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Hydroelektrische Speicherkraftanlage mit Turbine, motor-Generator
und mit demselben durch eine Kupplung ein- und ausrückbar verbundener Kreiselpumpe
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydroelektrische Speicherkraftanlage mit Turbine,
Motor-Generator und mit demselben durch eine Kupplung ein- und ausrückbar verbundener
Kreiselpumpe und besteht darin, daß für plötzliche Umschaltung von Pumpenbetrieb
auf Turbinenbetrieb während der Umschaltung mindestens. so lange, bis die Wassersäule
in der Druckleitung ihre Strömungsrichtung geändert hat, der Betrieb der Turbine
durch einen Hilfsenergiespeicher, der gegenüber dem Wasser in der Druckleitung eine
bedeutend geringere Massenträgheit zu überwinden hat, eingeleitet bzw. aufrechterhalten
wird. Durch Spannungsabfall, Frequenzverminderung oder Belastungszunahme kann im
Leitungsnetz des Motor-Genemtors während des Pumpenbetriebes selbsttätig ein Relais
ausgelöst werden, das einerseits das Abschlußorgan in der Pumpendruckleitung schließt
sowie die Pumpenkupplung auslöst und das Abschlußorgan in der Turbinendruckleitung
sowie den Leitapparat der Turbine öffnet, während die Öffnung eines zwischen dem
Hilfsenergiespeicher und der Turbine vorgesehenen Ahschlußorgans selbsttätig erfolgt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
an einem Teil einer hydroelektrischen Anlage schematisch dargestellt.
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Der Motor-Generatori ist einerseits mit der Turbine 2 gekuppelt, anderseits
kann er durch eine z. B. als Magnetkupplung q. ausgebildete, ein- und ausrückbare
Kupplung mit einer Pumpe 3 gekuppelt werden. Durch Leitungen 6 ist der Motor-Generator
i mit einem nicht gezeichneten elektrischen Leitungsnetz verbunden. Bei Pumpenbetrieb
treibt der Motor-Generator i als Motor die Kreiselpumpe 3, welche aus dem Unterwasserkanal
7 durch die Saugleitung 8 Wasser ansaugt und dasselbe durch die Pumpendruckleitung
9, in welcher ein Abschlußorgan i i angeordnet ist, in die Druckleitung i o und
in die z. B. in der Form eines Stausees oder natürlichen Sees vorgesehene Wasserspeicheranlage
fördert. An die Druckleitung io ist die Turbinendruckleitung 12 angeschlossen, welche,
mit einem Abschlußorgan13 versehen, einerseits mit einem Hilfsenergiespeicher 5
und anderseits mit der Turbine 2 in Verbindung steht. Das der Turbine entströmende
Wasser wird durch ein Saugrohr 1 ¢ in den Unterwasserkana17 geführt. Die Abschlußorgane
i i und 13, die Kupplung q. zwischen Motor-Generator und Pumpe und ein auf den (nicht
gezeichneten) Leitapparat der Turbine wirkender Servomotor 15 sind an eine gemeinsame
elektrische Steuerleitung 16 angeschlossen, die ihrerseits von dem durch die Spannung
oder Frequenz der Leitung 6 beeinflußten Relais. 17 gesteuert wird.
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Bei Pumpenbetrieb erhält der Motor-Generator Strom aus dem elektrischen
Leitungsnetz 6. Das Abschlußorgan 13 ist dabei
geschlossen, währenddem
das Abschlußorgan i i geöffnet und die Kupplung ¢ eingerückt ist. In dieser Stellung
läuft das. Turbinenlaufrad in dem mit Luft gefüllten Turbinengehäuse leer mit, währenddem
die Pumpe 3 aus dem Unterwasserkanal 7 das Wasser durch die Leitungen 8, 9 und io
in die Speicheranlage pumpt.
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Bei einer plötzlichen Belastungsvermehrung des elektrischen Leitungsnetzes
oder dem unmittelbaren Ausfallen eines Teiles der Krafterzeugungsanlage fällt die
Spannung und die Frequenz im Leitungsnetz und in der Leitung 6, wodurch das Relais
17 ausgelöst wird. Die Auslösung des Relais bewirkt vermittels der Leitung
16 die sofortige Entkupplung der Pumpe 3, ferner wird das Abschlußorgan i i geschlossen,
das Abschlußorgan 13 geöffnet und !der Leitapparat der Turbine 2 durch den
Servomotor 15 in vollständig geöffnete Stellung gebracht. Diese Umschaltung bremst
die Wasserförderung der Pumpe 3 augenblidklich auf Null ab, während die Wassersäule
in der Druckleitung 9, i o infolge ihrer Massenträgheit sich noch einige Zeit aufwärts
bewegt, bis die kinetisiche Energie, der Wassersäule vernichtet ist.
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Gemäß der Erfindung wird nun erreicht, daß während der Abbremsung
der Wassersäule die Turbine 2 bereits durch Wasser beaufschlagt wird, indem die
Einleitung des Turbinenbetriebes durch das dem nahe bei der Turbine angeordneten
Hilfsenergiespeicher 5 entnommene Wasser erfolgt.
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Durch das Öffnen des Schiebers 13 entsteht in der Turbinendruckleitung
12 gegenüber dem Speicher 5 ein Unterdruck, so daß die Rückschlagklappe i9 sich
selbsttätig öffnet (gestrichelt gezeichnete Stellung) und das aufgespeicherte Wasser
durch die im Speicher komprimierte Luft in die Turbine gedrückt wird. Mittlerweile
ist das Wasser in der Leitung io abgebremst und in abwärts gehender Richtung beschleunigt
worden, so daß nach einer durch die Bemessung der Druckleitung bestimmten Zeit dieses
Wasser für den Betrieb der Turbine zur Verfügung steht. Sobald :der Druck in der
Leitung 12 wieder größer ist als der Druck im Hilfsspeicher 5, wird die Rückschlagklappe
i9 selbsttätig geschlossen und der Speicher durch eine Umleitung i g, deren Querschnitt
nur einen Bruchteil des Querschnitts der Druckleitung beträgt, wieder lengsa in
mit Wasser gefüllt. Die Turbine 2 treibt nun den Motor-Generator als Generator,
welcher das elektrische Leitungsnetz 'durch die Kraftleitung 6 mit Energie beliefert.
Die Belastung des Leitungsnetzes ist durch die Abschaltung der Pumpe gesunken, und
außerdem wird nach Einschalten der Turbine noch weitere Energie zugeführt, so daß,die
Schwankung kompensiert wird, ohne daß irgendein Teil Schaden nim_nt. Sobald die
Belastungsverhältnisse im letzteren wieder normal sind, kann das Aggregat i,
2,3 von Hand oder gegebenenfalls selbsttätig in Abhängigkeit von der Netzspannung,
der Frequenz oder der Belastung der übrigen Generatoren wieder auf Pumpenbetrieb
umgeschaltet werden.
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An Stelle der elektrischen Steuerung der Schieber i i und 13, der
Kupplung q. und des Servomotors 15 kann auch eine Steuerung auf hydraulischem Wege
vorgesehen sein, welche durch ein an die Leitung 6 angeschlossenes Relais beeinflußt
wird. An Stelle des Spannungsrelais können andere Relais vorgesehen sein, die in
Abhängigkeit der Frequenz im Leitungsnetz oder der Stromstärken der das elektrische
Leitungsnetz beliefernden Generatoren beeinflußt werden. Es können .ebenfalls Leitungen
2 i angeordnet werden, mittels welcher die ganze Speicherkraftanlage von einer Fernsteuerzentrale
selbsttätig oder von Hand gesteuert werden kann. Die Anlage kann auch selbsttätig
auf Speicherbetrieb umgeschaltet werden. Dazu ist in der Turbinenleitung 12 eine
gestrichelt gezeichnete Leerschußvorrichtung 22 vorgesehen, welche ebenfalls in
Abhängigkeit von der Spannung oder der Frequenz in der Leitung 6 oder der Belastung
im elektrischen Leitungsnetz durch ein Relais .gesteuert wird.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die bisher zur Übernahme von
Belastungsspitzen vorgesehenen elektrischen oder thermischen Hilfsmaschinen, welche,
um stets bereit zu sein, dauernd ohne Belastung mit denn Netz synchron mitlaufen
müssen und nicht nur gewissermaßen totes Kapital darstellen, sondern noch für den
Leerlauf Energie benötigen, :überflüssig werden. Da durch die Erfindung eine plötzliche
Umschaltung von Pumpenbetrieb auf Turbinenbetrieb möglich wird, kann,die zum Ausgleich
der Belastungsschwankungen dienende Anlage bei normaler Belastung als Antrieb für
die Speicheranlage laufen, die überschüssige Energie also verwenden, während bei
Überschreitung der Belastungsgrenze aber sofort auf volle Deckleistung zur Erzeugung
und Abgabe von Kraft umgeschaltet wird.