Potentialermittlungsstudie als Entscheidungsgrundlage

von Refurbishment-Maßnahmen an einer vertikalen Kaplan-Turbine

Für einen namhaften deutschen Energieversorger arbeiten wir zurzeit an einer CFD-basierten Potentialermittlungsstudie, deren Ergebnisse und Erkenntnisse als Entscheidungsgrundlage für die Durchführung von Refurbishment-Maßnahmen dienen werden.

Ausgangssituation

Die im Jahr 1961 in Betrieb gegangene Anlage, deren beiden vertikalen Kaplan-Turbinen sich noch mehr oder weniger im Originalzustand befinden, soll im kommenden Jahr einer umfangreichen Sanierung unterzogen werden.

Aufgrund deutlicher Kavitationsschäden an den Laufschaufeln sowie auch am Außenkranz stehen dazu folgende zwei Optimierungsoptionen im Raum:

• Option 1: Flügeloptimierung unter Beibehaltung der bestehenden Nabe sowie der bestehenden Kontur des Turbinenmantels – dieser könnte dazu lediglich saniert werden.

• Option 2: Flügeloptimierung unter Beibehaltung der bestehenden Nabe, allerdings in Kombination mit einer NEUEN, erweiterten Kontur des Turbinenmantels

Als Ausgangspunkt der Untersuchung wurde die Strömungskontur der gesamten Turbine mit einem 3D-Scanner vor Ort vermessen und auf Basis der Scandaten entsprechend modelliert. Im nächsten Schritt wurde eine 3D CFD-Studie der bestehenden Turbinenkonfiguration erarbeitet, um damit die Defizite der Ist-Situation aufzuzeigen – siehe Strömungsvisualisierungen in unten gezeigter Abbildung.

Weitere Vorgehensweise

Für beide Optimierungsvarianten werden zu Zeit jeweils optimierte Kaplan-Laufräder entwickelt, mit denen eine numerische Ermittlung der Performance-Kurven bei Nennfallhöhe erfolgt.

Im nächsten Schritt werden unter Zuhilfenahme der Jahresganglinie und der Produktionsdaten der vergangenen Jahre das prognostizierte Jahresarbeitsvermögen sowie die prozentuelle Steigerung gegenüber der aktuellen Situation ermittelt.

Diese Vorgehensweise dient als Basis der Entscheidungsfindung für die wirtschaftlichste Erneuerungsmaßnahme der bestehenden Wasserkraftanlage.