Svensk Vattenkraft 1
Vid normal drift ska sambandet mellan ledskeneöpp
ning och löpskovelvinkel följa en så kallad kombineringskurva: belägna nära tätorter. Att då upprätta planer för hur dessa skulle kunna producera el till väl utvalda samhällsfunktioner känns väldigt angeläget. LÖPHJULSREGLERING Eftersom förbrukningen av el på ett lokalt nät kan ändra sig väldigt snabbt måste turbinen kunna regleras inom några sekunder. De tunga motvikterna medför att denna reglering inte kan ske på ledskenorna. Däremot kan en snabb reglering relativt lätt ordnas för löpskovlarna. Det är en väl beprövad princip för så kallade semi-kaplanturbiner som har fasta ledskenor ställda i helt öppet läge. Effekten sänks genom att löpskovlarna stängs med acceptabel verkningsgradsminskning och med i det närmaste linjär effektändring. Av diagrammet nedan framgår att flödet sjunker linjärt vid minskande löphjulsvinkel vid en fast ledskeneöppning. Ett tips för att förstå vad som händer är att följa en linje på exempelvis 180 mm ledskeneöppning och avläsa på de blå linjerna hur flödet ändras. Detta fungerar bra när generatorn är infasad på det stora riksnätet som därmed håller varvtalet i det närmast konstant. På ett lokalt nät är det inte lika enkelt, eftersom kraftverket måste ta hela ansvaret för Turbinflöde beroende på kombinering att reglera in effekten så att den stämmer med förbrukningen i varje ögonblick. Inte nog med det: Det måste gå att hitta en stabil driftpunkt; vid en förändring till exempel ett ökande varvtal ökar flödet och därmed producerad effekt! Man vill ju att det ska vara tvärt om; att effekten ska sjunka om varvtalet ökar så att en stabil arbetspunkt kan uppnås. Lösningen på detta är att införa en särskild reglerloop som vid ökande varvtal minskar löpskovlarnas vinkel så att flödet, och därmed effekten verkligen minskar vid ökande varvtal. Med denna modifiering får man en mycket god och jämn reglerbarhet av kaplanaggregatets effekt. Investeringarna som krävs är, i princip, en proportionalventil för regleroljan till löphjulet och en programmering av denna extra reglerloop. För en traditionell semikaplanturbin är ledskenorna fastsvetsade i helt öppet läge och en tumregel är att man kan minska effekten till hälften av maxeffekt med en acceptabel verkningsgradsförlust. I vårt fall utgår vi från en fullreglerad kaplanturbin. Om då ledskenorna ställs in så att flödet motsvarar den aktuella tillrinningen innebär det att verkningsgradsförlusten kan bli låg även vid mycket små effekter. Vid ö-nätdrift med strömkraftverk har verkningsgraden egentligen inte så stor betydelse eftersom överflödsvatten måste spillas. Däremot är linjäriteten i regleringen betydelsefull. Ovanstående resonemang bygger på att vattendraget har en viss vattenföring (reglerad eller oreglerad) som bestämmer maximalt tillgänglig effekt. Det som är inkopplat på det lokala nätet måste vara mindre än den för ögonblicket tillgängliga effekten. ANDRA SÄTT ATT STABILISERA REGLERINGEN Generatorns låga tröghetsmoment är fortfarande ett problem. I fallet Skälleryd visade det sig att infasning av ett äldre närbeläget kraftverk med stora svänghjul, medförde underverk beträffande stabiliteten. 2020 utfördes ett examensarbete där överskottselen fick ladda ett batteri för att klara dödnätstart, men framför allt genom tyristorstyrning kunna utföra ett snabbt reglerarbete som kan göra att kraftstationer som normalt betraktas som oreglerbara kan köra drift på ö-nät. Detta får redovisas i en kommande artikel. Ledskeneöppning, a0 (mm) Anders Bard, styrelseledamot SVAF, civilingenjör Sweco SVENSK VATTENKRAFT #3 2021 31 Löphjulsvinkel