Forsker på pumpekraft – også for flomdemping

I regi av FME-senteret RenewHydro ved NTNU er det satt i gang et omfattende program med sikte på å lage en digital tvilling for vannkraftsystemer basert på pumpekraft.

Flomdemping vil kunne være en funksjon for pumpekraftverk, i tillegg til kraftproduksjon og frekvensregulering. Det vil gi pumpekraft økt lønnsomhet
Kristina Flaatten, NTNUEn slik simuleringsmodell vil omfatte ulike hydrologiske forhold knyttet til vannveiene, medregnet evaluering av flomsituasjoner, i tillegg til de elektromekaniske komponentene i kraftverket.

Stipendiat Kristina Flaatten på Vannkraftlaboratoriet skal bidra med forskning om turbinkomponentene som bidrag til utviklingen av den digitale tvillingen.

Hun startet i fjor høst arbeidet med sin PhD-grad. Dette bygger til en viss grad videre på hennes masteroppgave som gikk ut på å utvikle et program for hydraulisk design av reversible pumpeturbiner (RPTer), som ble omtalt av Energiteknikk i fjor.

Klimaendringer gir utfordringer

Flaatten peker på at klimaendringene, med hyppigere flommer i vassdrag, vil bli en stadig større utfordring for kraftverkseiere. Samtidig er flomdemping blitt et argument for mer utbygging av vannkraft.

– Det gjelder også for pumpekraft, påpeker hun og trekker fram hvordan et vanlig kraftverk kan holde igjen vann i dammen for å minske flom i vassdraget.

– I et pumpekraftverk kan dette også oppnås ved å pumpe flomvann opp i magasinet, og vi antar at det vil være et enda mer effektivt. Det er imidlertid gjort lite forskning på pumpekraft som flomdempende tiltak som kan bekrefte en slik teoretisk antagelse, sier hun.

Flaatten tror det vil være lettere å få samfunnets aksept for kraftutbygging, også for pumpekraft, ved å få kartlagt mulighetene dette gir for å redusere skadevirkningene av flom.

Flomdemping som funksjon

– Flomdemping vil kunne være en funksjon for pumpekraftverk, i tillegg til kraftproduksjon og frekvensregulering. Det vil gi pumpekraft økt lønnsomhet, sier hun

om bakteppet for sitt PhD-prosjekt.

Prosjektet inngår i programmet «Tilpasning og muligheter for vannkraft på grunn av endret hydraulogisk tilsig og sesongvariasjoner» i regi av RenewHydro.

Programmet blir ledet av professor Oddbjørn Bruland på Vassdragslaboratoriet, og det konkrete målet er altså å utvikle en avansert simuleringsmodell, en digital tvilling, av kraftverkssystemet.

CDF-modeller for pumpekraft

– Det er behov for å utvikle modeller som kan brukes til å planlegge både kort- og langsiktig utbygging og drift av pumpekraftverk i det fremtidige kraftmarkedet, med endret tilsig og økt etterspørsel etter effektkjøring, sier Flaatten.

Det kommende året skal jeg se på ulike metoder for å kunne utvikle denne turbinkarakteristikken og legge resultatet inn i simuleringer av reversible pumpeturbiner.
Kristina Flaatten, NTNUHun forteller at det første året har gått med til litteraturstudier og besøk på universiteter og institutter som driver med tilsvarende forskning, blant annet Vannkraftlaboratoriet ved det anerkjente forskningssenteret EPFL i Lausanne i Sveits.

Stipendiaten tar sikte på å være ferdig med sin PhD sommeren 2028.

Prøve ut metoder

I sin videre forskning tar Flaatten utgangspunkt i at det finnes programvare som brukes til å analysere systemdynamikken i vannkraftverk, LVTrans og SIMSEN Hydro, men begge baserer seg på at det finnes modellforsøk eller CFD-simuleringer av turbinkarakteristikken.

Men dette er ikke tilgjengelig i tidligere faser av utbyggings- eller oppgraderingsprosjekter med nye turbiner.

– Det er derfor behov for et program som kan generere 4-kvadrants karakteristikk der du kan ha både turbin- og pumpedrift, påpeker hun.

– Det kommende året skal jeg se på ulike metoder for å kunne utvikle denne turbinkarakteristikken og legge resultatet inn i simuleringer av reversible pumpeturbiner. Ved å sammenligne disse med resultatene fra modellforsøk i laboratoriet, håper jeg å finne frem til metoder som kan brukes, legger hun til.

Overgang pumpe- og turbin

Flaatten forteller at det er blitt utviklet optimaliserte oppstartprosedyrer med variabelt turtall som er blitt testet. Tilsvarende forskning er imidlertid mer begrenset når det gjelder raske overganger mellom pumpe- og turbindrift.

Hennes prosjekt tar sikte på å gi mer kunnskap om kortvarige prosesser i pumpeturbiner ved å gjøre eksperimentelle målinger av overgangen mellom pumpe- og turbinmodus.

Slike målinger vi kunne sammenlignes med simuleringer basert på generert 4-kvadrants karakteristikk.

Dette vil bidra til å kunne implementere pumpeturbiner i systemsimuleringer av pumpekraftverk som skal brukes til kraftproduksjon, systemtjenester og flomdemping, sier forsker Kristina Flaatten på Vannkraftlaboratoriet.

Les også:

Utvikler unikt designverktøy for pumpeturbiner

Les også:

Sjekker flomkapasiteten til Vatnedalsdammen

Les også:

Skal lære mer om pumpekraft og farlig is

Les også:

FFI anbefaler å vekte kraftforsyningen høyere ved dambrudd