DE1503284A1

DE1503284A1 - Speicherwasserkraftanlage

Info

Publication number: DE1503284A1
Application number: DE19641503284
Authority: DE
Inventors: Andre Weibel
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1964-09-30
Filing date: 1964-10-08
Publication date: 1970-01-15
Also published as: AT267440B; CH421866A; FR1446981A; ES317852A1

Description

"Speicherwasserkraf tanlage" Die Erfindung betrifft eine Speicherwasserkraftanlage mit einem elektrischen Motor-Generator und einer mehrstufigen, hydraulischen Umkehrmaschine, bei der das Wasser im Turbinenbetrieb weniger Stufen als im Pumpenbetrieb durchströmt. Bei Speicherkraftwerken, in denen hydraulische Umkehrmaschinen in der einen Drehrichtung als Pumpe und in der anderen Drehrichtung als Turbine verwendet werden, bereitet die Erreichung eines guten Wirkungsgrades für beide Betriebsarten häufig Schwierigkeiten. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die im Pumpenbetrieb zu überwindende Förderhöhe eine Maschine mit mehreren Stufen erfordert, das Gefälle pro Stufe für den Turbinenbetrieb dann jedoch nur eine relativ schlechte Ausnutzung ergibt. Es sind daher Anlagen der genannten Art bekannt - z.B. aus der deutschen Patentschrift 453 793 - bei denen das Gefälle im Turbinenbetrieb in einer geringeren Stufenzahl verarbeitet wird, als im Pumpenbetrieb für die Förderung des Wassers auf die gewünschte Höhe benötigt werden. Dabei können die für den Pumpenbetrieb zusätzlich benötigten Stufen während des Turbinenbetriebes leer mitlaufen, abgekoppelt oder in Parallelschaltung zu den übrigen Stufen betrieben werden.
Alle diese Anlagen sind jedoch mit Maschinen ausgerüstet, die eine horizontale Welle besitzen. Bei diesen Maschinen sind alle Laufräder der einzelnen Stufen sowie der Motor-Generator auf der gleichen Höhe angeordnet.
Weiterhin ist es bekannt; den Motor-Generator und die zugehörige Umkehrmaschine mit vertikaler Achse anzuordnen, wobei die hydraulische Maschine senkrecht unter dem elektrischen Teil. der Anlage angeordnet ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Maschinensatz mit vertikaler Achse zu ermöglichen, daß in den beiden Betriebsarten mit unterschiedlicher Stufenzahl gearbeitet wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die als Pumpe ausgelegte hydraulische Maschine in eine mehrstufige Hauptpumpe und in eine höchstens zweistufige Zusatzpumpe unterteilt und in an sich bekannter Weise einseitig in vertikaler Anordnung an den Motor-Generator angeschlossen ist, wobei die Zusatzpumpe immer unterhalb der Hauptpumpe liegt, an die nach oben der Motor-Generator anschließt, und daß ferner die Zusatzpumpe während des Turbinenbetriebes mit Hilfe von Druckluft entwässert und durch einen Bypaßströmungsweg kurzgeschlossen oder abgekoppelt ist. Der Beitrag der Zusatzpumpe kann dabei im Bereich zwischen ein Viertel und ein Zehntel der gesamten Förderhöhe liegen und beträgt vorzugsweise etwa ein Fünftel dieser Förderhöhe.
Da die erfindungsgemäße Maschine darüber hinaus@als Pumpe konstruiert und ausgelegt ist, lassen-sich im Pumpenbetrieb optimale Bedingungen erreichen, während durch geeignete Auf- teilung der aufzubringenden Förderhöhe zwischen der Haupt- pumpe und der Zusatzpumpe das nur von der Hauptpumpe im Tur- binenbetrieb pro Stufe zu verarbeitende Gefälle so gewählt werden kann, daß auch für diese Betriebsart sehr gute Wirkungsgrade erreicht werden.
Um die nötige Zulaufhöhe im Pumpenbetrieb zu gewährleisten, muß die Umkehrmaschine bekanntlich tief unterhalb des Unterwasserspiegels angeordnet sein. Bei den bekannten Maschinen mit horizontaler Achse gilt dies für den ganzen Maschinensatz. Demgegenüber kann der Maschinensatz nach der Erfindung so angeordnet sein, daß die als Turbine verwendete Hauptpumpe nur gerade um den geringeren Betrag der notwendigen Turbinengegendruckhöhe unterhalb des Unterwasserspiegels liegt, während die Differenz zu dem benötigten Zulaufdruck im Pumpenbetrieb der Maschine durch die tiefer gelegene Zusatzpumpe aufgebracht wird. Dadurch ergeben sich erhebliche Einsparungen in den Anlagekosten, da das Maschinenhaus als. Ganzes nicht mehr so weit in die Tiefe gebaut werden muß, so daß Ausschachtarbeiten und tiefe Fundamente und damit Baukosten eingespart werden.
An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung nunmehr näher beschrieben.
Eine vertikal verlaufende Maschinenwelle 1 verbindet über eine Kupplung 3 einen elektrischen Motor-Generator 2 mit einer darunterliegenden Hauptpumpe 4, die mehrstufig ausgebildet ist. Die Welle 1 läuft durch die Hauptpumpe 4 hindurch, um an ihrem unteren Ende die ein- oder zweistufige Zusatzpumpe 5 aufzunehmen. Haupt- und Zusatzpumpe sind dabei vorzugsweise so ausgelegt, daß die Zusatzpumpe 5 etwa ein Fünftel der gesamten Förderhöhe aufbringt. Vom Unterwasserbecken 6 führt eine Saugleitung 7, in der ein Absperrorgan 8 eingebaut ist, zur Hauptpumpe 4. In Strömungsrichtung vor dem Ventil 8 zweigt aus der Leitung 7 eine Saugleitung 9 für die Zusatzpumpe 5 ab, von deren Druck- seite eine mit einem weiteren Aisperrventil 10 versehene Lei- tung 11 zwischen der Saugseite der Hauptpumpe 4 und dem Ventil 8 in die Saugleitung 7 führt. An die Druckseite der Hauptpumpe 4 schließt eine ein Druckleitungsventil 12 enthaltende Druck- leitung 13 an, die in einem nicht dargestellten Speicherbecken mündet.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung sei nun kurz skizziert. Während des Pumpenbetriebes ist das Ventil 8 geschlossen und das Ventil 10 geöffnet. Das Wasser wird aus dem Unterwasserbecken 6 über die Leitung 7 und 9 zunächst von der Zusatzpumpe 5 angesaugt und über die Leitung 11 an die Saugseite der Hauptpumpe 4 gefördert. Diese transportiert das Wasser dann durch die Leitung 13 in das obere Speicher- becken.
Beim Übergang auf den Turbinenbetrieb wird das Ventil 10 geschlossen und der Strömungsweg durch das Ventil 8 freige- geben. Weiterhin werden das oder die Laufräder der Zusatzpumpe 5 mit Druckluft von etwa 2 at entwässert. Das durch die Druck- leitung 13 dez Hauptpumpe 4 zuströmende Wasser treibt diese in der dem Pumpenbetrieb entgegengesetzten Richtung als Tur- bine und fließt dann über die Leitung 7 und das Ventil 8 in das Unterwasserbecken 6 ab. Während dieses Betriebszustandes ist die entwässerte Zusatzpumpe 5 kurzgeschlossen,, da das geöffnete Ventil 8 einen Bypaßströmungsweg bildet, und läuft leer mit.
Auf diese Weise verteilt sich die Gefällhühe im Turbinenbetrieb auf insgesamt weniger Stufen der hydraulischen Maschine als im Pumpenbetrieb. Damit wird der pro Stufe zur Verfügung stehende Höhenanteil im Turbinenbetrieb erhöht, was den Wirkungsgrad erheblich verbessert.
Zwischen der Haupt- und der Zusatzpumpe kann in an sich bekannter Weise eine nicht dargestellte Anwurf- oder Bremsturbine angeordnet sein, die von der Druckleitung her mit Wasser gespeist werden kann. Diese Turbine, die im allgemeinen als Peltonrad ausgebildet ist, soll besonders das Anlaufen der Anlage erleichtern.
Die von der Zusatzpumpe im Leerlauf verbrauchte Leistung ist so gering - sie beträgt bei einer unterlichten Beispiel etwa 1 96 der Gesamtleistung der Anlage -, daß sie. nicht ins Gewicht fällt. Die Zuführung der Druck;u£t zu der Zusatzpumpe 5 erfolgt auf übliche Weise und ist nicht besonders dargestellt und beschrieben.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e ----------------------------- G Speicherwasserkraftanlage mit einem elektrischen Motor-Generator und einer mehrstufigen, hydraulischen Umkehrmaschine, bei der das Wasser im Turbinenbetrieb weniger Stufen als im Pumpenbetrieb durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die als Pumpe ausgelegte hydraulische Maschine (4,5) in eine mehrstufige Hauptpumpe (4) und in eine höchstens zweistufige Zusatzpumpe (5) unterteilt und in an sich bekannter Weise einseitig in vertikaler Puffordnung an den Motor-Generator (2) angeschlossen ist, wobei die Zusatzpumpe (5) immer unterhalb der Hauptpumpe (4) liegt, an die nach oben der Motor-Generator (2) anschließt, und daß ferner die Zusatzpumpe (5) während des Turbinenbetriebes mit Hilfe von Druckluft entwässert und durch einen Bypaßströmungsweg (8) kurzgeschlossen oder abgekoppelt ist. 2. Speicherwasserkraftanlage nach Anspruch 1, da- durch gekennzeichnet, daß die Zusatzpumpe (5) etwa ein Fünftel der gesamten Förderhöhe erzeugt.