Vis enkel innførsel

dc.contributor.advisorStorli, Pål-Tore
dc.contributor.authorMoen, Thomas Svensson
dc.date.accessioned2019-10-15T14:00:35Z
dc.date.available2019-10-15T14:00:35Z
dc.date.issued2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11250/2622336
dc.description.abstractVindkraft og solenergi utvikles stadig og tar over for tradisjonell kraftproduksjon. Dette fører til at en større andel av produksjonen kommer fra energikilder med ukontrollerbare variasjoner i produksjonen. For å balansere strømnettet og sørge for jevn totalproduksjon til alle tider må en viss andel av energien komme fra stabile energikilder som lett kan kontrolleres. Fleksibiliteten som vannkraft gir, både gjennom energilagringskapasiteten og den raske responstiden, gjør vannkraft godt egnet for å motvirke de ukontrollerbare variasjonene fra fornybare energikilder. Vannkraften er i tillegg godt utbredt og en veletablert kilde til elektrisitet. Likevel er det utfordringer knyttet til vannkraftens fremtid, og økt fleksibilitet i spesielt kraftverkene med tilknytning til elver er nødvendig. For disse vannkraftverkene vil effektkjøring, beskrevet som svært varierende vannstand som følge av hyppige endringer i produksjonen, føre til svært alvorlige miljøpåvirkninger i elvens økosystem. Et av hovedproblemene er når store vannstandsendringer skjer i løpet av kort tid, da dette kan føre til både stranding og drifting av spesielt ungfisk. For å tilpasse fremtidig vannkraft og samtidig ivareta miljøet i elver har ideen ACUR LE blitt utviklet. ACUR LE er et stort trykkregulert vannlagringsvolum koblet til utløpstunnelen av et vannkraftverk. Ved å bruke kompressorer og ventiler kan lufttrykket i kammeret reguleres, slik at forholdet mellom luft og vann endres. En økning i lufttrykket fører til at vann presses ut av kammeret, og på denne måten kan den totale volumstrømmen ut av kraftverket kontrolleres. Gjennom denne masteroppgaven har ACUR LE blitt utviklet som et av vannkraftelementene tilgjengelig i simuleringsprogrammet LVTrans, et programtillegg til LabVIEW. Dynamikken i selve kammeret med varierende luftmengde er beskrevet med den polytropiske sammenhengen for trykk og volum, for antatte adiabatiske forhold. Begrensninger fra kompressor og ventil er tatt hensyn til ved å inkludere begrensningene komponentene er antatt å gi til volumstrømmen. Deretter er referansekraftverket Bratsberg modellert i LVTrans med og uten ACUR LE implementert, for så å bli brukt i simuleringer for oppstart, nedstenging og flomkontroll. Simuleringene i dette prosjektet viser hvordan ACUR LE klarer å dempe variasjonene som følge av endret produksjon på en vellykket måte. I et oppstartsscenario er kraftverkets responstid redusert til få sekunder, mens den totale volumstrømmen ut av kraftverket kontrolleres av ACUR LE til å bruke flere minutter på å øke rolig. I tillegg kan kraftverket stenge ned på en tredjedel av tiden sammenliknet med normal nedstenging, uten å påføre elven nedstrøms en uakseptabel rask nedgang i volumstrøm. Simuleringene er riktignok gjennomført på et tidlig stadium i utviklingen av ACUR LE, som betyr at det er mange antagelser og usikkerheter som påvirker resultatet. Likevel er framtidsutsiktene til ACUR LE lovende. Som et resultat av denne masteroppgaven har ACUR LE blitt videreutviklet og kan nå regnes for å være på Technology Readiness Level 3.
dc.description.abstractAs wind power and solar photovoltaic (PV) continues to develop, an increasing part of the total energy production mix comes from fluctuating intermittent energy sources. This generates the need for stable energy providers that can help balance the total energy supply. The flexibility of hydropower, considering both energy storage capacity and quick response time, makes hydroelectric production highly suitable to counteract changes in other renewable sources. In addition to the appealing abilities, hydropower have the advantage of already being a well-established method of power production. However, there are several challenges related to the development of future hydropower systems, and increased flexibility in hydropower plants (HPPs) with an outlet to a river is one of the qualities future hydropower needs. In these HPPs, the highly fluctuating flows from varying power production, known as hydropeaking, can have a detrimental impact on the river ecosystem. The rate of change in discharge flow is one of the main problems to juvenile fish in particular, where stranding and unintended drifting threatens the living conditions. To increase the hydroelectric flexibility while limiting the effect on the adjacent watercourses, the concept idea of ACUR LE, the Air Cushion Underground Reservoir (Low Energy), is investigated in more detail. ACUR LE is a pressure-regulated water storage volume of great dimensions in connection with the tailrace tunnel of a HPP. With the use of valves and compressors between an air adit and ACUR LE, the air pressure is regulated to adjust the ratio of water and air in the chamber at all times. As increasing air pressure is directly related to the volume flow out of the chamber, the total hydropower discharge to the river can be controlled. In this Master’s thesis, ACUR LE is successfully developed as a hydropower element in the toolkit of the LVTrans simulation program, utilized in LabVIEW. To describe the system dynamics for various amounts of air in ACUR LE, the polytropic relation for pressure and volume is used with the assumption of adiabatic behavior. The compressor and valve are taken into consideration as their assumed limitations on volume flow are included in the element. The case HPP Bratsberg is modeled in LVTrans with and without ACUR LE and simulated for different scenarios such as startup, shutdown and flood control. The simulations demonstrate how ACUR LE successfully mitigates fluctuations from varying power operating procedures. In a startup scenario, the power response time is reduced to seconds, while the total HPP discharge flow is controlled by ACUR LE to increase slowly during several minutes. Additionally, the HPP can shut down during one-third of time compared to the normal operating procedure, without causing unacceptable fluctuations for the adjacent river. However, due to the early stage in the development, there are many uncertainties and assumptions related to the LVTrans model and especially the implemented compressor and bypass valve. Nevertheless, the further development of ACUR LE looks promising. As a result of this Master’s thesis, ACUR LE can now be regarded to be at Technology Readiness Level 3.
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleMitigation of Discharge Fluctuations from Hydropower Plants by Active Measures
dc.typeMaster thesis


Tilhørende fil(er)

Thumbnail

Denne innførselen finnes i følgende samling(er)

Vis enkel innførsel