Waterkracht: Accumulatiewerken

waterkracht

---

--:;-:-:---.... 0". '. ~

3'

) ~ l' !. ;-j j..

;-?

~ ~ v-;,

t

_..

I

'f

,

... $

..

..

?

, " ., t -;:.

Hoofdstuk I 11 111 IV V VI VII VIII IX X XI XII XIII INHOUDSOPGAVE Doel en werkwijze pag. 1 1 2 2 3 4 ~ 6 6 7 8 11 14 Voordelen van een accumulatiewerk

Kosten

Economische factoren Indeling

Onderdelen van een zuiver accumulatiewerk Bovenbekken

Benedenbekken Inlaatkunstwerk Drukleiding

Centrale met mechanische installaties

Rendement

Accumulatiewerken

Duits: Pumpspeicheranlagen Eng.: Pumped storage schemes

Frans: Centrales à accumulation par pompage

I Doel en werkw\jze.

1. Het doel van accumulatiewerken is het accumuleren van energie tijdens perioden van geringe vraag en het afgeven van ~ie energie tijdens piek-belastingen.

2. Dit doel wordt bereikt door tijdens de perioden van geringe vraag (de "dalen" in het belastingdiagram) de dan beschikbare betrekkelijk goedkope elektrische energie te benutten voor het oppompen van water uit een laag-gelegen naar een hooggelegen bekken met de in de centrale van het accu-mulatiewerk opgestelde pompen.

Tijdens de perioden van piekbelasting wordt het opgepompte water benut voor het aandrijven van in dezelfde centrale opgestelde turbines voor de

opwekking van het waardevolle piekvermogen,

11 Voordelen van een accumulatiewerk.

1. De inschakeling van een dergelijk werk in de energievoorziening van een verzorgingsgebied heeft de volgende voordelen:

a. het te installeren vermogen in andere centrales in dat gebied kan worden beperkt.

b. de turbines en generatoren in die andere centrales kunnen theoretisch constant met het ontworpen vermogen worden belast en dus met het gun-stigste rendement.

c. belastingveranderingen in het net kunnen snel worden opgenomen door de omschakeling van pompbedrijf op turbinebedrijf.

(Vianden: van stilstand turbine op vollast: 140 sec,

van turbine- op pompbedrijf en omgekeerd 70 à 80 sec.).

2. Deze voordelen garanderen dat rendabel te exploiteren accumulatiewerken in de toekomst in elk groot verzorgingsgebied, waar zij tot stand kunnen worden gebracht en de energievoorziening door een onderling gekoppeld complex van waterkracht- en/of calorische centrales plaats vindt, waarde-volle diensten kunnen presteren en daarom fei te lijk onontbeerlijk zijn. Als bewijs hiervoor moge dienen dat het in Wales (Engeland) in aanbouw zijnde zuivere accumulatiewerk Ffestiniog (320 YW) bestemd is om samen te werken met de "atoom-centrale" Trawsfynydd.

2.

III Kosten.

1. De totale aanlegkosten van een accumulatiewerk kunnen als volgt globaal over de onderdelen worden verdeeld:

a) voor civiel-technische werken

~o

à 60% b) voor de elektro-mech. installatie

~o

à ~5% c) voor algemene kosten 10 à 20%

2. In a) zijn de kosten voor de drukleiding begrepen tot 10 à 30% en die voor het boven- en benedenbekken tot 15 à 20% van de totale kosten,

3. De totale aanlegkosten per geinstalleerde kW bedragen voor een ac cumula-tiewerk: Ffestiniog (Engeland) Vianden (Luxemburg) Geesthacht (W, Duitsland) $ 125,50 $ 9~,-$ 1~3,-IV Economische factoren.

1. In het algemeen is een accumulatiewerk economisch verantwoord, indien de totale kosten per geinstalleerde kW lager zijn dan het 1,3 à 1,~-voudige van die van een calorische centrale

(f

600jkW).

2. Men zal, om de aanlegkosten zo laag mogelijk te houden,ernaar moeten

stre-ven het bostre-ven- en benedenbekken op zo kort mogelijke afstand van elkaar te situeren bij zo groot mogelijk hoogteverschil waardoor de specifieke leiding

I t L totale leidinglengte .. I dt

eng e

=

H =

bruto verval m1n1maa wor .

Een verhouding ~ <:6 kan als gunstig worden aangemerkt doch er zijn ook werken uitgevoerd, waarbij ~

;>

10.

3. Uit de formule N

=

9781~t~g Q Hn kW kan worden afgeleid dat 1 m3 water 9,81 x'?t x1)

het bovenbekken overeenkomt met 3600 g Hn kWh (àf generator-uit

klemmen) .

Voor 'Pt = 0,85 en

"?

g = 0,96 komt dus 1 m3 wa ter ui t het bovenbekken overeen met 0,0022 H kWh.

Hoe groter dus H j hoe kleiner men, om dezelfde hoeveelheid energie te

n

verkrijgen} de inhoud van de bekkens behoeft te maken en verder de

dia-meter van de drukleiding en de afmetingen van de machinale installaties uitvallen.

4. Hoewel dus een grote valhoogte

(;>

200 m) meer perspectieven biedt voor een rendabele opzet) kunnen ook situaties, waarbijveel geringere druk-hoogten beschikbaar zijn, in aanmerking komen.

Zo varieert de netto drukhoogte van het nieuwe accumulatiewerk

Geest-hacht, gelegen aan de Elbe op 35 km van Hamburg, van 70 tot 85 meter.

5. Uiteraard zijn de aanlegkosten verder in hoge mate afhankelijk van de topo-grafische, geologische en hydrologische omstandigheden van de gekozen situatie.

V Indeling.

1. Men kan onderscheiden:

A. Zuivere accumulatiewerken

B. Gemengde accumulatiewerken

2. Zuivere accumulatiewerken

Bij dit type? waarvan een schema is aangegeven op B.ijlage

r

·.ie ~.L

heeft het bovenbekken geen (of een te verwaarlozen) natuurlijke toevloei-ing en kan de centrale dus alleen energie produceren nadat eerst het bovenbekken is gevuld met opgepompt water.

De centrale produceert dus uitsluitend "veredelde" energie, waaronder wordt verstaan energie, die meer opbrengt dan de voor het oppompen van water te besteden kosten.

Dit soort werken dient veelal voor het opnemen van dag- en soms van week-spitsbelastingen.

3. Gemengde accumulatiewerken

Bij"gemengde" accumulatiewerken, waarvan een eenvoudig voorbeeld is

gege-ven op Bijl~ge2 bestaat het bovenbekken in het algemeen uit een door een dalafsluiting gevormd stuwmeer met natuurlijke toevoer.

4. De aan de damvoet of op enige afstand daarvan gelegen centrale heeft dus ook een eigen energieproduktie. Deze kan naargelang van de

omstan-digheden kleiner of groter zijn dan de produktie van "veredelde" energie door accumulatie met behulp van opgepompt water.

In het algemeen dient dit soort werken voor het opnemen van seizoen -spitsbelastingen.

5. In tegenstelling tot de zuivere accumu Lat.Lewerken, waarbij voor pompbedrijf en turbinebedrijf meestentijds dezelfde drukleidi~ (of drukschacht) wordt

gebezigd, kan bij gemengde werken volgens het op Bijl~ge 2 aange

-geven schema, de energieproduktie zoildèr hèzwaar voort!ailg vinden:>;tijdens bet pompbedrij~...

6. Aangezien gemengde werken dikwijlsui tingewikkelde comp lexen bestaan en het doel en de werkwijze van accumulatiewerken het beste tot uiting komen bijzuivere accumulatiewerken, zal slechts dit laatste type verder in nadere beschouwing worden genomen.

VI Onderdelen van een zuiver accumulatiewerk. 1. Een zuiver accumulatiewerk omvat (zie Bijlaget)

a) een bovenbekken met inlaatkunstwerk.

b) een drukleiding of een drukschacht, die de verbinding vormt van het inlaatkunstwerk met de turbines en pompen in de centrale.

c) een centrale waartn de turbines, pompen en motor-generatoren zijnop-gesteld.

d) een benedenbekken.

2. Indien de centrale ondergronds wordt uitgevoerd zal een turbineafvoer-tunnel noodzakelijk zijn tussen de centrale en het benedenbekken.

Tevens dient deze tunnel dan voor de aanvoer van het op te pompen water.

3. Een dergelijke tunnel zal in verband met de waterspiegelvariatiès in het benedenbekken vrijwel altijdals tunnel onder druk moeten worden ui tge-voerd. Indien de lengte van de tunnel aanzienlijkis, zal onmiddellijk achter de centrale een bufferschacht aanwezig dienen te zijnteneinde bijdebietvaria ties ontoelaatbare drukverhogingen reap, onderdruk in de

tunnel te voorkomen.

VII Bovenbekken.

1. Het bovenbekken kan worden gevormd door of bestaan uit:

a) afsluiting van een zijdal.

b) een bestaand meer.

c) een kunstmatig bekken op een plateau.

2. In de eerste twee gevallen spreekt men van natuurlijkebekkens,

Soms is het met relatief geringe kosten mogelijk de waterspiegel van een bestaand ~ op te stuwen.

In het volgende zal uitsluitend sprake zijnvan uitvoering van een kunst-matig bekken.

5.. 3. Als voordelen van een kunstmatig bekken kunnen worden aangemerkt:

a) een bekken op een plateau kan in het algemeen buit~n b~bouwde of in cultuur gebrachte gebieden worden gehouden.

b) de waterspiegel variaties kunnen in het algemeen minder groot worden gehouden dan in een door een dalafsluiting gevormd stuwmeer.

lt:. Een voornaam punt vormt de kwel bij een kunstmatig bekken; nf.et alleen wegens de kans op afschuivingen, die daarvan het gevolg kunnen zijn, maar ook wegens het daaruit voortspruitende waterverlies, dat door kostbaar opgepompt water vervangen moet worden.

5. In verband hiermede zal het veelal nodig zijn de taluds en de bode. van een kunstmatig bekken over de volle oppervlakte van een waterdichte be-kleding te voorzien.

6. Een tweede verlies uit het bekken is het gevolg van de verdamping die uit diepe natuurlijke bekkens met een kleinere wateroppervlakte en een eventueel meer beschutte ligging geringer is.

7. In Midden-Europa kan de jaarlijkse verdamping op 600-800 mm worden aan-genomen; in de tropen en subtropische landen kan zij een veelvoud daar-van bedragen (tot 2000 - 2500 mm).

8. De voor de vervanging van, de kwel- en verdampingsverliezen benodigde energie dient bij de bepaling van het total rendement van het werk in rekening te worden gebracht (zo nodig ook van het benedenbekken). Bij het accumulatiewerk Niederwartha (Duitsland) bedraagt dit energie-verlies resp. 113000 en 2100p kWh per jaar voor boven- en benedenbekken

(0,05% van de totale pompenergie).

9. De kosten van het bekken en van de ringdijk worden voornamelijk beheerst door de topografische en geologische gesteldheid ter plaatse. Aan de uitvoering dienen dezelfde eisen te worden gesteld als die gelden voor het ontwerpen van stuwmeren met dalafsluitingen.

10. De relatief van geringe omvang zijnde ringdijken bestaan veelal uit

aarden dammen of ui t dammen van gestorte steen en zijn aan de waterzijde van een bekleding voorzien.

11. Men dient rekening te houden met de moeilijkheden, die voorspruiten uit ijsvorming.

Bij aanhoudende vorst kunnen zich bij steeds wisselende waterstanden 15 tot 50 cm dikke ijslagen vormen, die de waterbeweging volgen. Hierdoor kunnen op flauwe dijktaluds hoge ijsbarrieres worden gevormd, die bij dooi naar beneden storten en de talud- en bodembekleding en zelfs het inlaatkunstwerk kunnen beschadigen, vooral als zulks plaatsvindt bij lage waterstand,

In verband daarmede worden zo mogelijk de taluds zo steil mogelijk

opge-I

12. Ook met de golfslag dient rekening te worden gehouden i.v.w. men op de hoogwaterlijn met succes golfbrekers toepast.

13.

Bijhet dalen van de waterspiegel bestaat bijaarden dammen door de poriën·

waterdruk het gevaar van afschuiving van de taluds of beschadiging van

de bekleding, vooral omdat bijdergelijkebekkens de waterspiegelvariaties

relatief snel verlopen.

1%. Zoals reeds eerder vermeld komt 1 m3 water uit het bovenbekken overeen

met een energie·van ongeveer 0,0022 H kWh (àf generatorklemmen).

n

Stellen we de totale inhoud van het bekken op V m3 en de gemiddelde

netto valhoogte van deze hoeveelheid water op H dan kan in totaal een

gem

hoeveelheid energie opgewekt worden van: E = 0,0022 V H kWh.

gem

VIII Benedenbekken.

1. Dit bekken kan bestaan uit een aanwezig meer of uit een kunstmatig

stuwmeer of gevormd worden door afdamming van een rivierbed. Ook kan

zulk een bekken plaatselijkop kunstmatige wijze tot stand worden gebracht.

2. De kosten van het benedenbekken zijnals regel lager dan die van het

bovenbekken. Met name is dit het geval als men een rivierdal kan

benut-ten als de waterspiegel daarin niet te veel varieert.

3. Theoretisch behoeft het boven- of benedenbekken slechts éénmaal gevuld

te worden.

Echter dienen de waterverliezen als gevolg van kwel en verdamping in

boven- en benedenbekken regelmatig te worden aangevuld.

%. Is de centrale geprojecteerd aan een rivier, waarin zeer grote

water-spiegelvariaties voorkomen, dan zal men veelal het benedenbekken op een wat hoger niveau kunstmatig tot stand brengen en middels een

pomp-installatie uit de rivier voeden.

Daarbijdient gedacht te worden aan een zuivering van het op te pompen

water, indien de rivier veel sleep- en zweefstoffen afvoert~ omdat

voor-al centrifugavoor-alpompen zeer gevoelig zijnvoor verontreinigd water.

IX Inlaatkunstwerk

1. Al naar gelang van de bovenstroomse uitmonding van de drukleiding of

de drukschacht komen voor het inlaatkunstwerk in het bovenbekken

ver-schillende oplossingen in aanmerking.

2. Het inlaatkunstwerk ligt bijbekkens, die gevormd worden met behulp van

een dalafsluiting, meestal nabijdeze afsluiting; in het algemeen wordt

dan dezelfde constructie toegepast als voor een in~aatkunstwerk voor

7

.

Bijde in hoofdstuk VIlsub lc bedoelde kunstmatige bekkens maakt het in

-laatkunstwerk veelal deel uit van de ringdijk (Niederwartha~ Geesthacht). Indien de drukleiding als drukschacht verticaal uit het bekken aftapt,

wordt een inlaattoren toegepast (Vianden, Reisach-Rabenleite).

3. Bijhet ontwerpen van het inlaatkunstwerk dient rekening te worden ge

-houden met de navolgende factoren:

a) Het kunstwerk wordt afwisselend in beide richtingen door het water doorstroomd~ zodat drukverliezen tweemaal optreden. Aan de beperking van deze verliezen dient grote aandacht te worden besteed.

b) De roosterverliezen dienen zoveel mogelijk te worden beperkt i.v.w.

steeds machinale reiniging ware toe te passen.

c) Men moet om veiligheidsredenen rekening houden met de mogelijkheid van een dubbele afsluiting van de inlaatopeningen hetzijdoor schui -~ hetzijdoor kleppen.

Een van deze afsluitingen bestaat veelal uit een el~ktrisch aange-dreven vlinderklep (Schnellschlusz-Drosselklappe), die normaal in bedrijf is.

De tweede afsluiting wordt beschouwd als een noodafsluiting? die tevens voor handbediening geschikt moet zijn.

Bijhet ontwerp van de afslui tmiddelen dient rekening te worden ge

-houden met stroming in beide richtingen.

X Drukleiding.

1. Bij de berekening van de meest economische diameter van de drukleiding moet rekening gehouden worden met het feit, dat water in beide rich

-tingen daardoorheen stroomt, zodat de wrijvingsverliezen tweemaal in rekening dienen te worden gebracht.

2. De economische diameter zal dus groter uitvallen dan die van een druk-leiding voor een normaal waterkrachtwerk met gelijke drukhoogte en tur

-binedebiet.

3. Men zal dus voor de afleiding van de formule ter bepaling van de meest economische diameter D wegens wrijvingsverliezen in de drukleiding thans moeten d K a di) + uitgaan van: d Ket _d~K_e~p

=

d D + d D

o

~

waarin: K a K = et K ep

~. Voor een juiste bepaling van K dient tevens het extra op te pompen

. ep

debiet, dat tengevolge van kwel en verdamping verloren is gegaan? in

=

jaarlijksekosten van de drukleiding

waarde jaarlijksenergieverlies bijturbine-bedrijf

= waarde jaarlijksenergieverlies bijpomp-bedrijf.

5. Er wordt op gewezenp dat in het algemeen de wrijvingsverliezentijdenshet

turbinebedrijfgroter zijndan tijdenshet pompbedrijf~omdat het turbine

-debiet groter is dan het pomp-debiet.

6. De drukleiding van een accumulatiewerk staat aan veel grotere dynamische belastingen bloot dan die van een gewoon waterkrachtwerk omdat in de eerste plaats onder normale bedrijfsomstandighedenin het algemeen snel van pomp- op turbinebedrijfv.v. moet kunnen worden overgeschakeld.

7.

Voorts kan door het uitvallen van de elektrische stroom tijdenshet pomp-bedrijfeen pomp door de grote tegendruk in de drukleiding snel tot sti l-stand komen en binnen enkele seconden de watermassa terug gaan stromen,

waarbijbovendien de pomp beschadigd zou kunnen worden.

Ter voorkoming hiervan is een zeer snel sluitende veiligheidsafsluiter noodzakelijk.De inbedrijfstellinghiervan kan een zware drukstoot ten ge

-volge hebbenp waarvan de grootte zelfs maatgevend kan zijnvoor de

bere-.

kening van de drukleiding.

De op het plotseling sluiten van de drukleiding volgende "drukslingering" begint met een aanzienlijkedrukverlaging.

XI Centrale met mechanische installaties.

1. De situatie en de indeling van de centrale hangen ten nauwste samen met

het type1 de opstelling en het aantal van de daarin onder te brengen

machinegroepen en met het type drukleiding.

2. In het algemeen zullen geen afzonderlijkegroepen: pomp met motor en turbine met generator worden toegepast doch zal de installatie bestaan uit "n of meer aggregaten bestaande uit drie op een gemeenschappelijke as gemonteerde machines n.l. ~

a) pomp b) turbine

c) motor-generator

De motor-generator drijftdus als motor de pomp aan en fungeert als generator voor de turbine.

3. Ook treft men installaties aan bestaande uit één of meer aggregaten bestaande ui t twee op een gemeenschappelijkeas gemonteerde machines

a) pomp-turbine b) motor-generator

4. Omkeerbare pomp-turbines werden tot voor kort slechts gebezigd voor relatief geringe valhoogten doch kunnen thans ook voor grote druk-hoogten worden geconstrueerd.

5.

Ten aanzien van de opstelling van de aggregaten kan gesteld worden~dat

in het algemeen bijaccumulatiewerken een opstelling met horizontale as

de voorkeur verdient boven é·én met ve rt.Lca Le as.

De voordelen van de horizontale opstelling zijn:

a) een overzichtelijke opstelling in slechts één machinezaal, waardoor

de bediening vereenvoudigd wordt en minder personeel nodig is.

b) een eenvoudige montage en onderhoudsvoorziening.

c) een geringere funderingsdiepte van het gebouw.

6. Nadelen van een horizontale opstelling zijn:

a) een grote oppervlakte voor de machinezaal.

b) kostbare voorzieningen om een waterdichte machineruimte te verkrij

-gen bij grote waterspiegelvariaties in het benedenbekken, omdat de

machinevloer ver beneden de hoogste waterstand in het bekken komt

te liggen.

7

.

Voordelen van de verticale opstelling:

a) geringe oppervlakte voor de machinezaal.

b) ook bij grote waterspiegelvariaties in het benedenbekken kan de gene

-rator boven of slechts weinig beneden de hoogste waterstand worden

gemonteerd"

8. Nadelen van de verticale opstelling:

a) niet overzichtelijke opstelling van de machines en meer dan één machi

-neruimte? waardoor de bediening wordt bemoeilijkt en meer personeel nodig

is.

b) voor de montage en het onderhoud zijn afzonderlijke montageschachten

nodig voorzien van hulp-hefwerktuigen om de boven elkaar gelegen

eenheden onder de haak van de hoofdkraan te kunnen brengen,

c) een diepé fundering van het gebouw.

9. Een vergelijking van de economische consequenties van de voor- en nade

-len der beide bovengenoemde oplossingen voert tot de conclusie dat:

a) bij kleine waterspiegelvariaties in het benedenbekken de horizontale

ops telling en

b) bijgrote waterspiegelvariaties in het benedenbekken de verticale

opstelling de meest economische oplossing geeft.

10, Ter voorkoming van cavitatie dienen pompen en t~rbines beneden de laag

-ste waterstand in het benedenbekken te worden gemonteerd, terwijlde

motor-generator liefst boven het hoogste peil in dat bekken ware te

plaatsen, Om het cavitatiegevaar voor de pomp tot een minimum te be<~

perken is de volgorde van de machines bij verticale opstelling van be

11. Om bijgrote waterspiegelvariaties toch de horizontale opstelling te kunnen toepassen worden somtijdsafzonderlijke11aanvoerpompenlltoegepast,

Deze zijnook nodig, indien de waterspiegelvariaties gering zijndoch j. v.m. cavitatiegevaar de turbines en pompen zeer diep zouden moeten wor

-den gefundeerd.

12. De "driedelige" machinegroep met horizontale as is de tot nu toe meest voorkomende opstelling in de centrale van een zuiver accumulatiewerk.

Hierbij is de motor-generator tussen de pomp en de turbine,gemonteerd,

13. De totale lengte van de machinegroep wordt groter indien losbare as

-koppelingen worden ingeschakeld.

1~. Indien de koppeling tot stand moet kunnen worden gebracht tijdensrote

-rende machinet dan,dient tevens een afzonderlijke!-anloopturbine te wo

r-den tussengeschakeld.

15.

Voorts is het ter vergroting van het axiale traagheidsmoment van de roterende IIBSsa'S acmsn'oüig'eerovliegwiel aan te brengen,

16. Met ina~htneming van topografische mogelijkheden en het belastingdia

-gram van het'verzorgingsgebied wordt het totale in de central~ te in

-stalleren vermogen en het aantal agg:pegatenbepaald.

In het algemeen streeft men naar een zo gering mogelijk aantal aggre~

gaten, omdat de specifieke kosten van machinale en elektrische instal-laties bij een toenemend vermogen to't ca. 25000 kW belangrijk afnemen,

Bijde moderne accumulatiewerken van groot vermogen worden hoogstens 3 à ~ aggregaten gemonteerd; bijkleinere vermogens 2 of zelfs 1.

17. Zoals reeds vermeld zullen de turbine en de pomp Lv.m. cavitatie-gevaar veelal beneden de laagste achterwaterspiegel dienen te worden opgesteld.

Onder die omstandigheden zouden zonder nadere voorzieningen en bijeen vaste koppeling van de turbine aan de generator het pomp- en turbine-huis met water gevuld blijven.Tijdenshet pompbedrijf zou de turbine

-welke steeds vastgekoppeld is aan de motor-generator - in stilstaand water draaien~ hetgeen grote wrijvingsverliezen veroorzaakt. fijdens het turbinebedrijfdraait bijgrote installaties de pomp niet mede omdat er tussen de motor-generator en de pomp een losbare koppeling is aan

-gebrachte- Om de bovenbedoelde bezwaren voor de turbine op te heffen

wordt een perslucht-installatie toegepast met behulp waarvan bijhet pompbedrijf het turbinehuis wordt geledigd. Ter voorkoming van de te hoge temperatuurs-stijgingenvan de lucht, worden de turbineschoepen bovendien door het inspuiten van water gekoeld.

18. In de praktijkwordt vrijwelzonder uitzondering de turbine vast aan de motor-generator gekoppeld, terwijlde pomp ontkoppelbaar is,

Tijdens het pompbedrijf draait de turbine dus "leeg" (in lucht) mee doch tijdens het turbinebedrijf wordt de pomp stilgezet,

De voornaamste reden hiervan is, dat de spleten tussen de pompschoepen en het pomphuis zeer weinig speling mogen bezit ten, Bij een "leeg" mee-draaien van de pomp tijdenshet turbinebedrijf en de daarbij optredende verhitting moet een ontoelaatbare uitzetting en het vastlopen van de pompschoepen worden gevreesd.,Het in de vorige alinea bedoelde koelen van de schoepen door het inspuiten van water blijktn,l. niet altijdaf~

doende.

De spleten tussen de turbineschoepen en het huis zijnveel groter. Daar-om kan het vrijmeedraaien van de turbine zonder bezwaar worden toegestaan De daaruit voortvloeiende geringe energieverliezen motiveren een kost-bare koppeling niet. Een dergelijke koppeling zou tevens de lengte van het aggregaat nog vergroten en dus de kosten voor het centrale-gebouw eveneens doen toenemen.

19. Daar in het algemeen bijaccumulatiewerken drukhoogten van tenminste

100 à 150 m voorkomen, komen voor toepassing meestentijds slechts Francis-en Pel tonturbines in aanmerking. Slechts bijuitzondering zal de druk-hoogte belangrijk minder dan 100 m bedragen, in welk geval behalve Francis- eventueel Propeller- of Kaplanturbines zullen moeten worden

toegepast.

Voor deze geringe drukhoogten komen ook de omkeerbare pomp-ctur-bInes in aanmerking.

20. Bij de vaststelling van het specifieke toerental van de turbine dient rekening te worden gehouden met de eisen welke aan de op de gemeen-schappelijke as gemonteerde pomp dienen te worden gesteld.

Veelal zal in verband met die eisen niet het gunstigste specifieke toerental voor de turbine kunnen worden toegepast en daarom daarvoor ook niet het meest gunstige rendement kunnen worden bereikt,

XII Rendement

1. Het totale rendement van een zuiver accumulatiewerk kan ten behoeve van het opstellen van een voorontwerp als volgt globaal worden bepaald.

2. Bijeen nuttige bekkeninhoud van V m3 en een bruto drukhoogte H meter (gerekend tot ~artevlak van het volume V) moet tijdenspompbedrijf een hoeveelheid energie worden toegevoerd:

E ._ 9.81 x V x H _ V H kWh

P - 3600 x '91 - 367'71 (1)

fijdens turbinebedrijf kan worden geproduceerd:

9t81 x V x H x "2

Et = 3600

V H~

367 kWh (2)

Hierin is~ 2 het totaal rendement tijdensturbinebedrijf. Uit (1) en (2) volgt:

Totaal rendement gehele installatie

lP

Et

=

E

=

0/2

x

~1

p

(Hierbijis verwaarloosd het verlies door kwel en verdamping en het ver-lies in de hoogspanning~lijn)

Nu is

~1

-v;

x'?m x~p x9d x~e

en ??2 =~d X~t X~g xo/tr

xo/

e

Bijde huidige stand van de techniek kan men rekening houden met de ondervolgende rendementen:

voor de bepaling van1'l (pompbedrijf) ~tr = rendement transformator

~m = rendement motor-(generator) 1'p = rendement pomp

~d = rendement drukleiding c.a.

'e

rendement i.v.m. eigen gebruik:

waaruit~l = 0,79 - 0,8q 0,98 - 0,99 0,96 - 0,97 0,85 0,88 0,99 0,995 0,995

voor de bepaling van~2 (turbinebedrijf)

o/d = rendement drukleiding c.a. 0,98 0,99

~t

=

rendement turbine 0,89 0,92

~I 0::: rendement (motor)-generator 0,96 - 0,97

~t;= rendement transformator 0,98 - 0,99

~e = rendement Lv.m. eigen gebruik: 0,995

waaruit~2 = 0,82 - 0,87

Met behulp van bovenstaande waarden kan dus het totaal rendement van een accumulatiewerk globaal worden berekend op:

~ = 0,65 - 0,73.

In het algemeen zal volgens de ervaring het gemiddelde rendement _ afhankelijkvan de belastingschommelingen - globaal 3 - 5% minder be-dragen dan hierboven berekend, zodat ~= 0,60 - 0,68.

3. Deze waarde voor",? geldt voor grote werken met eenheden van minstens 10.000 à 20,000 p.k.

Voor kleinere werken met kleine eenheden zalo/verminderen tot waar-den tussen 0,55 en 0,63.

Voor een voorontwerp van grote werken zal onder gunstige omstandig~ heden (geringe belastingschommelingen) het rendement bij de huidige stand van de techniek kunnen worden aangenomen op maximaal:

4. In de voorgaande berekeningen is geen rekening gehouden met:

a) waterverliezen door kwel en verdamping b) energieverliezen in de hoogspanningsleiding

5. Indien de sub a bedoelde verliezen worden gesteld op v% van de nuttige inhoud van het bovenbekken dan zal het totale rendement van het accumulatiewerk ten rechte bedragen:

/J) =

1'91 x "?2 x

/7

v waarin ~v

=

1 - 1~0

Bij een goede waterdichte bekleding van het bovenbekken zal v.voor de klimatologische omstandigheden in Europa in het algemeen kunnen worden verwaarloosd.

Indien echter veen waarde van bv. 3 bereikt dan wordt

/7'J = O,70 x 0,97 = rond 0,68

-, max

6. Is het werk gelegen in het verzorgingsgebied dan kunnen de energie..;. verliezen van de hoogspanningsleiding buiten beschouwing worden ge-laten.

Moet echter een afzonderlijke hoogspanningslijn naar het werk worden aangelegd, dan treden de hierin optredende verliezen 2x op en zal. bij voorontwerpen gerekend kunnen worden met een verlies van 2 x 2~

=

4~ of een rendement van de overbrenging van~o = 0,96. Hierdoor is dan het totale rendement

/.h

=

0,70 x 0,96 = rond Oj67 -'/max

7. Resumerend kan het totale rendement~van een zuiver accumulatiewerk worden gesteld op:

waarin:

~1 = totaal rendement pompbedrijf ~2 totaal rendement turbinebedrijf

O/V

= totaal rendement t.g,v. kwel en verdampingsverlies ~o = totaal rendement t.gsv, hoogspanningslijn

XIII Situatie van accumulatiewerken.

1, In Nederland komen, in Zuid-Limburg twee situaties in aanmerking voor de eventuele bouw van een accumulatiewerk, namelijk bijGeulle aan de Maas (ten Noorden van Maastricht) en bijEpen aan de Geul

2. Door een staascommissie werd de situatie bijGeulle~ welke de meest gunstige perspectieven leek te biedens gedurende de jaren 1932

-19%0 aan een nader onderzoek onderworpen.

In het uitgebrachte rapport werd echter de bouw van dat werk, als zijnde onrendabel, door de Commissie ontraden.

3. Bijdeze nota behoort een uit het boekwerk van Mosonyi:" Wasserkraft

-werke" , Band 11, pag. 992, overgenomen lijstbetreffende de hoofd

-gegevens van enkele zuivere en gemengde accumulatiewerken alsmede een literatuurlijst

Hoofdgegevens van enkele accumulatiewerken

(overgenomen uit: Mosonyi: Wasserkraftwerke, Band 11 pag. 992)

Naam van Bouw- Val-

.

Bovenbekken Vermogen duur

w.k.w. en jaar hoogte nut ti- Ienergie ledi- turbine-s!pom-

I

v.d,

van het in m ge in- produk- g~bij in pen in accu

-land houd 6 tig in vol- 1000 pk 1000 pk mula

-in 10 10 kWh last tie

m3 inuren

A. uivere a cumulati werken

VIANDEN in 280 2,42 1,64 4,1 4xl00 '4x94 dag

Luxemburg aanb. (4,84) (8xl00) (8x94)

FFESTINIOG in 300-323 1,7 300 4,0 4xl00 4x83 dag

Engeland aanb. per jaar

NIAGARA in 27 18,35 1,17 5,8 6x46 6x46 dag Canada aanb. HERDECKE 1929 145-163 1,51 0,56 3,8 4x50 4x36 dag Duitsland BRINGHAUSEN 1932 285-305 0,76 0,50 3,8 4x45 4x29 dag Duitsland

LAC NOIR 1933 91-128 1,4 0140 3,4 4x40 lx17 dag

Frankrijk 3x27

NIEDERWARTHA 1930 131-143 1,9 0,58 6,6 4x3'O 4x27 dag

Duitsland GEESTHACHT in 70-85 3,3 0,58 3x35 I_I, dag Duitsland aanbo I I STECHOVICE 1946 208 0,5 0,24 6 2x27 j; 2x25 week 'ISchechoslov. i_i'

B. (emengde ecumulat ewerke

WITZNAU 1943 250-275 4x80 4x40 seiz.

Duitsland

i

ILL-LUNERSEE in 910-978, 76,0 1331 _~750 6x48 6x58 jaar

Oostenrijk aanb.

343-383!

ó

ILL-RODUND 1952 0,96 64,0 4x57 dag

Oostenrijk

PR6VVIDENZA 1950 240-286 3x68 3x60

Italie

I

HAUSERN 1933 167-204 108,0 43,0 330

I

,

4x48 lu36 seiz.

1

Duitsland

,

l

I

I

WALDSHUT 1951 163 lu46) 5 2x24 Duitsland L1MBERG 1955 457 2x73 2x85 Oostenrijk COT1L1A 1937 90-148 110,0 1800 2x42 2x40 seiz. Italie 1948 H1WASSEE in 58-63 lx81 lxl04 U.S.A, aanb. BLEILOCH 1932 27-58 190 180,0 4,5 2x30 2x24 Duitsland GR1MSEL 1954 400 lx41 lx25 OBERAAR Zwitserl, DOBS1NA 277-285 2x15 2xll seiz. '.ISchedDslow. HEMFURT 11 1928 30-41 170 14 850 3x8 2x8 seiz. Duitsland Z~PELLO 1932 300-390 2x9 4x2 seiz, Italie TREMORG10 1926 853-914 7,6 14 1400 lx15 2x6 seiz. Zwitserl.

Literatuur omtrent accumulatiewerken.

Handboeken, algemeen.

1. Wasserkraftwerke (1959). E. Mosonyi Band 117 Hfdst. V? pag. 901 - 1086

(met literatuuropgave).

2, Hydro-electric Engineering Practice (1958) by J. Guthrie Brown Volume 11, Hfdst, XVIII en Volume 111, Hfdst. VII.

Artikels etc.

1, "Gesichtspunkte für die Planung von Pumpspeicherkraftwerke ohne natürlichen Zuflusz ins Oberbecken" (waarin literatuurlijst).

Die Wasserwirtschaft~ december 1960.

2. "Some comparative considerations on the economics of pumped storage schemes using pump-turbines as against segregated machines",

World Power Conference, Madrid 1960, Sectional Meeting, Paper 11 B, 2.

3. "Pumpspeieherwerk Vianden", Luxemburg. Société Electrique de l'Our, juli 1959. ~" "Das Pumpspeieherwerk Happurg"

Siemens-Bauunion, Mitteilungen über ausgeführte Bauten,

25 september 1959.

5. "Das Pumpspeicherwerk in der Westdeutschen Verbundwirtschaft". Siemens - Schuckertwerke Aktiengesellschaft

(Veröffentlicht in "Energie heute" zur Weltkraft Konferenz 1956).

6. Fünfte Weltkraft Konferenz, Wien 1956.

a) "Probleme im elektromachinen- und Anlagenbau bei Pumpspeicher-werken"

No. 107 H/19 (pg ~261 - ~272) Band 12.

b) "Zur Pumpspeicherung in Groszen Verbundnetzen".

Beispiel der Vorarlberger Illwerke No. 115 H/23 (pg ~329 - ~336) Band 12.

c) "The practical application and economics of pumped storage in Great Britain",

No 227 H/38 (pg ~567) Band 13

7, "Ffestiniog Pumped-Storage Scheme" (Engeland) Water-Powerj feb. '61.

8. "Taum Sauk pumped storage scheme" Water Power, february 1961. 9. "Omorigawa pumped storage scheme" (Japan) Water Power, aept, 1960.

10. "The Jansen pumped storage scheme (Beieren) Water Power, aug. 1960, 11. "Het geprojecteerde spaarbekken krachtwerk Geulle" (Limburg)

(waarin Literatuurlijst).

12. "Das wirtschaftliche zusammenspiel zwischen Wärme- Wasser- und Pumpspeicherkraftwerken"

Elektrizitätswirtschaft, 20 sept. 1960, pag. ft27 (met korte literatuuropgave).

13. "Speicherpumpen"

"Die Wahl der richtigen Kupplung für Pumpspeicher- Maschinen-sätze"

Escher Wijss Mitteilungen, 1962, Heft 1.

1~. "Asphalt Lining serves weIl for hilltop reservoir" (Geesthacht, Duitsland)

World Construction, april 1962.

15. "Die Asphaltdichtung des Speicherbeckens Geesthacht" Bitumen, 1959 nr. 5.

16. "Power Division talks Pumped Storage" Engineering News Record, 26 oct. 1961. 17. "Das Pumpspeicherwerk Vianden"

Die Wasserwirtschaft, december 1961 (waarin literatuurlijst) Die Wasserwirtschaft, januari 1962.

18. '~eveloppements r~cents des Installations d'accumulation par pompage"

Bulletin Technique de la Suisse Romande, 22 sept. 1962. 19. "The Ffestiniog Pumped storage development"

Water Power, may 1963 and june 1963. 20. "Pumped storage builds up a head"

Eng. News Record,

7

febr. 1963. 21. "Die Pumpspeicher werkgruppe Jansen"

(Reisach - Rabenleite)

Die Wasserwirtschaft, februari 1963. 22. "Taum Sauk pumped storage powerproject"

Civil Engineering, january 1963.

23. "Taum Sauk und andere Pumpspeicherkraftwerke in den U.S.A." Schweizerische Bauzeitung, 25 juli 1963.

-~

a::

w

3:

LU C QI ~ ~ QI .J:) C QI > o .J:) L. QI o > QI o "-'

a::

LU

>

=>

N :='

z

w

w

z

~

<t

z

W ::I: (.) (.f) L. QI "'0 C o N

-1

1

11

lell./atf

I

...

I

~I...> Ct! ot:::

I

~~ ~

I

<:~ ~

-

c C1I x. ..::s: C1I

I

..c ~ c C1I ~ _~

I

w C1I 3; C C1I

I

w _..c ~ _c

I

«

C1I ....J I :::> c ::'E C1I > :::> ₀ (.) _..c (.) c

.

«

l-a

C1I <!) 0

z

> C1I W

....

0 ::'E t:::: W C1I <u x. ~ <!),

:=-~ ....J <u Z I-~ ::J

,

W _::J ~ W

....

~ IU C _c:, Z _~

« ....

_C1I

>

E

-«

:E

w

:r:

u

(f) ...;

"

~

E:

<u ~~ ~ ~ ~ ~ ~~ ~ ~ I~ ~~ t:: ~ .Cb Ib

.~

"

QJ ... ~ ~ I::h

_.~

Q...c:, ~II)

~:Z

_.~

~ \i ~

.

~

-

_.... 11') ~ ~ ~ ~ _QJ :::. I.... _... Cl ~ ~ _Ib ~ :-... ~ _~ ~ ~ ~ ~ ~₍₎

.

~~

t::

~

.

'.

•

"

,

.,... ,

.