Nytteverdien av å etablere pumpe i et eksisterende vannkraftsystem

Abstract

Hovedfokus for oppgaven er å analysere nytten av en pumpe som et tillegg til kraftverket som ble vurdert i prosjektoppgaven Alternative tekniske løsninger for utbygging av lavtrykks kraftverk . Kraftverket er plassert ved overføringstunnelen mellom hovedmagasinet og inntaksmagasinet til Tyin kraftverk. Prosjektoppgaven anbefalte å installere en Kaplan-turbin med kapasitet på ca. 9,5 MW og 35 m3/s i kraftverket. Dette er derfor grunnlaget for denne oppgaven.Hovedbegrunnelsen for en pumpe i systemet er at mye av tilsiget går direkte i inntaks-magasinet (Torolmen), som har relativt liten magasineringskapasitet. En må derfor noen ganger kjøre Tyin kraftverk selv om prisene er ugunstige og en heller skulle ønske å magasinere vannet. Ved å pumpe vannet fra for eksempel deler av vårflommen rundt 30 meter fra Torolmen og opp i det store magasinet i Tyinsjøen, kan en unngå produksjon i Tyin kraftverk til de mest ugunstige prisene. Kostnadene til investering i og drift av pumpa veies opp mot verdiøkningen som oppstår når dette vannet kjøres både gjennom Torolmen kraftverk og Tyin kraftverk etter at prisene har økt. Verdiøkningen gjelder hovedsaklig for produksjonen i Tyin kraftverk siden fallhøyden her er over 30 ganger så stor som pumpehøyden.Fem forskjellige pumpestørrelser er vurdert, og brukt i simuleringer av mengde pumpet vann og inntekt fra prisdifferansene i årene 2006 til 2011. Det er også gjort overslagsberegninger på hvilken prisdifferanse som er nødvendig for å kunne betale ned kapitalkostnaden for pumpa med ulike mengder pumpet vann. Resultatene sannsynliggjør lønnsomheten for pumpa. Pumpa gir økt fleksibilitet for hele systemet til en forholdsvis liten kostnad. Den prisdifferansen som skal til for å tjene inn pumpa er liten. I et marked som periodevis vil ha stort overskudd med stor sannsynlighet for kortere perioder med priskollaps, kan en pumpe som tar unna vannet være meget lønnsom. Stabiliteten til kraftverket er også vurdert. For å unngå for stor treghet i systemet og store trykkstøt som kan skade anlegget er en nødt til å ha en svingesjakt i systemet. Denne bør ha et vannspeilareal på minst 45 m2 for å unngå ustabile U-rørssvingninger mellom sjakt og magasin. Ved avslag etter pådrag får en også mye vann som må tas vare på. For å unngå overløp, må en finne en måte å ta unna dette vannet på, for eksempel øke tverrsnittet av sjakten ytterligere. Trykkøkningen foran turbinen blir på over 30 prosent, selv med et vannspeilareal i sjakten på 70 m2. Det trengs derfor en ventil eller luke som åpner seg ved brått avslag for å unngå dette. Tidskonstantene for vannveien gir en indikasjon på at systemet blir tungregulert og tregt, og et kraftverk ved Torolmen bør kjøres på et sterkt nett. Det vil mest sannsynlig si at kraftverket må kjøres samtidig med Tyin kraftverk. For å minske belastningen på nettet og sikre at pumpa ikke får fullt moment så raskt at det skader akslingen og motoren, kan en installere en soft-starter eller pumpe med turtallsregulering.