Metod- och energioptimering av isfrihållning på utskovsluckor vid kraftstationer
IsfrihållningVakhållningVattenkraftDammsäkerhetDammarUtskovUtskovsluckaIstryckBordläggningsvärmeCirkuleringPumparEnergieffektiviseringEnergiKraftstationerAvbördningUnderhåll
Syftet med detta examensarbete är att ge en rekommendation för hur isfrihållningen på Vattenfall AB Vattenkrafts utskovsluckor kan optimeras samt öka kunskapen inom området. Mycket energi går åt till isfrihållningen av utskovsluckor varje år och medför stora kostnader. Genom detta examensarbete har olika förslag tagits fram på hur isfrihållningen skulle kunna förbättras metodmässigt och energioptimeras. Rapporten behandlar även de olika isfrihållningsmetoderna som finns samt isens påverkan på en utskovslucka. Vatten skall av säkerhetsskäl alltid kunna avbördas från ett magasin vilket ställer stora krav på utskovsluckornas manövrerbarhet, även vintertid. Manövrerbarheten på en lucka kan hämmas av olika typer av istryck. Dessa kan uppstå vid termisk expansion av istäcket uppströms utskovsluckan eller vid ändringar av vattennivån i magasinet. Enligt RIDAS, kraftbolagens riktlinjer för dammsäkerhet, ges en norm för istrycket på 200 kN/m, men det har visat sig att vid extrema situationer kan detta uppgå till det dubbla. De flesta utskovsluckor är inte dimensionerade för att klara istryck, därför måste vakhållning finnas på utskovsluckorna. Till isfrihållning ingår hela det system som gör att en utskovslucka går att manövrera vintertid. I detta arbete har isfrihållningssystemet delats upp i fyra olika delsystem. - Vakhållning vid utskovslucka. Syftet med denna vak är att hindra isen att ge ett tryck mot luckan. Med hjälp av en matematisk modell utifrån luckans geometri och andra parametrar, kan storleken på denna vak beräknas. Den vanligaste metoden är cirkulering av vatten med hjälp av strömbildare, pumpar eller luftblåsning. - Bordläggningsvärme. Den används för att isen inte skall kunna frysa fast på luckan. Spalten som bildas mellan lucka och istäcke blir ett par millimeter bred. - Värme runt luckan. Detta används för att inte luckan skall kunna frysa fast runt om. Den inkluderar, fals- och tröskelvärme, värme i sidotätning samt sidoplåtar värms i de flesta fall med motståndsvärme med transformatorer, eller med vätskeburen värme. - Luckvärme. Värmen är i de flesta luckor hög samtidigt som isoleringen i vissa fall är dålig. Oftast är nedströmssidan mot luften isolerad men inte uppströmssidan mot vattnet, vilket ger stora värmeförluster. En fördjupningsuppgift i examensarbetet var att rekommendera en metod- och energioptimering för isfrihållning till utskovsluckorna vid Rusfors kraftstation i Umeälven. Vid byte av vakhållningsmetod, isolering av hela luckan samt minskning av värmen inne i luckan kan isfrihållningen förbättras och samtidigt ge stora energibesparingar. Flödet i älven vintertid är ofta stabilt och extrema variationer förekommer mycket sällan. En utskovslucka i Rusfors klarar utan problem att avbörda medelvattenföringen i älven med en viss marginal. Därför har ett förslag givits att prioritera en lucka för spill och optimera isfrihållningen med avseende på hur ofta den kommer att användas på den andra. Alla utskovsluckor på ett utskov har i dag samma grad av isfrihållning, trots att vissa troligtvis aldrig kommer att användas vintertid. Om en eller två luckor prioriteras för avbördning vintertid kan stora energibesparingar göras på övriga luckor. En upptäckt som gjorts vid fältmätningar visade att temperaturen i vattnet lokalt vid utskovsluckorna är 0 grader över hela djupet. Den skiljer sig endast marginellt mellan olika kraftstationer i Lule älv. Vakhållningen fungerar tack vare vattnets hastighet och turbulens vid ytan, inte på grund av att bottenvattnet eller luften som cirkuleras är varm.