Prototypmessung alter Francis-Turbinen als Basis für Instandhaltungs- und Revitalisierungsmaßnahmen

Abstract

Die Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne nimmt stetig zu. Durch diesen wachsenden Anteil erneuerbarer Energien im Strommix schwankt die Stromerzeugung zunehmend. Dadurch wird es auch schwieriger Erzeugung und Verbrauch in Einklang zu bringen. In diesem Zusammenhang bietet Wasserkraft die Möglichkeit, in kurzer Zeit große Mengen an Energie zur Netzstabilisierung bereitzustellen. Die meisten älteren Kraftwerke wurden jedoch nicht für einen derartig volatilen Einsatz, der eine hohe Anzahl an Start und Stops sowie Teillastbetrieb beinhaltet, ausgelegt. Daher müssen die Betreiber die reduzierte Lebensdauer der Maschinenkomponenten berücksichtigen. In Zukunft soll durch eine Kombination aus Messdaten, Analysen und Simulationen der Verschleiß und Zustand von Wasserkraftwerken automatisch überwacht werden. Diese Arbeit behandelt die Prototypenmessung einer Francis-Turbine. Daher wird zu Beginn der Aufbau und die Funktionsweise dieser Maschinen betrachtet sowie wichtige Messmethoden, die in der Wasserkraft zum Einsatz kommen, vorgestellt. Anschließend wird detailliert auf die einzelnen Messsignale und den Aufbau der Messkette eingegangen. Zum Schluss wird eine Methodik vorgestellt die es ermöglicht, einen Überblick über die enorme Menge an Daten zu erhalten.

Power generation from renewable sources such as wind and solar is steadily increasing. This growing share of renewables in the electricity mix means that power generation is increasingly fluctuating. This also makes it more difficult to reconcile generation and consumption. In this context, hydropower offers the possibility to provide large amounts of energy for grid stabilization in a short time. However, most older power plants were not designed for such volatile loads, which include a high number of starts and stops as well as part-load operation. As a result, operators must take into account the reduced lifetime of the machinery components. In the future, a combination of measurement data, analysis and simulation will be used to automatically monitor the wear and condition of hydro power plants. This work describes the prototype measurement of a Francis turbine. Therefore, at the beginning the design and the operating principle of these machines are described. In addition important measurement methods, which are used in the hydropower, are presented. Subsequently, the various measurement signals and the setup of the measurement chain are discussed in detail. Finally, a methodology is presented that allows an overview of the enormous amount of data.