DE3048854C2 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Anfahren des Pumpenbetriebes einer zwischen einem unteren Wasserhal­ tebecken und einem oberen Wasserhaltebecken angeordneten Pumpspeicher-Kraftwerksanlage mit einer in einem Hauptströ­ mungsweg angeordneten reversierbaren Pumpenturbine und einer in einem parallel zu dem zwischen dem unteren Wasserhalte­ becken und der Pumpenturbine gelegenen Abschnitt des Haupt­ strömungsweges verlaufenden Nebenströmungsweg angeordneten Hilfspumpe, die durch Umsteuerung der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg mit der Pumpenturbine hydraulisch in Reihe geschaltet wird, wobei die Pumpenturbine und die Hilfspumpe unabhängig voneinander elektrisch angetrieben werden.

Die DE-OS 29 17 487 offenbart bereits eine Pumpspeicher-Was­ serkraftanlage im Vollast-Betriebszustand - sowohl während des Turbinenbetriebes als auch während des Pumpbetriebes. Die Ventilklappen werden so angesteuert und betätigt, daß der Nebenströmungsweg geöffnet und gleichzeitig der dazu parallel verlaufende Abschnitt des Hauptströmungsweges abge­ sperrt wird. Dies hat zur Folge, daß das untere Wasserhal­ tungsbecken über den Nebenströmungsweg und den unteren Teil des Hauptströmungsweges mit der Pumpenturbine und von dieser über den Hauptströmungsweg mit dem oberen Wasserhaltungs­ becken verbunden ist. Die Pumpenturbine wird vom Generator­ motor angetrieben, während die Hilfspumpe einen Antrieb hat. Da die Pumpenturbine und die Hilfspumpe zueinander hydrau­ lisch in Reihe oder hintereinander geschaltet sind, gelangt das Wasser, welches von der Hilfspumpe aus dem unteren Was­ serhaltungsbecken angesaugt wird, durch den Nebenströmungs­ weg in die Pumpenturbine, um durch den dort aufgebrachten Arbeitsdruck nach oben in das obere Wasserhaltungsbecken gedrückt zu werden. Bei dieser Anordnung entspricht der Start- und Anfahrvorgang genau dem Betriebsvorgang, welcher nach dem Hochfahren der Hilfspumpe und der Pumpenturbine auf deren Betriebsdrehzahl gegeben ist.

Bei der Wasserkraftanlage nach der DE-OS 15 03 284 ist außer der Pumpenturbine auch eine Hilfspumpe vorhanden. Diese arbeitet jedoch auf der gleichen Welle wie die der Pumpen­ turbine, d.h. es ist eine mechanische Kopplung vorhanden, die einen unabhängigen Betrieb von Pumpenturbine und Hilfs­ pumpe nicht möglich macht.

Durch die DE-OS 22 35 089 ist eine Pumpenspeicher-Wasser­ kraftanlage bekanntgeworden, bei der die Pumpenturbine dann, wenn der Wasserspiegel in ihr abgesenkt wird oder worden ist, in Luft gestartet und hochgefahren wird. Um die im Inneren der Pumpenturbine enthaltene Luft abzuführen, wird hier jedoch der Pumpenturbine von der Auslaßseite her durch ein Verbindungsrohr Wasser zugeführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, beim Betreiben einer Pumpspei­ cher-Kraftwerksanlage ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Pumpenturbine und die Hilfspumpe im Pumpenbetrieb in Reihe geschaltet schnell und weich gestartet werden können, ohne daß sich zwischen ihnen hydraulische Wechselwirkungen einstellen.

Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe dadurch, daß nach Schließen eines zwischen der Pumpenturbine und dem oberen Wasserhaltebecken angeordneten Ventils und nach Um­ steuerung der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg folgende Verfahrensschritte nacheinander ausgeführt werden:

• a) Die Pumpenturbine wird belüftet und angefahren,
• b) nach Erreichen der Solldrehzahl der Pumpenturbine wird diese entlüftet,
• c) nach Beginn der Entlüftung der Pumpenturbine wird die Hilfspumpe angefahren,
• d) nach Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine und nach Erreichen der Solldrehzahl der Hilfspumpe wird das zwischen der Pumpenturbine und dem oberen Wasser­ haltebecken angeordnete Ventil geöffnet.

Insbesondere wird die Hilfspumpe - gemäß Anspruch 2 - bei Beendigung oder - gemäß Anspruch 3 - vor Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine angefahren.

Die Erfindung soll nachstehend nun anhand der in Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Pum­ penspeicher-Wasserkraftanlage, auf welche sich die Erfindung bezieht und

Fig. 2 und 3 Diagramme betreffend die Betriebs- und Steuerungssequenzen von bevorzugten Aus­ führungsbeispielen der Erfindung.

Was die Zeichnung betrifft, so sind in den verschiedenen Darstellungen gleiche oder ähnliche Teile auch mit gleichen Hinweiszahlen gekennzeichnet. So zeigt Fig. 1 ganz besonders eine als Turbine und als Pumpe zu verwendende reversierbare Einzeldrehzahl-Pumpenturbine 1, mit der ein Motorgenerator 2 direkt gekoppelt ist. Dargestellt ist auch noch eine Rohr­ leitung 3, die in die Pumpenturbine 1 führt und mit einem oberen (und nicht dargestellten) Wasserhaltungsbecken ver­ bunden ist. Wiedergegeben sind weiterhin auch noch: Ein unteres Wasserhaltungsbecken 6; ein Ablauf-Wasserführungs­ tunnel 5, der eine Ablaufleitung 4 der Pumpenturbine 1 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbindet; eine Abzwei­ gungsleitung 7, die zur Umgehung des Wasserablauftunnels 5 einem Teil dieses Tunnels 5 parallel zugeordnet ist; schließlich auch noch eine Hilfspumpe 9, die in der Abzwei­ gungsleitung 7 angeordnet und montiert ist. An der Aus­ trittsseite der Hilfspumpe 9 ist ein Ventil 10 in die Ab­ zweigungsleitung 7 eingebaut, wohingegen ein Ventil 11 in den Teil des Wasserablauftunnels 5 eingebaut ist, der zur Abzweigungsleitung 7 parallel liegt. Ein Motor 8 ist derart angeordnet und eingebaut, daß er die Hilfspumpe 9 antreiben kann. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist die Verbindung zwischen der Hilfspumpe 9 und der Antriebseinheit weggelas­ sen worden, das heißt nur die Hilfspumpe 9 ist skizzenhaft dargestellt. Zur Pumpenturbine 1 gehören auch noch (nicht dargestellte) Führungsschaufeln, die als Ventil an der Aus­ laßseite der Pumpenturbine 1 wirksam werden.

Die Wasserkraftanlagen werden nun wie folgt betrieben, wobei in der Zeichnung die jeweils zutreffenden Betriebszustände des Einlaßventils 10 und des Einlaßventils 11 wie folgt dargestellt sind:

Die Vollinie kennzeichnet jeweils für das Ventil 10 den Öffnungszustand, während für das Ventil 10 die gestrichelte Linie den Schließzustand kennzeichnet. Demgegenüber steht für das Ventil 11 die Vollinie für den Schließzustand dieses Ventiles, während die gestrichelte Linie im Falle des Ven­ tils 11 für den Öffnungszustand steht.

Beim Turbinenbetrieb der Pumpenturbine 1 wird das Ventil 10 zunächst einmal in den mit gestrichelter Linie wiedergegebe­ nen Schließzustand gebracht; das Ventil 10 ist also ge­ schlossen, so daß die Zweigleitung 7 geschlossen und abge­ sperrt ist. Demgegenüber wird das Ventil 11 in den mit ge­ strichelter Linie wiedergegebenen Öffnungszustand gebracht; das Ventil 11 ist also geöffnet, was wiederum zur Folge hat, daß der Wasserabführungstunnel 5 mit dem unteren Wasserhal­ tebecken 6 verbunden ist und die Pumpenturbine 1 als Turbine arbeitet. In Fig. 1 ist diese Position mit gestrichelten Linien dargestellt und wiedergegeben. In diesem Falle wird von einem (nicht dargestellten) oberen Wasserhaltungsbecken aus das Wasser derart geführt, daß es über die Rohrleitung 3 in die Pumpenturbine 1 hineinströmt, daß es die Pumpentur­ bine 1 antreibt und schließlich die Pumpenturbine 1 wieder verlassend in die Wasserabführungsleitung 4 fließt. Die Pumpenturbine 1 arbeitet dabei im Turbinenbetrieb und treibt den Motorgenerator 2 an, welcher dann elektrischen Strom erzeugt. Das der Wasserabführungsleitung 4 zuströmende Was­ ser wird über den Wasserablauftunnel 5 in das untere Wasser­ haltungsbecken geführt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Hilfs­ pumpe 9 nicht eingeschaltet und arbeitet nicht.

Soll andererseits die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb ar­ beiten, dann wird das Ventil 10 in die mit Vollinie darge­ stellte Öffnungsposition gebracht; das Ventil 10 ist also geöffnet, was wiederum zur Folge hat, daß die Zweigleitung 7 geöffnet wird. Dann wird das Ventil 11 in die mit Vollinie dargestellte Schließposition gebracht; durch das geschlosse­ ne Ventil 11 wird der zur Zweigleitung parallelliegende Teil des Wasserablauftunnels 7 geschlossen. In diesem Falle steht das Wasserabführungsrohr 4 mit dem unteren Wasserhaltebecken 6 in Verbindung, und zwar über die den Auslaß der Zweiglei­ tung 7 in der Mitte des Wasserabführungstunnels 5 und einem Teil des Wasserabführungstunnels 5 auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6. In Fig. 1 ist diese Position mit Vollinie dargestellt. In diesem Falle wird die Pumpenturbine 1 vom Motorgenerator 2 angetrieben, wohingegen die Hilfspum­ pe 9 von der Antriebseinheit 8 angetrieben wird. Weil nun die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 hydraulisch in Reihe oder hintereinander geschaltet sind, fließt das Was­ ser, welches auf der Seite des unteren Wasserhaltungsbeckens 6 von der Hilfspumpe 9 von diesem unteren Wasserhaltungs­ becken 6 her in den Wasserabführungstunnel 5 gesaugt wird, in die Pumpenturbine 1, und zwar durch die Zweigleitung 7, durch den pumpenturbinenseitigen Teil des Wasserabführungs­ tunnels 5 und durch das Wasserabführungsrohr 4. Das Wasser wird dabei mit Druck beaufschlagt und nach oben über die Rohrleitung 3 in das obere Wasserhaltungsbecken gedrückt.

Nachstehend soll nun ein verbesserters Verfahren zum Anfah­ ren und Starten der Pumpenturbine 1 und der Hilfspumpe 9 im Pumpbetrieb beschrieben werden:

Zunächst einmal wird ein Ventil 20 auf der Auslaßseite der Pumpenturbine 1 geschlossen. Dann wird das Ventil 10 in die mit Vollinie gekennzeichnete Position gebracht, also geöff­ net. Anschließend wird das Ventil 11 in die mit Vollinie dargestellte Position gebracht, also geschlossen, was wiede­ rum zur Folge hat, daß die Zweigleitung 7 geöffnet wird und der Teil des Wasserabführungstunnels 5, der zur Zweigleitung 7 parallel angeordnet ist, geschlossen und abgesperrt wird. Das Innere der Pumpenturbine 1 steht dadurch über die Zweig­ leitung 7 mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 in Verbin­ dung. Nun wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor aus zum Absenken des Wasserspiegels dem Inneren der Pumpen­ turbine 1 Druckluft zugeführt. Sobald der Wasserstand bis unter den Turbinenrotor oder unter die Turbinenrotoren abge­ senkt ist, wird die Pumpenturbine 1 von einem internen An­ lassermotor kleiner Leistung eingeschaltet und in Luft ge­ startet. Nach dem Hochfahren der Pumpenturbine 1 auf eine vorgegebene Solldrehzahl wird eine Verbindung zu einer (nicht wiedergegebenen) Vakuumpumpe hergestellt, wobei dann auch das Absaugen der Luft beginnt. Nach dem vollständigen Absaugen der Luft bzw. nach Beendigung des Luftabsaugvor­ ganges wird durch eine im Inneren eingebaute Antriebseinheit 8 die Hilfspumpe 9 in Wasser eingeschaltet und in Betrieb genommen. Sobald die Hilfspumpe 9 auf die vorgegebene Soll­ drehzahl hochgefahren worden ist, wird diese Hilfspumpe 9 dem äußeren Elektrosystem parallelgeschaltet. Nun wird das Ventil 20 an der Auslaßseite der Pumpenturbine 1 in den Öffnungszustand gebracht, wobei die hintereinander oder in Reihe geschaltete Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 dann im Pumpenbetrieb arbeiten. Fig. 2 zeigt die Zeitsequenzen des zuvor beschriebenen Verfahrens.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß sowohl das Ventil 10 als auch das Ventil 11 nur dann angesteuert und dadurch geöffnet und geschlossen werden, wenn das aus­ laßseitige Ventil 20 der Pumpenturbine 1 geschlossen ist und wenn weder die Pumpenturbine 1 noch die Hilfspumpe 9 arbei­ tet, d.h. wenn weder im Wasserabführungstunnel 5 noch in der Zweigleitung Wasser vorhanden ist oder Wasser strömt. Die Ventile 10 und 11 können deshalb auch zum Öffnen oder Schließen sicher und leicht sowie mit nur geringfügiger Leistungsaufnahme betätigt werden.

Darüber hinaus ist die Hilfspumpe in der Zweigleitung, die zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den gleichen Wasser­ durchlaß angeschlossen ist, dann nicht in Betrieb, wenn die Pumpenturbine 1 im Pumpenbetrieb in Luft angefahren und zum äußeren Elektrosystem parallelgeschaltet wird. Das ist auch der Grund, weshalb die Pumpenturbine 1 in Luft als Pumpe weich und stabil und ohne Aufrühren des abgesenkten Wasser­ spiegels angefahren und in Betrieb genommen werden kann.

Auch die Hilfspumpe 9 wird zum äußeren Elektronetz parallel­ geschaltet, wenn das Ventil 10 geöffnet ist und wenn die Hilfspumpe 9 zusammen mit der Pumpenturbine 1 an den glei­ chen Wasserdurchlaß angeschlossen ist. Das bedeutet, daß die Pumpenturbine 1 und die Hilfspumpe 9 nacheinander dadurch in Reihe gestartet und als Pumpe angefahren werden können, daß zunächst einmal das Ventil 20 an der Auslaßseite der Pumpen­ turbine 1 angeschlossen wird, wobei dieses Anfahren als Pumpe dann einfach ist und ohne aufwendige und komplizierte Starttechnik erfolgen kann.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Hilfspumpe 9 dann sofort in Wasser in Betrieb genommen und angefahren, wenn das Absaugen der noch in der Pumpenturbine 1 befindlichen Luft abgeschlossen ist. In alternativer Weise kann die Hilfspumpe 9 jedoch auch dann in Betrieb genommen und angefahren werden, wenn mit dem Absaugen der Luft begon­ nen worden ist oder wenn das Absaugen der Luft stattfindet (Fig. 3). Im letzten Fall wird der durch die Drehbewegung oder Kreiselbewegung der Hilfspumpe 9 erzeugte Wasserdruck derart dem Wasserabführungsrohr 4 der Pumpenturbine 1 aufge­ schaltet, daß der Luftabsaugdruck in der Pumpenturbine 1 erhöht wird und daß der Vorgang der Luftabsaugung schnell beendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Zeit­ raum zwischen dem Beginn und dem Anfahren des Pumpenbetriebs kürzer sein als dies bei dem zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel der Fall ist.

Die mit Fig. 1 wiedergegebene Pumpenspeicher-Wasserkraftan­ lage ist zwar an beiden Enden des Zweigrohres oder der Zweigleitung 7 mit dem Wasserabführungstunnel 5 verbunden, dennoch kann die Erfindung auch bei einer Pumpspeicher-Was­ serkraftanlage Anwendung finden, bei welcher die Zweiglei­ tung 7 direkt mit dem unteren Wasserhaltungsbecken 6 verbun­ den ist.

Claims (3)

1. Verfahren zum Anfahren des Pumpbetriebes einer zwischen einem unteren Wasserhaltebecken (6) und einem oberen Wasserhaltebecken angeordneten Pumpspeicher-Kraftwerksan­ lage mit einer in einem Hauptströmungsweg (3, 4) angeord­ neten reversierbaren Pumpenturbine (1) und einer in einem parallel zu dem zwischen dem unteren Wasserhaltebecken (6) und der Pumpenturbine (1) gelegenen Abschnitt des Hauptströmungsweges (3, 4) verlaufenden Nebenströmungsweg (7) angeordneten Hilfspumpe (9), die durch Umsteuerung der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg (7) mit der Pumpenturbine (1) hydraulisch in Reihe geschaltet wird, wobei die Pumpenturbine (1) und die Hilfspumpe (9) unab­ hängig voneinander elektrisch angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schließen eines zwischen der Pumpenturbine (1) und dem oberen Wasserhaltebecken angeordneten Ventils (20) und nach Umsteuerung der Wasserströmung über den Nebenströmungsweg (7) folgende Verfahrensschritte nach­ einander ausgeführt werden:

• a) die Pumpenturbine (1) wird belüftet und angefahren,
• b) nach Erreichen der Solldrehzahl der Pumpenturbine (1) wird diese entlüftet,
• c) nach Beginn der Entlüftung der Pumpenturbine (1) wird die Hilfspumpe (9) angefahren,
• d) nach Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine (1) und nach Erreichen der Solldrehzahl der Hilfspumpe (9) wird das zwischen der Pumpenturbine (1) und dem oberen Wasserhaltebecken angeordnete Ventil (20) geöffnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspumpe (9) bei Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine (1) angefahren wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfspumpe (9) vor Beendigung der Entlüftung der Pumpenturbine (1) angefahren wird.