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
Bottenutskov i vattenkraftsdammar: Möjligheter, risker och strömningsmekaniska utmaningar
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Applied Physics and Electronics.
2017 (Swedish)Independent thesis Advanced level (professional degree), 300 HE creditsStudent thesisAlternative title
Bottom Outlets in Hydropower Dams : Opportunities, risks, and fluid-mechanical challenges (English)
Abstract [sv]

Dammen i en vattenkraftsanläggning används för att avleda vatten till kraftverkets turbiner och för att möjliggöra lagring och reglering av energi. Vid stora flöden i älven, eller när vattnet av någon anledning inte kan passera genom de energiproducerande delarna, måste det avbördas från magasinet. Detta görs med utskov. I de flesta fall i Sverige är utskoven placerade nära ytan, men ibland finns även bottenutskov. Det är vanligt att dessa användes vid anläggningens byggnation för att avleda vatten, och varit avställda sedan dess. Detta arbete syftade att undersöka möjligheten att driftsätta bottenutskov i anläggningar där de är monterade men inte bruk, för att höja dammsäkerheten.

I rapportens första del finns en sammanställning av de problem som teoretiskt kan uppstå vid brukandet av bottenutskov, baserat på litteratur samt på erfarenheter i branschen. Den andra delen av rapporten beskriver resultatet från en fallstudie av en specifik anläggning, Båtfors kraftstation. Här har beräkningar gjorts, med handräkningsmetoder samt med datorsimuleringar för att undersöka anläggningens bottenutskov utifrån identifierade teoretiska möjligheter och problem.

Ett antal teoretiska problem med bottenutskov har identifierats, däribland: erosion, kavitation, luftmedrivning, drivgods samt problem vid stängning av bottenutskovsluckorna.

För Båtfors kraftstation skattades den nuvarande avbördningskapaciteten med handräkningsmetoder till cirka 900 m3/s vid magasinets dämningsgräns (DG), vilket överensstämmer med anläggningens dokumentation. För vardera av de två bottenutskoven beräknades avbördningskapaciteten vid full lucköppning (2,4 m) till cirka 225 m3/s. De handräknade och simulerade värdena jämfördes för olika lucköppningar, där en viss skillnad (cirka 30–40 %) noterades. Inget simuleringsresultat kunde erhållas för full lucköppning som följd av konvergensproblem.

Luftrörelsen i Båtfors båttenutskov undersöktes genom simulering. För små lucköppningar, 0,4 och 0,8 m, kunde luft tillföras från utskovskulvertens nedströmssida vilket inte är möjligt när luckan öppnas 1,2 m. Om detta riskerar att ställa till med problem beror på om tillräcklig luftning kan ske genom öppningar i utskovets tak.

Risken för kavitation i Båtfors undersöktes genom att jämföra utskovets lägsta tryck i simuleringen med mättnadstrycket för vatten vid 20 °C. Det fastställdes från detta att kavitation ej bör förekomma i denna anläggning, vilket överensstämmer med litteratur.

Som slutsats dras att bottenutskov inte är problemfria, men även att stora möjligheter finns. Dessa utskov kan användas för att öka anläggningens avbördningskapacitet och regleramplitud, som nödutskov och för att möjliggöra avsänkning av anläggningens magasin. Det sistnämnda kan dessutom inte åstadkommas på annat sätt.

Abstract [en]

The dam in a hydroelectric power station serves to divert water to the station’s turbines, and to allow for energy storage and power balancing. When the flow in the river is high or when the energy producing parts of the facility are inoperative, water needs to be discharged from the reservoir. This is done with outlets. In Sweden, most outlets are near the surface, but in some cases bottom outlets are used. Commonly, these outlets were used during the construction of the dam to divert water and have been unused since then. The purpose of this project was to investigate the possibility to recommission bottom outlets in hydropower dams where they are existent but not in use, to increase dam safety.

The first part of the report contains a summary of theoretical problems with bottom outlets, based on industry experiences and literature. The second part presents the results of a case study of a specific facility, Båtfors hydroelectric power station. Calculations have been made, both by hand and with computational fluid dynamics, to identify possibilities and problems.

Several theoretical problems have been identified, including: erosion, cavitation, insufficient aeration, debris, and problems with closing the outlet gates.

The current discharge capacity for Båtfors power station was estimated by hand to slightly over 900 m3/s at the normal reservoir water level, which is consistent with the documentation of the facility. For each of the two bottom outlets, the discharge capacity was calculated to around 225 m3/s with the gate fully open (2.4 m). The values calculated by hand were compared to simulated ones for different gate openings and a certain difference (around 30–40 %) was noted. No simulation results could be obtained with the gate fully opened due to convergence issues.

The movement of air in the bottom outlets of Båtfors were studied by simulations. When the gate was opened to a small degree, 0.4 and 0.8 m, air could be supplied from the downstream opening of the outlet conduit which was impossible when the gate was opened 1.2 m. This may cause problems if sufficient aeration cannot be achieved through openings in the outlet ceiling.

The risk of cavitation in Båtfors was investigated by comparing the simulated minimum pressure in the outlet with the saturation pressure of water at 20 °C. It was determined that cavitation likely won’t be an issue at this facility, which conforms with literature.

It was concluded that several issues can occur when using bottom outlets, but also that several opportunities exist. These outlets can be used to increase the discharge capacity and drawdown range of the facility, as emergency outlets, and to enable lowering of the reservoir water level. The lattermost can furthermore not be achieved by other means.

Place, publisher, year, edition, pages
2017.
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-136172OAI: oai:DiVA.org:umu-136172DiVA: diva2:1109639
External cooperation
Skellefteå Kraft AB
Subject / course
Energiteknik
Educational program
Master of Science Programme in Energy Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-14 Created: 2017-06-14 Last updated: 2017-06-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

bottenutskov_js(1114 kB)29 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1114 kBChecksum SHA-512
c8b8899fe166b8ad8fa67631bc6d132d326b54d041d2f880a649e8629d072157900c3f97984fc10f4cc71d456ba7cc3206f3265942d0fba5eddf7cf5d03666d2
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Applied Physics and Electronics
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 29 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 153 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