermcngen als Drehwinkelgröße der Motoren (9,10) einstellbar sind, und die vom Abgleichdiffercntial (6) ausgehende Resultatwelle (13) mit einer Anzeigevorrichtung (14,14a, G) versehen ist, deren Zeiger eine Meßskala (15) zugeordnet ist, welche so geeicht ist, daß ein Zentimeter Teilstrich der Skala einer für die Bemessung des Inhaltes des Stauraumes maßgeblichen Größe in Kubikmetern entspricht, und darüber hinaus eine den Istwertpegelstand auf der Skala (15) anzeigende Fernanzeige (16, 17, 17a, 18) vorgesehen ist, deren Zeiger (18a) dem Zeiger (14a) auf der Skala (15) gegenüberliegend angeordnet ist; die beiden Motoren (9,10) werden von der elektrischen Zuleitung (19) versorgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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