NO331329B1 - Fluidkjolt lastmotstand for bruk ved energiproduksjon og anvendelse av denne - Google Patents

Description

FLUIDKJØLT LASTMOTSTAND FOR BRUK VED ENERGIPRODUKSJON OG

ANVENDELSE AV DENNE

Oppfinnelsen angår en anordning ved en elektrisk lastmotstand. Mer spesielt angår oppfinnelsen en elektrisk lastmotstand for en generator som drives av en turbin i en fluidstreng og hvor den elektriske lastmotstanden avleverer energi til den nevnte fluidstreng.

Med en turbin menes her enhver maskin hvor et fluid kan frambringe en rotasjonsbe-vegelse på en eller flere aksler. Slike turbiner kan for eksempel være, men ikke begrenset til, Francis turbin, Pelton turbin, cross-flow turbin, Arkimedes skrue, turgo turbin og Kaplan turbin. Med en turbin menes også alle typer pumper brukt som turbin.

En generator for produksjon av elektrisk energi kan drives av en turbin. Turbinen drives direkte eller indirekte av forskjellige typer medier. For eksempel kan den drives av vann som i en hydroelektrisk kraftstasjon eller et bølgekraftverk, av damp som i et varmekraftverk eller atomkraftverk, av vind som i en vindmølle eller av avgassene fra en forbrenningsmotor.

En turbin og en generator er konstruert for å opereres innenfor visse marginer. En generator kan være knyttet til et elektrisk distribusjonsnett. De apparater og installasjoner som er knyttet til det elektriske distribusjonsnettet forbruker energi når de anvendes og utgjør en last for generatoren. Turbinen via generatoren må overvinne denne lasten for å kunne drive rundt generatorens rotor. Ved strømbrudd i det elektriske distribusjonsnettet, heretter kalt nettutfall, minsker plutselig lasten. En vann-, damp- eller vinddrevet turbin vil dermed kunne øke sin rotasjonshastighet, såkalt ru-sing, og rotasjonshastigheten kan komme utenfor det området turbinen og generatoren er konstruert for.

Ved nettutfall er det flere måter å stoppe eller bremse turbinen. I en hydroelektrisk kraftstasjon kan vannstrømmen reduseres eller stanses helt ved hjelp av ventiler. En forbrenningsmotor som driver en generator kan stoppes ved å kutte drivstofftilførse-len. En vindmølle kan bremses med bremser på turbinens aksling. Felles forflere av de mekaniske tiltakene ved nettutfall, er at det oppstår en tidsforsinkelse fra bruddet oppstår og til generatoren er stoppet helt opp.

Det er kjent innenfor faget å anvende en såkalt lastmotstand, også kjent som brake resistor, for å stabilisere en generator ved nettutfall inntil generatoren er stoppet opp på andre måter. I det følgende vil en lastmotstand betegne en elektrisk lastmotstand. Lastmotstand vil videre betegne et apparat som utgjøres av strukturelle komponenter og elektriske komponenter. De elektriske komponentene omfatter også minst ett elektrisk element som kan være en resistor, et induktivt element eller en kapasitor. Dette elektriske elementet virker som en last for en generator. En lastmotstand kan derfor yte henholdsvis resistiv last, induktiv last og kapasitiv last. Lastmotstandens lastverdi bestemmes av det elektriske elementets elektriske egenskaper og hvor mange elektriske element som lastmotstanden er forsynt med. I det følgende vil kob-lingen av et resistivt element til en generator betegnes som direkte koblet, mens kob-lingen av et induktivt element til en generator betegnes som indirekte koblet. Et induktivt element er satt sammen av en spole og en kjerne. Med et induktivt element menes både spolen og kjernen hvis noe annet ikke er uttrykt eksplisitt.

Varmeenergien skapt i det elektriske elementet brukes til å varme opp et fluid i form av en gass eller en væske. Gassen kan være luft og væsken kan være vann eller olje. Et elektrisk element har den fordel at det kan kobles inn hurtig ved nettutfall. Flere typer direkte koblede elektriske element er kjent innenfor faget. I hovedsak består de av en resistor som varmer opp et fluid, for eksempel luft, ferskvann, sjøvann eller en olje, for eksempel transformatorolje, og som via en varmeveksler overfører varmen til luft eller vann. Det er videre kjent at det er fordelaktig å ha ett elektrisk element for hver fase når last kobles til en flerfasegenerator, som vist med stjernekoblede elektrisk element R2A, R2B og R2C i fig. 2 og trekantkoblede elektrisk element R3A, R3B og R3C i fig. 3.

I det etterfølgende vil fluidet som varmes opp av et elektrisk element, og som avgir varme til et annet medium over for eksempel en varmeveksler, betegnes som et kjøle-fluid.

Patentskrift US 2007/0164567 beskriver bruk av en lastmotstand til bruk for vindmøl-ler for å redusere belastningen på vindmøllens konstruksjon ved oppbremsing av pro-pellen ved nettutfall.

Det er ofte nødvendig å redusere trykket i en fluidstrøm, og en enkel og godt kjent løsning består i å la fluidstrømmen passere en strupning, for eksempel i form av en strupeventil hvor strupevirkningen kan justeres slik at ønsket trykkreduksjon oppnås. En stor del av energitapet som følger av trykkreduksjon ved strupning, kan imidlertid fanges opp og omdannes til nyttbar energi ved å erstatte strupeventilen med en turbin som driver en elektrisk generator som er koblet til en elektrisk last. Trykkreduksjonen som oppnås, kan justeres ved å justere den elektriske lasten på generatoren.

Patentskrift US 4496845 beskriver bruk av en turbin i et vannforsyningssystem, der turbinen i en parallellkobling med en tradisjonell trykkreduksjonsventil sørger for trykkfall i ledningsnettet. Ved nettutfall vil hastigheten til turbinen øke, før ventiler stenger av for vanntilførselen til turbinen slik at denne kan stanse. Vannet vil da strømme forbi turbinen gjennom trykkreduksjonsventilen som er koblet som et omløp for turbinen.

Patentskrift WO 2008/004880 beskriver en turbin som drives av en fluidstreng som befinner seg i et rør. Hovedformålet med turbinen er å erstatte tradisjonelle trykkre-duksjonsventiler i for eksempel et ledningsnett for forbruksvann så som drikkevann. Ved å benytte en slik trykkreduksjonsturbin, kan energien nyttiggjøres ved at turbinen driver en generator. Generatoren kan levere elektrisk energi til flere typer forbruk. I et enkelt oppsett kan generatoren forsyne en nyttelast så som varmeelement for oppvarming, en elektrisk lyskilde eller en elektrisk viftemotor for å gjøre lokal bruk av energien. Generatoren kan også kobles til et elektrisk distribusjonsnettverk som i hovedsak forsynes fra et større kraftverk, og hvor energi fra generatoren kan utgjøre et nyttig tillegg. Generatoren kan således stå i kontakt med det ordinære elektriske dist-ribusjonsnettverket. Fordelen med denne løsningen er at den ikke krever ombygging av rørledningen i det den kun erstatter en reduksjonsventil og ikke opptar vesentlig mer plass enn en reduksjonsventil. Den kan derfor ettermonteres i eksisterende rør-ledningsnett for eksempel et ledningsnett for forbruksvann.

I motsetning til mange andre turbiner, bør ikke en trykkreduksjonsturbin, som beskrevet i WO 2008/004880, stoppes ved nettutfall, da det ikke er ønskelig at et nettutfall skal redusere eller stoppe forsyningen av, eller trykket på, for eksempel forbruksvann i et ledningsnett. Det er et ytterligere problem at en generator som leverer strøm til et område som er rammet av nettutfall, vil gi såkalt øydrift. Dette utgjør en fare for vedlikeholdspersonell som antar at et område er strømløst på grunn av nettutfall, mens det likevel er spenning i nettet på grunn av den igangværende generator. I noen tilfeller kan en trykkreduksjonsturbin som beskrevet i WO 2008/004880 sammen med en generator fungere som et nødstrømsaggregat ved nettutfall. I et slikt tilfelle kan det være et krav at generatoren skal kunne reguleres til å gi ønsket effekt, men heller ikke mer effekt. I andre slike tilfeller kan det være krav til at vannproduksjon og trykkstyring skal fortsette uhindret. Produsert energi skal dekke energibehovet lokalt, mens eventuell overskuddsenergi må ledes vekk i en annen energiform enn elektrisk energi.

Lasten på generatoren, som drives av en trykkreduksjonsturbin, reguleres ut fra behovet for trykkreduksjon i stedet for behovet for elektrisk energi. Generatoren kobles derfor til en alternativ last i tilfelle tilgjengelig nyttelast faller bort eller ønsket trykkreduksjon ikke kan oppnås med tilgjengelig nyttelast.

De nevnte problem ved drift av en trykkreduksjonsturbin kan løses ved å anvende én eller flere lastmotstander av kjent type. Lastmotstanden kan eksempelvis være luft-kjølt. Dette fører imidlertid med seg en ulempe i form av ekstra installasjoner i til-knytning til generatoren. I kjente løsninger er lastmotstanden dimensjonert for kort-varig drift fordi turbinen etter noen få sekunder vil bli bremset med en mekanisk brems, eller vannstrømmen vil bli redusert eller stoppet. Fordi en trykkreduksjonsturbin skal fungere også under nettutfall for å kunne levere vann til ønsket mengde og trykk, betyr det at energiproduksjonen må fortsette selv ved nettutfall. Dette betyr at øydrift er et nødvendig modus for trykkreduksjonsturbiner.

Typiske verdier for energimengden som skal mottas i en eller flere lastmotstander forbundet til en turbin av denne typen, utgjør 20-500 kW. En luftkjølt lastmotstand vil således være plasskrevende og må forsynes med omfattende lufting med tilhørende vifter og kanaler. En væskekjølt lastmotstand vil kreve mindre plass. Et problem med kjente, væskekjølte lastmotstander er at det i lastmotstandens platevarmeveksler eller mellom lastmotstandens rørbunter dannes hulrom som er vanskelig å holde rene, og det kan oppstå biofilm i disse hulrommene. Slike lastmotstandere er ofte forsynt med motorer for drift av vifter og pumper, noe som øker vedlikeholdsbehovet og reduserer driftssikkerheten da disse kan stoppe når de trengs under et nettutfall. Luftkjølte eller væskekjølte lastmotstander kompliserer etterinstallering av en trykkreduksjonsturbin, investeringen blir dyrere og kan medføre at installering av en slik trykkreduksjonsturbin ikke er lønnsom.

Det er derfor behov for å framskaffe en enkel lastmotstand for en generator drevet av en turbin som reduserer trykket i en fluidstreng. Med fluidstreng menes et fluid som fyller helt eller delvis et rørs innvendige tverrsnittsareal. Fluidet er fortrinnsvis in-kompressibelt og kan for eksempel, men ikke begrenset til, være vann eller olje. Flui-

det kan også være en gass.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller å redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk, eller i det minste å skaffe tilveie et nyttig alternativ til kjent teknikk. Formålet med oppfinnelsen er således å frambringe en anordning ved en elektrisk lastmotstand som kan utgjøre en alternativ last for en generator, og hvor lastmotstanden kan brukes alene eller i kombinasjon med en nyttelast.

Formålet oppnås ved trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i etterfølgende patentkrav.

Lastmotstanden skal være enkel å montere sammen med en trykkreduksjonsturbin, skal ha en enkel konstruksjon som er lett å vedlikeholde og skal ikke kreve stor plass. Lastmotstanden må kunne betjene trykkreduksjonsturbinens fulle kapasitet over lengre tid.

I en anordning ved en lastmotstand ifølge oppfinnelsen omsettes elektrisk energi fra

generatoren til varme på i og for seg kjent måte. Det har overraskende vist seg guns-tig å overføre varme fra lastmotstanden til en turbins drivfluid, enten oppstrøms eller nedstrøms for turbinen eller i turbinhuset. Ved å benytte drivfluidet som kjølefluid i en lastmotstand, så oppnås en kjøleeffekt som er tilpasset den elektriske energiproduksjonen. Dess større gjennomstrømming, dess større energiproduksjon, dess større kjøleeffekt i lastmotstanden ved nettutfall. Dette reduserer sikkerhetsmarginene som anvendes ved dimensjonering av lastmotstanden. I det etterfølgende vil begrepet drivfluid betegne fluidet som driver en turbin. Drivfluidet kan være kjølefluidet. Drivfluidet omfatter også fluidet som kommer ut av turbinen.

For å unngå at et elektrisk element i lastmotstanden er i direkte kontakt med drivfluidet, kan varmeoverføring gjøres ved varmeveksling mellom et separat kjølefluid som mottar varme fra lastmotstandens elektriske element, og som avgir varme til drivfluidet. Varmeoverføring kan også oppnås ved å plassere elektriske element i termisk kontakt med utsiden av en rørvegg som er utført i et materiale med god varmeled-ningsevne og hvor drivfluidet strømmer i kontakt med innsiden av rørveggen.

Elektriske element eller varmevekslerelement kan plasseres i et væskefylt ringrom mellom et rør for drivfluidet og en utvendig kappe.

Det kan være en fordel å skille det elektriske elementet galvanisk fra generatoren. Dette kan enkelt oppnås ved en hjelp av en transformator, og nødvendig vekselstrøm kan oppnås ved at generatoren er en vekselstrømsgenerator, eller ved å anvende en omvandler for likestrøm til vekselstrøm hvis generatoren er en likestrømsdynamo. En fordel ved å anvende en omvandler, er at vekselstrømsfrekvensen kan velges. Det er kjent å bruke slike omvandlere sammen med en vekselstrømsgenerator hvor den elektriske strømmen likerettes og deretter omdannes til vekselstrøm. En fordel ved et slikt arrangement er at vekselstrømsfrekvensen blir uavhengig av vekselstrømsgene-ratorens omdreiningstall. En annen fordel er at vekselstrømsfrekvensen kan økes for å oppnå fysisk mindre størrelse på en tilkoblet transformator.

I et første aspekt vedrører oppfinnelsen en anordning ved en lastmotstand for en generator drevet av en turbin i en fluidstreng, hvor lastmotstanden er forsynt med i det minste ett elektrisk element som står i varmeledende forbindelse med turbinens drivfluid.

Lastmotstandens elektriske element kan stå i varmeledende forbindelse med en varmeledende rørvegg som omgir drivfluidet. Den varmeledende rørveggen kan utgjøres av et metall.

Lastmotstandens elektriske element kan være plassert i et ringrom hvor ringrommets ene vegg utgjøres av et parti av en varmeledende rørvegg som omgir drivfluidet; ringrommet kan være forsynt med et kjølefluid, og det elektriske elementet kan stå i varmeledende forbindelse med kjølefluidet. Kjølefluidet kan være et varmeinert og branninert fluid. Et eksempel på et varmeinert og branninert fluid er en transformatorolje av for så vidt kjent type.

Ringrommets lengderetning i bruksstilling kan i det vesentlige være vertikal. Dette har den fordel at kjølefluidet i ringrommet kan danne en konveksjonsstrømning der det varmeste kjølefluidet strømmer opp langs rørveggen som omgir drivfluidet og det av-kjølte kjølefluidet strømmer tilbake langsmed ringrommets yttervegg. Spesielt fordelaktig kan det være hvis det varmeste kjølefluidet strømmer i en retning som er ulik strømningsretningen til drivfluidet og spesielt fordelaktig er det hvis kjølefluidet strømmer i en retning som er motsatt rettet av retningen til drivfluidet.

I en alternativ utførelsesform kan det vertikalt rettete ringrom være forsynt med et ekspansjonskammer av for så vidt kjent type for å ivareta en termisk ekspansjon av kjølefluidet. En horisontalt rettet ringrom kan på tilsvarende måte være forsynt med et ekspansjonskammer.

I en ytterligere alternativ utførelsesform kan lastmotstanden være forsynt med et induktivt koblet elektrisk element. Et parti av rørveggen kan utgjøre det induktivt koblete elektriske elementet. I en ytterligere alternativ utførelsesform kan et parti av et

turbinhus utgjøre det induktivt koblete elektriske elementet.

Lastmotstanden kan være forsynt med en flerhet elektriske element hvor de elektriske elementene er koblet til ulike faser og hvor de elektriske elementene kan være koblet parallelt. Dette har den fordel at ved store strømstyrker kan flere elektriske element kobles i parallell i hver fase.

En styringsenhet for generatoren kan være innrettet til å fordele generatorens produserte elektriske energi mellom et distribusjonsnett og lastmotstanden. Dette har den fordel at ved vanlig drift forsynes den produserte elektriske energi fra generatoren til

det ordinære distribusjonsnettet. Ved nettutfall kan turbinen opprettholde sin funksjon uforstyrret, mens den produserte energi kan styres til lastmotstandens ene elektriske element eller flere elektriske element slik at den produserte energi brukes til å varme opp drivfluidet. Styringsenheten kan også være innrettet til at turbinen med sin generator fungerer som et nødstrømsaggregat ved et nettutfall. Styringsenheten kan være innrettet til å måle spenningen og frekvensen i det lokale nettet som skal betjenes av nødstrømsaggregatet og levere elektrisk energi i henhold til dette, mens eventuell overskytende energi ledes til lastmotstanden.

En trykkreduserende turbin vil ofte gi et kontinuerlig varierende turtall til en generator. Det medfører at vekselstrøm fra generatoren må omformes til en vekselstrøm med fast frekvens, typisk 50 eller 60 Hz for å kunne videreformidles til vanlige strøm-forbrukere. Til dette formål kan det benyttes en frekvensomformer. Ved å koble en lastmotstand med et resistivt element til generatorens vekselstrømutgang er en ikke lenger avhengig av en frekvensomformer for å kunne redusere trykket i fluidstrengen. Det vil da være mulig å belaste generatoren og derved redusere trykket i fluidstrengen selv om frekvensomformeren slutter å fungere.

Drivfluidet kan være forbruksvann, som for eksempel drikkevann, eller olje.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen en framgangsmåte ved drift av en turbin som drives av et drivfluid i et ledningsnett hvor turbinen er forsynt med en generator som er innrettet til via en styringsenhet å levere elektrisk energi til et distribusjonsnett, slik at styringsenheten ved nettutfall er innrettet til å lede den produserte elektriske energi til en lastmotstand som er forsynt med minst ett elektrisk element, som står i varmeledende forbindelse med turbinens drivfluid.

Styringsenheten kan være innrettet til på kjent måte, som i et nødstrømsystem, å måle den elektriske spenningen og frekvensen i et lokalt distribusjonsnett og forsyne det lokale distribusjonsnettet med elektrisk energi i henhold til den målte spenning og

å styre overskuddsenergi til lasten.

I det etterfølgende beskrives eksempler på foretrukne utførelsesformer som er an-skueliggjort på medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et kjent skjematisk blokkdiagram for en tre-fase vekselstrømsge-nerator med stjernekoblede elektriske element; Fig. 2 viser et kjent skjematisk blokkdiagram for en tre-fase vekselstrømsge-nerator med trekantkoblede elektriske element; Fig. 3 viser et kjent skjematisk blokkdiagram for en tre-fase vekselstrømsge-nerator med en frekvensomformer for levering av konstant vekselstrøm ved varierende turbinomdreiningshastighet; Fig. 4 viser et kjent skjematisk blokkdiagram for en vekselstrømsgenerator og et elektrisk element som utgjøres av et induktivt element; Fig. 5 viser et kjent skjematisk blokkdiagram for en tre-fase vekselstrømsge-nerator med en frekvensomformer og et elektrisk element som utgjøres av et induktivt element; Fig. 6A-B viser skjematisk oppfinnelsen ved en lastmotstand som står i varmeledende forbindelse med et drivfluid; Fig. 7 viser et gjennomskåret perspektivriss for et elektrisk element i en lastmotstand som står i varmeledende forbindelse med et drivfluid; Fig. 8 viser et skjematisk blokkdiagram for en vekselstrømsgenerator og et

tilhørende elektrisk element i henhold til figurene 6-7; og

Fig. 9 viser et skjematisk blokkdiagram for en vekselstrømsgenerator og et tilhørende elektrisk element av induktiv type som står i varmeledende forbindelse med drivfluidet.

For bedre å forstå eksemplene, gjennomgås først kjent teknikk innen faget. I figur 1 vises en tre-fase vekselstrømsgenerator G2 som leverer elektrisk energi til elektriske kretser der det er koblet stjernekoblede elektriske element R2A, R2B og R2C, ett elektrisk element for hver fase. I figur 2 vises en tre-fase vekselstrømsgenerator G3 som leverer elektrisk energi til elektriske kretser der det er koblet trekantkoblede elektriske element R3A, R3B og R3C, ett elektrisk element for hver fase. Det er også kjent at ved høye effekter kan det benyttes flere elektriske element koblet i parallell for hver fase.

En generator som opererer med varierende turtall vil levere vekselstrøm med varierende frekvens og spenning. Spesielt vil frekvensen variere. De fleste energiforbrukere må ha vekselstrøm med fast frekvens, typisk 50 eller 60 Hz. For å kunne generere vekselstrøm med den spenning og frekvens som trengs i distribusjonsnettet, benyttes en såkalt frekvensomformer koblet til generatoren. Figur 3 viser et kjent, forenklet blokkskjema for en generator forsynt med en frekvensomformer. En turbin M4 er drevet av et drivfluid som angitt med piler. Turbinen M4 er mekanisk koblet til en trefase-generator G4 som derved produserer trefase strøm. Strømmen blir likerettet av diodene i en likeretterbro D4. Likespenningen fra like rette r broen D4 blir deretter utjevnet i en kondensator C4. Likespenningen gjøres deretter om til en vekselstrøm med fast frekvens i en krafttransistormodul T4 som styres av en elektronisk kontrollmodul K4. Derved oppnås at frekvensen på produsert vekselstrøm holdes stabil av K4 mens generatoren G4 kan variere i turtall og derved frekvens.

Det er også kjent i faget at i stedet for et direkte elektrisk koblet resistivt element, kan det benyttes et induktivt element for å skape varme fra elektrisk energi, en teknikk som brukes til induktiv oppvarming i blant annet komfyrer og smelteovner. I praksis er det veldig mange små elektriske element, som hver omformer litt virvel-strøm til varme, der virvelstrømmen er indusert i et elektrisk ledende materiale når det utsettes for et vekslende magnetisk felt. Ekvivalentskjemaet for induktiv oppvarming er vist i figur 4. Et elektrisk element RI som er koblet til en vekselstrømskilde Gl via to spoler SIA og S1B. SIA består av en vanlig viklet spole mens S1B er den ekvivalente induktansen i emnet som skal varmes opp. RI er den ekvivalente elektriske resistansen som absorberer et virvelstrømtap. Figur 4 viser derfor en utførelses-form for et elektrisk element som virker ved induktivt koblet belastning. Et elektrisk element fungerer derfor som en last enten det er direktekoblet eller induktivt koblet.

Figur 5 viser et blokkskjema der det benyttes et induktivt tilkoblet elektrisk element i stedet for et direkte tilkoblet elektrisk element. En turbin M5 er drevet av et drivfluid som angitt med piler. Turbinen M5 er mekanisk koblet til en trefase-generator G5 som derved produserer trefase strøm. Strømmen blir likerettet av diodene i en likeretterbro D5. Likespenningen fra likeretterbroen D5 blir deretter utjevnet i en kondensator C5. Likespenningen gjøres om til høyfrekvent vekselstrøm av effekttransistormodulen T5 som kontrolleres av styremodulen K5. En enkel spole, S5A, som vikles rundt et magnetisk materiale vil da indusere virvelstrøm som omdannes til varme, illustrert ved spole S5B og virvelstrømresistans R5. Ved å ha en høy svitsjefrekvens er det også mulig å bruke ikke-magnetiske materialer som for eksempel aluminium og titanlege-ringer til R5. Fagpersonen vil se at det er store likheter mellom figur 4 og 5 slik at løs-ningen ved induktivt koblet elektriske element enkelt kan integreres i en frekvensom-formerløsning og derved spare separat kraftelektronikk for det induktivt koblede elektriske element R5.

Oppfinnelsen beskrives nå med henvisning til figurene 6-9.

I figur 6A-B viser henvisningstallet 1 til en lastmotstand i henhold til oppfinnelsen. En fluidledning 2 inneholdende et strømmende drivfluid 22, der strømningsretningen er markert med pil, leder drivfluidet 22 gjennom en turbin 3. Turbinen 3 driver via en aksel 4 en generator 5. Den elektriske energien som produseres i generatoren 5, ledes ut på et elektrisk distribusjonsnett 6 via en styredel 62 der styredelen 62 kan utgjøres av en likeretterbro, kondensator, effekttransistormodul og et styresystem. Styredelen 62 står i elektrisk ledende forbindelse via en kabel 64 med en lastmotstand 10 som omgir et parti av fluidledningen 2. I figur 6A omgir lastmotstanden 10 et horisontalt parti av fluidledningen 2, og i figur 6B omgir lastmotstanden 10 et vertikalt parti av fluidledningen 2.

Én utførelsesform av lastmotstanden 10 er vist i figur 7. Lastmotstanden 10 omgir et parti av fluidledningen 2. Et drivfluid 22 strømmer gjennom fluidledningen 2 som vist med pil. Et ringrom 12 er tildannet omkring et parti av fluidledningen 2, slik at fluidledningen 2 utgjør én av veggene i ringrommet 12, ved en koaksialt, ytre kappe 14

som er tettet mot fluidledningen 2 med minst én endevegg 16. Fluidledningens 2 parti som er omsluttet av kappen 14, utgjøres i det minste i deler av partiet av et varmeledende materiale som for eksempel metall. Fluidledningens 2 parti som er omsluttet av kappen 14, er forsynt med et elektrisk element 18 i form av et langstrakt elektrisk

motstandselement. Det elektriske elementet 18 er fastgjort til fluidledningen 2 på for så vidt kjent måte slik at det oppnås god varmeledende kontakt mellom det elektriske elementet 18 og fluidledningens 2 varmeledende materiale. Det elektriske elementet 18 er på kjent måte koblet til styredelen 62 med ikke viste elektriske kabler. Av sik-kerhetsmessige grunner og for å unngå skade på personell, er kappen 14 på sin ytter-side forsynt med et isolasjonsmateriale 17 av for så vidt kjent type og isolasjonsmaterialet 17 er kledd med et mantelmateriale 19 for å fastholde isolasjonsmaterialet 17 til kappen 14.

Som vist i figur 6A kan lastmotstanden 10 omgi et horisontalt parti av fluidledningen 2. Ringrommet 12 er i denne utførelsesformen avgrenset av to endevegger 16. Som vist i figur 6B kan lastmotstanden 10 omgi et vertikalt parti av fluidledningen 2. Ringrommet 12 kan i denne utførelsesformen være avgrenset av en nedre endevegg 16. Fordelaktig kan ringrommet 12 i sin øvre ende være forsynt med et ekspansjonskammer (ikke vist) og dette ekspansjonskammeret kan være åpent til omgivelsene eller det kan være lukket med en øvre endevegg 16.

Ringrommet 12 kan være forsynt med et inert, varmeledende kjølefluid som for eksempel en transformatorolje.

Figur 8 viser et skjematisk blokkdiagram for utførelseseksemplet som vist i figur 7. Turbinen 3 er drevet av et drivfluid 22 som angitt med piler. Turbinen 3 er mekanisk koblet til en trefase-generator 5 som derved produserer trefase strøm. Strømmen blir likerettet av diodene i en likeretterbro. Likespenningen fra likeretterbroen blir deretter utjevnet i en kondensator. Likespenningen gjøres deretter om til en vekselstrøm med fast frekvens i en krafttransistormodul T8B som styres av en elektronisk kontrollmodul K8. Den elektriske kontrollmodulen K8 styrer også en krafttransistormodul T8A som kan levere vekselstrøm til et elektrisk element S8. Fagpersonen vil vite at det kan være ett elektrisk element S8 for hver fase og at det elektriske elementet S8 kan ut-gjøres av flere parallellkoblede elektriske element. Ved nettutfall kan kontrollmodulen K8 styre all produsert elektrisk energi til det elektriske elementet S8. Ved nettutfall kan kontrollmodulen K8 også styre en del av den produserte elektriske energien til et lokalt nett via krafttransistormodulen T8B ut ifra den målte spenning. Turbinen 3 vil da være et nødstrømsaggregat og fungere i øydriftmodus. Kontrollmodulen K8 vil styre overskuddsenergien til det elektriske elementet S8. Derved oppnås at turbinen 3 kan opprettholde sin funksjon og mengde drivfluid 22 som passerer gjennom turbinen 3 er upåvirket av et nettutfall.

En alternativ utførelsesform for lasten 10 er vist i figur 9. Det elektriske elementet 18 utgjøres av et induktiv koblet elektrisk element som beskrevet i figurene 4 og 5. I figur 9 er det elektriske elementet R7 inntegnet som en del av en rørvegg 24 i fluidledningen 2. Derved nedkjøles det elektriske elementet R7 direkte av drivfluidet 22. Dette har den fordel at driftstemperaturen til det elektriske elementet R7 blir lavere enn om det elektriske elementet 18 er plassert utenpå rørveggen 24 slik som ved et direkte koblet elektrisk element 18 som vist i figurene 7 og 8. Det kan benyttes vanlige isolerte elektriske ledere koblet direkte til fluidledningen 2. Derved gjøres resistive

legeringer, som krever spesielle høytemperaturisolatorer og termineringer, overflødig.

Releet/kontrollenheten K7 kan veksle mellom å ha utgangen fra frekvensomformeren T7 tilkoblet distribusjonsnettet 6 ved normal drift, eller tilkoblet det induktive elektris ke elementet R7 ved et nettutfall. Med unntak av behov for ekstra styrekretser for å kontrollere effekten inn i R7 via T7 når distribusjonsnettet 6 er ute av drift, er løsning-en lik en vanlig generator med frekvensomformer som vist i figur 3.

Et relé eller tilsvarende funksjon er også påkrevd med bruk av et direkte koblet elektrisk element 18 som vist i figur 8, slik at mengden tilleggskomponenter er stort sett identisk med løsningen vist i figur 8.

Bruk av et induktiv koblet elektrisk element 18 gir en enkel mekanisk konstruksjon. Bruk av såkalte høytemperaturmaterialer, det vil si materialer som tåler høy driftstemperatur over lengre tid, unngås. Det er heller ikke behov for god termisk kontakt mellom fluidledningen 2 og det elektriske elementet 18. Noe oppvarming vil skje i spole S7, men det er relativt lite i forhold til overflatearealet som ligger i kontakt mot rør-veggen 24, slik at det er enkelt å holde spolen S7 ved en lav driftstemperatur.

I en ytterligere annen utførelsesform (ikke vist) kan selve turbinens 3 hus utgjøre det elektriske elementet 18 dersom huset utgjøres av metall. Dette vil gi en integrert og kompakt installasjon.

I en ytterligere annen utførelsesform (ikke vist) kan det elektriske elementet 18 plasseres inne i fluidledningen 2. I denne utførelsesform kan det elektriske elementet 18 utgjøres av et resistivt element som står i direkte kontakt med drivfluidet 22.

I eksemplene er lastmotstanden 10 plassert oppstrøms for en fluiddrevet turbin 3.

Dette har den fordel at fluidledningen 2 i dette partiet vil være fylt med et drivfluid 22 som kan varmes opp ved en eventuell avstenging av turbinen 3. Som nevnt er det for en trykkreduksjonsturbin 3 ikke ønskelig at den skal avstenges, og lastmotstanden 10 kan også plasseres nedstrøms for turbinen 3 (ikke vist). Drivfluidet 22 omfatter ved en slik utførelsesform fluidet som kommer ut av turbinen 3.

Fagpersonen vil vite at de beskrevne eksempler kan kombineres på ytterligere vis ved bruk av en kontrollmodul som styrer produsert elektrisk energi mellom det lokale nettverket og det elektriske elementet 18, at det elektriske elementet 18 kan være et resistivt, induktivt eller kapasitivt elektrisk element 18 og det elektriske elementet kan være plassert oppstrøms eller nedstrøms for turbinen 3.

Claims (14)

1. Anordning ved en lastmotstand (10) for en generator (5) drevet av en turbin (3) i en fluidstreng,karakterisert vedat lastmotstanden (10) er forsynt med i det minste ett elektrisk element (18) som står i varmeledende forbindelse med turbinens (3) drivfluid (22).

2. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat det elektriske elementet (18) står i varmeledende forbindelse med en varmeledende rørvegg (24) som omgir drivfluidet (22).

3. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat lastmotstanden (10) er forsynt med et ringrom (12) som omgir et parti av en varmeledende rørvegg (24) som omgir drivfluidet (22); ringrommet (12) er forsynt med et kjølefluid, og det elektriske elementet (18) står i varmeledende forbindelse med kjølefluidet.

4. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat kjølefluidet er et varmeinert og branninert fluid.

5. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat ringrommets (12) lengderetning i bruksstilling i det vesentlige er vertikal.

6. Anordning i henhold til krav 3,karakterisert vedat ringrommet (12) er forsynt med et ekspansjonskammer.

7. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat det elektriske elementet (18) er et induktivt koblet elektrisk element.

8. Anordning i henhold til krav 7,karakterisert vedat et parti av rørveggen (24) utgjør det induktivt koblete elektriske elementet (18).

9. Anordning i henhold til krav 7,karakterisert vedat et parti av et turbinhus utgjør det induktivt koblete elektriske elementet (18).

10. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat lasten (10) er forsynt med en flerhet elektriske element (18); hvor de elektriske elementene (18) er koblet til ulike faser og hvor de elektriske elementene (18) kan være koblet parallelt.

11. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat en styredel (62) for generatoren (5) er innrettet til å fordele generatorens (5) produserte elektriske energi mellom et distribusjonsnett og lasten (10).

12. Anordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat drivfluidet (22) er forbruksvann eller olje.

13. Framgangsmåte ved drift av en turbin (3) som drives av et drivfluid (22) i et ledningsnett hvor turbinen (3) er forsynt med en generator (5) som er innrettet til via en styredel (62) å levere elektrisk energi til et distribusjonsnett,karakterisert vedat styredelen (62) ved nettutfall er innrettet til å lede den produserte elektriske energi til en lastmotstand (10) som er forsynt med minst ett elektrisk element (18), som står i varmeledende forbindelse med turbinens (3) drivfluid (22).

14. Framgangsmåte i henhold til krav 13,karakterisert vedat styredelen (62) er innrettet til å måle den elektriske spenningen i et lokalt distribusjonsnett og forsyne det lokale distribusjonsnettet med elektrisk energi i henhold til den målte spenning og å styre overskuddsenergi til lastmotstanden (10).