CH371769A - Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines hydraulischen Speicherkraftwerkes - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Speicherkraftwerkes 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,

   dadurch gekennzeich- net, dass das Umschalten von Turbinen- bzw. Pha- senschieber- auf Pumpenbetrieb und umgekehrt bei einer gegenüber der Arbeitsdrehzahl verminderten Drehzahl erfolgt,

   bei Antrieb der Pumpe mittels der zusätzlichen Antriebsvorrichtung. 1I. Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Antriebsvorrichtung (8) des Laufrades der Pumpe (9) für höchstens 10 % der Leerlauf-Leistungsaufnahme des Laufrades bei Ar beitsdrehzahl dimensioniert ist. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Schalten der Kupplung bei 20-40 % der Arbeitsdrehzahl erfolgt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass beim. Umschalten von Phasen schieber- auf Pumpenbetrieb zuerst die Pumpe (9) in Drehbewegung versetzt und der Motorgenerator (2) bei gleichzeitiger Füllung der Turbine (3) vom Netz abgeschaltet wird, worauf bei gleicher Drehzahl der Pumpe des Motorgenerators die Kupplung (6)

   ein.- geschaltet wird, und die ganze Gruppe mittels der Turbine wieder auf Arbeitsdrehzahl gebracht wird.