JP2006029201A - ポンプ水車とその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポンプ水車の発電方向回転の運動エネルギを吸収して停止し、そして揚水方向に回転上昇させ、短時間に発電運転から揚水運転に移行可能とする。
【解決手段】ポンプ水車は、鉄管4の途中に取り付けられた入口弁7と、入口弁とランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能な可動ガイドベーン8と、吸出し管9の途中に取り付けられた吸出し管ゲート10と、鉄管の入口弁と上池との間の位置と、吸出し管の吸出し管ゲートと下カバー3との間の位置とを第1バイパス11を介して接続する第1バイパス管12と、鉄管の入口弁と可動ガイドベーンとの間の位置と、吸出し管の吸出し管ゲートと下池の間の位置とを第2バイパス弁13を介して接続する第2バイパス管14と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】ポンプ水車は、鉄管4の途中に取り付けられた入口弁7と、入口弁とランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能な可動ガイドベーン8と、吸出し管9の途中に取り付けられた吸出し管ゲート10と、鉄管の入口弁と上池との間の位置と、吸出し管の吸出し管ゲートと下カバー3との間の位置とを第1バイパス11を介して接続する第1バイパス管12と、鉄管の入口弁と可動ガイドベーンとの間の位置と、吸出し管の吸出し管ゲートと下池の間の位置とを第2バイパス弁13を介して接続する第2バイパス管14と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明はポンプ水車およびその運転方法に係り、特に、短時間に発電運転(水車運転)から揚水運転(ポンプ運転)に切り換えることができるポンプ水車とその運転方法に関する。
近年の電力自由化に伴い、揚水発電所の重要性が見直されつつある。それは電力の売買において、電力の質的価値に目が向けられるようになってきたためである。電力系統を安定に保つためには、急激な負荷変動にどれだけ俊敏に対応できるかで、価格に差がつくようになってきた。当然、俊敏に対応できる方の電力は安定度が高いので高く売れる。ポンプ水車は揚水運転で余分な電力を吸収し、発電運転でその電力を発生できるため、ほぼ定格容量の2倍の電力の調整が可能な便利な施設である。この電力を高品質にし、どれほど多くの利益を生み出せるかは、いかに短時間に揚水運転から発電運転に、あるいは発電運転から揚水運転に移行できるかに掛かっている。
従来は、発電運転から揚水運転移行する場合、図8に示す構成のポンプ水車を図9のタイムチャートに示すように行なっていた。すなわち、切り換え指令に従い、解列後、ガイドベーンを全閉してランナの水中における攪拌抵抗だけで停止する。その後、水面押し下げしてランナ室に空気を充満させ、モータを起動し、定格回転速度で電力系統に並入し、その後ランナ室から排気し、揚水可能な水圧が確立する締切りを経て揚水運転に移行していた。
このため、発電運転状態から揚水運転状態に切り換えるのに、約15分も掛かっていた。短時間に水車停止するために電気的に制動する方法としては、高速回転領域では回生制動があるが、電力を変換するために大容量のサイリスタ装置が必要である。
また、時間が掛かる水面押し下げを伴うモータ起動を省略でき、揚水方向に短時間に起動方法として、水中起動がある。しかし、これは2台のポンプ水車を逆極性に結線して1台を起動用として発電運転し、その発生した電力で揚水方向水中起動する側を回してやるBack to Back 方式となり、2台以上のポンプ水車が必要である。
なお、揚水運転から発電運転への移行に関する技術としては、特許文献1の技術が知られている。これは、揚水運転から発電運転へクイックチェンジを行なう際に、ポンプ水車の振動、軸振れ、水圧脈動を検出してこの値が規定値よりも小さい場合にガイドベーンを小開度に保持し、規定値よりも大きい場合にはガイドベーンを全閉とするように制御することにより、ポンプ水車の振動、軸振れ、水圧脈動を抑制するものである。
本発明の目的は、発電方向回転の運動エネルギを吸収して停止し、そして揚水方向に回転上昇させ、短時間に発電運転から揚水運転に移行できる、簡便なポンプ水車およびその運転方法を提供することにある。
本発明は上記目的に沿うものであって、請求項1に記載の発明は、上カバーと下カバーにはさまれて形成されるランナ空間内にランナが回転自由に収められ、上池から鉄管によって導かれる高圧水のエネルギをランナによって回転エネルギに変え、主軸を介して発電電動機を回転させ発電する発電運転と、前記発電運転とは逆に、前記発電電動機に電気エネルギを供給することによって前記ランナを回転させ、それにより、下池から吸出し管を経て導入された水を、鉄管を経て上池へ揚水する揚水運転と、を運転切換によって切り換えられるように構成されたポンプ水車において、前記鉄管の途中に取り付けられた入口弁と、前記入口弁と前記ランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能な可動ガイドベーンと、前記吸出し管の途中に取り付けられた吸出し管ゲートと、前記鉄管の前記入口弁と上池との間の位置と、前記吸出し管の前記吸出し管ゲートと下カバーとの間の位置とを第1バイパス弁を介して接続する第1バイパス管と、前記鉄管の前記入口弁と可動ガイドベーンとの間の位置と、前記吸出し管の前記吸出し管ゲートと下池の間の位置とを第2バイパス弁を介して接続する第2バイパス管と、を有すること、を特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のポンプ水車の運転方法であって、発電運転から揚水運転に切り換える際に、前記発電電動機を解列し、前記ガイドベーンと入口弁および吸出し管ゲートを閉鎖し、次に、ガイドベーンを小開するとともに前記第1バイパス弁および第2バイパス弁を開放することによってランナに発電運転時と逆方向の水流を与えて、ランナを揚水方向定格回転速度まで上昇させ、次に、電力系統に並入させ、前記第1および第2バイパス弁を閉鎖し、前記入口弁および吸出し管ゲートを開放し、ガイドベーンを閉じ、次に、ガイドベーン開操作すること、を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、上カバーと下カバーにはさまれて形成されるランナ空間内にランナが回転自由に収められ、上池から鉄管によって導かれる高圧水のエネルギをランナによって回転エネルギに変え、主軸を介して発電電動機を回転させ発電する発電運転と、前記発電運転とは逆に、前記発電電動機に電気エネルギを供給することによって前記ランナを回転させ、それにより、下池から吸出し管を経て導入された水を、鉄管を経て上池へ揚水する揚水運転と、を運転切換によって切り換えられるように構成されたポンプ水車において、前記鉄管の途中に取り付けられた入口弁と、前記吸出し管の途中に取り付けられた吸出し管ゲートと、前記入口弁と前記ランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能なように回動可能に構成され、しかも90度以上の角度制御が可能な可動ガイドベーンと、を有すること、を特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載のポンプ水車の運転方法であって、発電運転から揚水運転に切り換える際に、前記発電電動機を解列し、前記ガイドベーンと入口弁を閉鎖し、次に、前記ガイドベーンを通常運転時に比し90度以上大きく回転させ、前記入口弁を小開して、前記ランナの回転方向と逆向きの水流をランナに作用させ、次に、前記ランナが停止した後に入口弁を閉じ、次に、ガイドベーン開度を通常運転時の閉鎖状態にして水面押し下げ動作に移行すること、を特徴とする。
本発明によれば、短時間に発電運転から揚水運転に移行することができる、簡便なポンプ水車とその運転制御方法を提供できる。
以下に、本発明を実施するための最良の実施の形態を図を参照して説明する。ここで、互いに共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
[第1の実施の形態]
本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第1の実施の形態について、図1および図2を参照して説明する。図1はこの実施の形態のポンプ水車を示す。ランナ1は、上カバー2と下カバー3にはさまれたランナ空間内に回転自由に収められている。
本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第1の実施の形態について、図1および図2を参照して説明する。図1はこの実施の形態のポンプ水車を示す。ランナ1は、上カバー2と下カバー3にはさまれたランナ空間内に回転自由に収められている。
発電運転時には、上池から鉄管4によって導かれる高圧水を、入口弁7およびガイドベーン8を介してランナ1に導き、この高圧水のエネルギによってランナ1を回転させる。ランナ1の回転によって主軸5が回転し、これによって発電電動機6が回転して発電する。ランナ1を出た水は、吸出し管9を通って下池へ流れる。吸出し管9の途中には、放水路側流水を遮断することができる吸出し管ゲート10が配置されている。鉄管4からの流水は、入口弁7および可動ガイドベーン8で流量が調節され、ランナ1でほとんどのエネルギを消費する。
揚水運転時には、発電運転時とは逆に、発電電動機6に電気エネルギを供給し、これによってランナ1を回転させる。このときの水の流れは発電運転時と逆になり、下池から上池に向けて揚水が行なわれる。
この実施の形態ではさらに、入口弁7より上流側の鉄管4から吸出し管ゲート10より上流側の吸出し管9とを連通する第1バイパス管12が設けられている。また、入口弁7より下流側の鉄管4から吸出し管ゲート10より下流側の吸出し管9を連通する第2バイパス管14が設けられている。第1バイパス管12および第2バイパス管のそれぞれの途中に、第1バイパス弁11、第2バイパス弁13が配置されている。
次に、上記のように構成したポンプ水車の運転制御方法について、図2のタイムチャートを参照して説明する。
発電運転から揚水運転への運転切り換え指令が発せられると、それまで発電していた電力をゼロにし、発電電動機6を電力系統からの切り離しすなわち解列をする。解列と同時にガイドベーン8と入口弁7および吸出し管ゲート10を閉じる。その後、ガイドベーン8を小開するとともに第1バイパス弁11および第2バイパス弁13を開き、第1バイパス管12および第2バイパス管14を通じてランナ1に発電時とは逆方向の水を流す。これにより、ランナ1を減速、停止させ、さらに揚水回転方向に加速させる。
定格回転速度に達したら、発電電動機6を電力系統に接続すなわち並入し、第1バイパス弁11および第2バイパス弁13を閉じ、揚水が可能なプライミング水圧が確立する締切りを経て揚水運転に移行する。
この方法によれば、発電時とは逆方向の水流が発電方向の回転エネルギを消失させ、さらに揚水方向の回転エネルギを与えることが可能で、水面押し下げによるモータ起動を省略できるから、短時間(たとえば6〜7分)で発電運転から揚水運転に移行することができる。
[第2の実施の形態]
次に、本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第2の実施の形態について、図3ないし図5を参照して説明する。図3はこの実施の形態のポンプ水車を示す。この実施の形態では、制御角度を通常運転時に比し、90度以上大きく制御可能なガイドベーン8aを設けている。これはランナへ流入させる水流の方向を大幅に変更できるものである。なお、図3で、実線は通常の発電運転時(発電運転時)のガイドベーン8aを示し、破線は制動時のガイドベーン8aを示す。
次に、本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第2の実施の形態について、図3ないし図5を参照して説明する。図3はこの実施の形態のポンプ水車を示す。この実施の形態では、制御角度を通常運転時に比し、90度以上大きく制御可能なガイドベーン8aを設けている。これはランナへ流入させる水流の方向を大幅に変更できるものである。なお、図3で、実線は通常の発電運転時(発電運転時)のガイドベーン8aを示し、破線は制動時のガイドベーン8aを示す。
次に、上記のように構成したポンプ水車の運転制御方法の例について、図4のタイムチャートを参照して説明する。運転切り換え指令が発せられると、それまで発電していた電力をゼロにし、発電電動機6を電力系統から解列をする。解列と同時に入口弁7を全閉し、ガイドベーン8aの角度を−α方向(図3参照)に大きく回転制御し、図5の破線矢印に示すようにランナ1に回転方向と逆向きの水流を作用させる。
発電電動機が停止したら、入口弁7を閉鎖し、ガイドベーン8aを通常運転時の閉鎖角度にし、水面押し下げ動作に入り、通常の揚水起動を行なう。一方、ガイドベーン8aが通常運転時の閉鎖角度に達したら、入口弁7は全開する。なお、図5で、実線の矢印は通常の発電運転時(発電運転時)の水流を示し、破線の矢印は制動時の水流を示す。
この方法によれば、ランナ1に発電回転方向と逆向きの水流を作用させることにより、発電電動機6を減速停止させることができるから、短時間(たとえば10〜11分)で発電運転から揚水運転に移行することができる。
[第3の実施の形態]
次に、本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第3の実施の形態について、図6および図7を参照して説明する。この実施の形態は第2の実施の形態の変形例である。図6は第3の実施の形態のポンプ水車を示す。この実施の形態では、制御角度を通常運転時に比し、90度以上大きく制御可能なガイドベーン8aを設けたうえ、ランナ1に加えて発電方向とは逆向きのトルクを発生するように設計された補助水車15を設ける。
次に、本発明に係るポンプ水車およびその運転方法の第3の実施の形態について、図6および図7を参照して説明する。この実施の形態は第2の実施の形態の変形例である。図6は第3の実施の形態のポンプ水車を示す。この実施の形態では、制御角度を通常運転時に比し、90度以上大きく制御可能なガイドベーン8aを設けたうえ、ランナ1に加えて発電方向とは逆向きのトルクを発生するように設計された補助水車15を設ける。
補助水車15は、封水部16を経て、吸出し管9の外に引き出した補助軸17を介してランナ1と直結している。入口弁7より上池側の鉄管4と吸出し管9とが連通され、補助水車15に流水を導く補助流路18には補助水車15の上流側および下流側にそれぞれ入口補助弁19および出口補助弁20が設けられている。
図7のタイムチャートは、上記構成の水車ポンプの運転方法の例を示す。運転切り換え指令が発せられると、それまで発電していた電力をゼロにし、発電電動機6を電力系統から解列する。解列と同時に入口補助弁19および出口補助弁20を開き、補助水車15に通水するとともに、入口弁7を閉動作する。入口弁7が全閉したら、ガイドベーン8aの角度を−α方向(図3参照)に大きく回転制御させ、その後、入口弁7を小開してランナ1に回転方向と逆向きの水流を作用させる。
発電電動機6が停止点に達した時点で、入口弁7を閉鎖した後、ガイドベーン8aを通常運転時の閉鎖角度に保ちつつ入口弁7を全開にする。一方、発電電動機6が補助水車15によって揚水方向に加速され定格速度になったら、並入し、締切りを経て、揚水運転に移行する。並入したら、補助弁19および補助弁20を閉じる。
この方法によれば、ランナ1に発電回転方向と逆向きの水流を作用させることにより、発電電動機6を減速停止させることができ、且つ、補助水車15によって揚水方向定格回転速度まで加速するので、水面押し下げによるモータ起動が省略できるから、短時間(たとえば8〜9分)で発電運転から揚水運転に移行することができる。
1…ランナ、2…上カバー、3…下カバー、4…鉄管、5…主軸、6…発電電動機、7…入口弁、8、8a…ガイドベーン、9…吸出し管、10…吸出し管ゲート、11…第1バイパス弁、12…第1バイパス管、13…第2バイパス弁、14…第2バイパス管、15…補助水車、16…封水部、17…補助軸、18…補助流路、19…入口補助弁、20…出口補助弁。
Claims (6)
- 上カバーと下カバーにはさまれて形成されるランナ空間内にランナが回転自由に収められ、上池から鉄管によって導かれる高圧水のエネルギをランナによって回転エネルギに変え、主軸を介して発電電動機を回転させ発電する発電運転と、前記発電運転とは逆に、前記発電電動機に電気エネルギを供給することによって前記ランナを回転させ、それにより、下池から吸出し管を経て導入された水を、鉄管を経て上池へ揚水する揚水運転と、を運転切換によって切り換えられるように構成されたポンプ水車において、
前記鉄管の途中に取り付けられた入口弁と、
前記入口弁と前記ランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能な可動ガイドベーンと、
前記吸出し管の途中に取り付けられた吸出し管ゲートと、
前記鉄管の前記入口弁と上池との間の位置と、前記吸出し管の前記吸出し管ゲートと下カバーとの間の位置とを第1バイパス弁を介して接続する第1バイパス管と、
前記鉄管の前記入口弁と可動ガイドベーンとの間の位置と、前記吸出し管の前記吸出し管ゲートと下池の間の位置とを第2バイパス弁を介して接続する第2バイパス管と、
を有すること、を特徴とするポンプ水車。 - 請求項1に記載のポンプ水車の運転方法であって、
発電運転から揚水運転に切り換える際に、
前記発電電動機を解列し、前記ガイドベーンと入口弁および吸出し管ゲートを閉鎖し、
次に、ガイドベーンを小開するとともに前記第1バイパス弁および第2バイパス弁を開放することによってランナに発電運転時と逆方向の水流を与えて、ランナを揚水方向定格回転速度まで上昇させ、
次に、電力系統に並入させ、前記第1および第2バイパス弁を閉鎖し、前記入口弁および吸出し管ゲートを開放し、ガイドベーンを閉じ、
次に、ガイドベーン開操作すること、
を特徴とするポンプ水車の運転方法。 - 上カバーと下カバーにはさまれて形成されるランナ空間内にランナが回転自由に収められ、上池から鉄管によって導かれる高圧水のエネルギをランナによって回転エネルギに変え、主軸を介して発電電動機を回転させ発電する発電運転と、前記発電運転とは逆に、前記発電電動機に電気エネルギを供給することによって前記ランナを回転させ、それにより、下池から吸出し管を経て導入された水を、鉄管を経て上池へ揚水する揚水運転と、を運転切換によって切り換えられるように構成されたポンプ水車において、
前記鉄管の途中に取り付けられた入口弁と、
前記吸出し管の途中に取り付けられた吸出し管ゲートと、
前記入口弁と前記ランナ空間との間に取り付けられて流量調節可能なように回動可能に構成され、しかも90度以上の角度制御が可能な可動ガイドベーンと、
を有すること、を特徴とするポンプ水車。 - 請求項3に記載のポンプ水車の運転方法であって、
発電運転から揚水運転に切り換える際に、
前記発電電動機を解列し、前記ガイドベーンと入口弁を閉鎖し、
次に、前記ガイドベーンを通常運転時に比し90度以上大きく回転させ、前記入口弁を小開して、前記ランナの回転方向と逆向きの水流をランナに作用させ、
次に、前記ランナが停止した後に入口弁を閉じ、
次に、ガイドベーン開度を通常運転時の閉鎖状態にして水面押し下げ動作に移行すること、
を特徴とするポンプ水車の運転方法。 - 請求項3に記載のポンプ水車において、前記ランナの発電時の回転方向と逆向きのトルクを発生する補助水車を前記ランナに直結して設けたこと、を特徴とするポンプ水車。
- 請求項5に記載のポンプ水車の運転方法であって、
発電運転から揚水運転に切り換える際に、
前記発電電動機を解列し、前記ガイドベーンと入口弁を閉鎖し、
次に、前記ガイドベーンを通常運転時に比し90度以上大きく回転させ、前記入口弁を小開して、前記ランナの回転方向と逆向きの水流をランナに作用させ、前記補助水車に鉄管から通水し、
次に、前記ランナが停止した後に入口弁を閉じ、
次に、ガイドベーン開度を通常運転時の閉鎖状態にし、
次に、この状態で入口弁を全開させる一方、発電電動機を揚水方向定格回転速度まで回転上昇させ、
次に、電力系統に並入させ、前記補助水車の流路の通水を停止し、揚水運転に移行すること、
を特徴とするポンプ水車の運転方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004208782A JP2006029201A (ja) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | ポンプ水車とその運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004208782A JP2006029201A (ja) | 2004-07-15 | 2004-07-15 | ポンプ水車とその運転方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=35895860
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JP (1) | JP2006029201A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007255315A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Tanaka Suiryoku Kk | 水力発電用フランシス水車 |
JP2010509537A (ja) * | 2006-11-10 | 2010-03-25 | ジョセフ パオリ | 可逆水力発電装置 |
CZ303917B6 (cs) * | 2006-10-05 | 2013-06-26 | Jakoube@Jirí | Savka vodní turbíny |
EP2567085A4 (en) * | 2010-05-03 | 2017-11-29 | Honeywell International Inc. | Flow-control assembly with a rotating fluid expander |
-
2004
- 2004-07-15 JP JP2004208782A patent/JP2006029201A/ja active Pending
Cited By (4)
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JP2007255315A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Tanaka Suiryoku Kk | 水力発電用フランシス水車 |
CZ303917B6 (cs) * | 2006-10-05 | 2013-06-26 | Jakoube@Jirí | Savka vodní turbíny |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
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