Hydraulic system study for variable speed pumped storage applications

Abstract

Diese Diplomarbeit setzt sich mit den aktuellen Themen der Energieversorgung auseinander, begründet die Notwendigkeit von Pumpspeicherkraftwerken, erklärt wesentliche Bestandteile dieser und die für die weiterführende Arbeit nötigen Charakteristika. Aufgrund der starken und rapiden Schwankungen der Wind- und Photovoltaikenergie, die Wetterbedingt und damit unbeinflussbar/schwer vorhersehbar sind, ist es wünschenswert Pumpspeicherkraftwerke den geänderten Gegebenheiten im Netz möglichst schnell anzupassen. Der damit verbundene rapide und häufige Wechsel von Betriebspunkten ist mit Druckstößen in der Rohrleitung, niedrigeren Wirkungsgraden während des transienten Bereichs und generell niedrigen Wirkungsgraden im Teillastbereich bei konstanter Drehzahl verbunden. Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit eben diesen Themen und soll Lösungsansätze für deren Beherrschung aufweisen. Als Ausgangspunkt wurden ein von Datensatz einer Anlage verwendet welcher aufbereitet wurde und nach den nötigen Vereinfachungen als Modell im Programm SIMSEN (mit dem die Simulationen durchgerechnet wurden) diente.<br />Aufgrund von Geheimhaltungsgründen ist der besagter Datensatz nicht enthalten und alle Ergebnisse sind auf den Auslegunspunkt (BEP) bezogen.<br />Wert wurde dabei primär auf das Finden von Lösungsansätzen gelegt und die konstruktive und elektrische Verwirklichbarkeit wurde aufgrund des Fehlens der dafür relevanten Daten nur umrissen.<br />

This master thesis deals with the actual topics of the energy supply, reasons for the need of pump storage power plants, explains the main parts and further characteristics which will be necessary for this thesis. Because of significant and rapid fluctuation of energy quantity generated by wind and photovoltaic plant, being caused by the non-controllability and difficult foreseeability of them it is desirable that pump storage power plants are able to follow the changed grid conditions as fast as possible. Rapid changes of the operating point lead to water hammers, low efficiencies during the transient range and generally low efficiencies in the part load range by using a constant speed. This master thesis deals with the mentioned topics and delivers approaches to handle them. The base was a dataset of a power plant which had to be prepared and which was used after the necessary simplifications as model for the program SIMSEN (SIMSEN is the program the simulations were ran with). Due to the confidentiality this dataset will not be presented in this thesis and further all results are illustrated related to their values at the best efficiency point (BEP).<br />Main focus was primarily on finding of solutions while the constructive and electrical realizability are just outlined due to the lack of availability of data required for that considerations.