Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

1. szám - Piésold, D. A. David: Vízerőművek hatásfokának növelése

40 HIDROLÓGIAI K.

OZLÓNY 2000. 80. ÉVF. 1. SZ. zsaluzása bizonyos többletköltséget okozhat. A beruházási költségekben jelentkező megtakarítások, vagy többletköltségek azonban nagyságrendekkel kisebbek, mint a jobb hatásfokból származó bevétel. A térbeli rendszer előnyeit a kutatócsoport az alábbiakban foglalta össze: - a leválási és kavitácós hajlam, és ezáltal az energiaveszteségek csökkenése, - a csőfalak járulékos feszültségeinek csökkenése, - a csövek és vezetékek öntisztulása, - a csövek és vezetékek kopásának és korróziójának csökkenése, - a turbinába belépő áramlás fokozottan tengelyszimmetrikus sebességeloszlása. A térbeli csavaráramlásos rendszer fentiekben említett előnyei hagyományos kétdimenziós rendszerekkel szemben nemcsak a nyomó- és szívócsöveknél, hanem a hidraulikai rendszerbe történő belépésnél, iránytöréseknél és elágazásoknál is érvényesülnek. Ezzel magyarázhatóvá vált a több leágazású szűkülő elosztóvezetékek „váratlan" esésnövelő hatása, amihez a nem tervezett másodlagos csavaráramlás vélhetően hozzájárul. A hidraulikai előnyöket a két- és háromdimenziós rendszerek összehasonlító gyógyászati vizsgálatával az Imperial Collegeban nemzetközi tudós- és mérnökcsoportok évek óta behatóan vizsgálták. A kialakított koszorúér by-pass pótlások sikeresnek bizonyultak, és tárgyalások vannak folyamatban a szabadlom licencia alapján történő gyártásáról. A vér és viz viszkozitása közötti jelentős különbség, az ennek következtében kialakuló lamináris és turbulens áramlás, az artériák és ipari csővezetékek eltérő mérete és a nagy mértékben különböző Reynolds számok a műszaki alkalmazás kutatóit bonyolult feladatok elé állították. A hidraulikai laboratóriumban végzett kisminta vizsgálatok azonban kimutatták a térbeli rendszerekben kialakuló tengelyszimmetnkus áramlás előnyeit a síkbeli rendszerekkel szemben. Hidraulikai számítások és több egyetem szakértői által végzett független ellenőrzések a spirál elrendezésekben mérhető energiatöbbletet mutattak ki. Ezt a többletet azonban a helyi különbségek miatt minden létesítményben külön kell optimalizálni. A műszaki előnyök felvázolása után felmerül a kérdés, hogy a jól tervezett csavaráramlásos rendszerektől milyen gazdasági-pénzügyi előnyök várhatók? Adott vízhozam hatékony hasznosítása közepes, 70-80 m esés esetén a Caro-Piésold rendszer alkalmazásával kb. 4 %-kal több energia termelhető, míg 20-31 m esés esetén 10 % többlet várható. Ez annak tulajdonítható, hogy a hidraulikai felületek határsebessége az eséstől függetlenül állandó, míg a veszteségek a sebesség négyzetével közel arányosak. A gazdasági-pénzügyi előnyök elsősorban nagy vízhozamok esetén jelentősek. Pl. 3000 m

3/s vízhozam esetén az esésveszteség 1 m-es csökkentése évente közel 200 millió kWh többlet-energiát, azaz a jelenlegi világpiaci energia árakon számolva évi 12 millió US dollár többletbevételt eredményez. Az 1 m többlet-esésből származó éves bevétel viszont kb. 180 millió US dollár beruházott tőkével egyenértékű. Számos hagyományos elrendezés vizsgálata alapján, amelyek során a határ felületek szokásos ütemű romlását is figyelembe vették, megállapítható, hogy a CaroPiésold elv szerint tervezett vízerőművek megfelelő helyszíni viszonyok esetén 1,5-3,0 m többlet-esést hasznosítanak Logikusan merül fel a kérdés, hogy a háromdimenziós Caro-Piésold elrendezés jár-e hátrányokkal? A válasz: nem Az eltérések a hagyományos gyakorlattól csekélyek, s nem jelentenek nagyobb nehézséget, mint a számos erőműben jelenleg is üzemelő bonyolult elágazások, és a többszörös nyomóvezeték leágazások hagyományos tervezése. A bonyolultabb geometriájú alakzatok tervezése és kivitelezése az egyedüli többletráfordítás. Ezzel szemben áll a jelentős előnyöket hozhat a szakszerűen, matematikai és fizikai modellek segítségével adott, helyszínre tervezett, a Caro-Piésold elvek szerint geometriailag és hidraulikailag optimalizált spirálrendszer. Ezek az előnyök elsősorban a nagy vízhozamot közepes és kis esésekkel hasznosító erőmüvek esetén jelentkeznek. Az előadó végül egyenlő átmérőjű résztekercs-körszegmensként kialakított három- és kétdimenziós nyomóvezeték-csigaház elrendezéseket hasonlított össze, amelyeknél a háromdimenziós változat a síkbelihez képest kb. 20 % esés-veszteséget takarított meg. Bemutatta továbbá egy háromdimenziós összetett spirál és annak hagyományos síkbeli megfelelőjének példáján az egymáshoz közeli iránytörések közötti kölcsönhatás előnyeit. A veszteségek ez esetben is 20 % körüli mértékben csökkentek. (Fordító: Szilvássy Zoltán) D.D.A.. PIÉSOLD, CBE Bejegyzett építőmérnök, Kanthack House, Station Road, Ashford, Kent TN 13 1 PP. Energy efficient options in Hydroelectric Systems David D. A. Piésold (Summary of a lecture in Budapest, 25. October 1999, addressed to the Hungarian Hydrological Society) Abstract: Improvements in efficiency of a fraction of one per cent in large flow projects would overshadow significant increases of capital costs of a project. A design with the gentle 45° changes of direction provides the most efficient planar hydraulic layout and this was recently adopted on a current project under design Keywords: Hydroelectric system, efficient option.