umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Verkningsgradsförluster på kaplanturbin vid primärreglering
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
2012 (Swedish)Independent thesis Basic level (professional degree), 10 credits / 15 HE creditsStudent thesisAlternative title
Efficiency loss for Kaplan turbine due to load frequency regulation (English)
Abstract [sv]

I det nordiska synkrona elkraftsystemet måste last och produktion momentant vara i balans med avseende på effekt. Balansen erhålls genom primärreglering där reglerkraft upphandlas av svenska kraftnäts balanstjänst. Reglerkraften är en effektreserv för automatisk reglering vid plötslig förändring i elkraftsbalansen.

E.ON vattenkraft har kaplanturbiner som bidrar med reglerstyrka till primärregleringen vilket innebär att turbinen ständigt pådragsregleras. Kaplanturbinen har i förhållande till Francis och Peltonturbinen fler reglersystem som påverkas vid en pådragsändring. Man har tidigare misstänkt att detta påverkar kaplanturbinens verkningsgrad negativt, då dess olika reglersystem svarar olika bra på den hårdare driften som primärreglering medför. Syftet med detta arbete var att besvara frågan kring hur stor denna negativa verkningsgradförändring är. För att besvara frågan utformades en metodik som kan delas upp i tre steg. Förstudie, loggning samt Analys & resultatberäkning.

Förstudien innebär att variationer på elkraftsystemet karläggs samt undersöka hur kaplanturbinen kan tänkas reagera på dessa.  Därefter simuleras dessa variationer på en kraftstation samtidigt som dess reaktioner loggas av egen anpassad mätutrustning. Utifrån mätdata beräknas verkningsgrader för varje utförd reglering som viktas efter dess förekomst vid normal drift. Parallellt med denna beräkning görs en skild analys av reglerfelen för att kunna verifiera att resultatet av den viktade verkningsgraden är rimlig.

Metodiken genomfördes på data från en mätning på Edenforsens kraftstation. Resultatet visar att det under regleringer uppkommer reglerfel i form av felkombinering. Orsaken beror dock ej främst av reglersystemens olika snabbheter utan av hysteres i reglersystemet tillhörande turbinens löphjul. Reglerfelet innebar som mest en felkombinering uppemot 0,54°, vilket är att anses som mycket högt. Detta kan resultera i en försämrad verkningsgrad mellan 0 och 0,3 %. Den viktade verkningsgraden landade på 0,3 % relativt optimal drift.

Rapporten ger även en utvärdering av metodiken och förslag på hur den kan förbättras. Metodikens svagaste länk är flödesmätningen varför fler mätningar bör göras för att statistiskt säkerställa resultatet. De moment som fungerat bra har vidareutvecklats till förslag på en alternativ metod. Slutligen ges även förslag på hur reglerfelet kan kringgås.

Abstract [en]

In the Nordic electric power system the power output must always, instantaneous be consumed. This is upheld by the load frequency regulation.

In E.ON hydropower this type of regulation is partly produced by the Kaplan turbine. This means that the turbine is constantly in regulation. Because the different construction of the Kaplan compared with for example Francis and Pelton, the Kaplan has a regulation system for the runner blade. This regulation system and the system for the guide vanes react individually and differently on a regulation change, with the result that the guide vanes and the runner blades will be unsynchronized. The purpose of this exam work is to examine this reaction and how big lost in efficiency this carry. To four fill this purpose a method in three steps is created, divided into pre-study, data collection and analysis & results.

The pre-study includes a study in the variation of the electric power system and how the Kaplan will react to these.  Later, under the data collection phase this variation is simulated while the data is collected by specially made measurement equipment. From the data collected under the data collection phase, an analysis and result calculation can be made.

The data is collected from Edensforsens hydro power plant and the result is that the runner blade and the guide vanes are almost always wrongly synchronized during load frequency regulation. But this fault is not mainly caused by different regulation speed but due to hysteres in the runner blade regulation system. The highest point of error is 0,54°, which is considered a lot. . Unsynchronized runner blades leads to an efficiency loss of 0,3 % compared with fully synchronization. The results are not statistically significant.  

The report also makes suggestion on how the method can be improved, an alternative method and how the regulation errors can be avoided.

Place, publisher, year, edition, pages
2012. , 45 p.
Series
EN12
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-59093OAI: oai:DiVA.org:umu-59093DiVA: diva2:550952
External cooperation
E.ON
Educational program
Bachelor of Science Programme in Energy Engineering
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-09-09 Created: 2012-09-09 Last updated: 2013-09-26Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
Department of Applied Physics and Electronics
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 832 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf