Dynamisk Analyse av vannkraftverk

Abstract

Det er i denne rapporten gjennomført dynamisk analyse av to kraftverk under prosjektering av BKK, Aldal Kraftverk og Nye Frøland Kraftverk. Analysen omfatter elastisk simulering av opp- og nedsving i svingesjakter og retardasjonstrykk ved avslag eller pådrag, samt frekvensanalyse for reguleringsstabilitet. For simulering er det utviklet et generelt program som benytter karakteristikkmetoden for å beregne retardasjonstrykk og massesvingninger i systemet, mens et program utviklet av en annen masterstudent er brukt under frekvensanalysen. Mye av fokuset i dette arbeidet er å utvikle et simuleringsprogram for beregning av massesvingninger og retardasjonstrykk som er så generelt som mulig og dermed kan benyttes for andre kraftverk enn de to som er analysert her. Kildekoden til dette programmet er å betrakte som åpen, og kan fritt benyttes av andre for egne simuleringer eller videreutvikling.Simuleringer for Nye Frøland kraftverk har vist at foreslått svingesjakt er underdimensjonert, og overflom vil inntreffe ved pådrag med etterfølgende avslag i mest ugunstige fase. I tillegg skaper et trangt tverrsnitt opp til svingesjakten problemer med trykkstøt og regulering. Videre simuleringer viser at om dette tverrsnittet utvides med en meter i diameter resulterer det i akseptable trykkstøt og en rask regulering. Det konkluderes derfor at svingekammer må utvides, samt flyttes lengre opp i terrenget for å unngå overflom. Svingesjakt i Aldal Kraftverk er foreslått plassert i forbindelse med svingesjakt til Aldalselva, som er det nederste av to bekkeinntak i dette kraftverket. Simuleringer viser at svingesjakten er dimensjonert tilstrekkelig for å unngå overflom, men nedsvinget vil nå ned til tilføringstunnelen for bekkeinntaket. Dette er ikke kritisk for kraftverket, men vil føre til økt sedimenttransport. Det er også konkludert med at antagelsen om at bekkeinntak mot Kvernelva kan neglisjeres ikke stemmer. Bekkeinntakets lengde er i den størrelsesorden at oppsving til bekkeinntaket vil finne sted, med mindre det installeres en enveis ventil i nevnte bekkeinntak. Det konkluderes derfor med at svingesjakten bør flyttes opp til knutepunkt mellom øvre bekkeinntak og driftstunnel. Forslag om et nytt svingesjaktprinsipp er lagt frem, da opprinnelig prinsipp får en lengde på sjakt i størrelsesorden med tilføringstunnelens lengde. Det har i alternativet nevnt ovenfor vist seg at en god regulering ikke kan oppnås. Det anbefales derfor å vurdere å innføre en ekstra svingesjakt nærmere turbinen for å bedre reguleringen.