Computerprogramm zur Parametrisierung von Pumpturbinen

Abstract

Der ständig weltweit wachsende Energieverbrauch und die Liberalisierung des Strommarktes resultieren in einer immer größer werdenden Herausforderung an die Flexibilität von Wasserkraftanlagen. Gerade Pumpspeicherkraftwerke verfügen über geringe Anfahrzeiten für die Energieeinspeisung und können somit bei Ausfällen von Energielieferanten die Stromnetzstabilität in kürzester Zeit aufrechterhalten. Regenerative Energieträger wie Sonnenenergie und Windkraft verleihen Pumpspeicherkraftwerken einen zusätzlichen Einsatzwert, da Energiequellen wie Wind und Sonne nicht fortdauernd zur Verfügung stehen und daher Wind- und Sonnenkraftwerke auf den Bedarf im Stromnetz nur schlecht reagieren können. Überschüssig produzierte Energie zu Zeiten geringer Nachfrage im Stromnetz kann somit in Form von Wasserkraft gespeichert und bei hohem Leistungsbedarf kurzfristig zurück ins Netz gespeist werden. Durch die fortschreitende Nachfrage an Spitzenenergie im europäischen Stromnetz gewinnen Pumpspeicherkraftwerke zunehmend an Bedeutung.<br />Der Schwerpunkt meiner Arbeit war das Erstellen eines computergestützten Programms zur Parametrisierung von Pumpturbinen, das durch geringen Aufwand eine qualitative Lösung im Bereich der Laufradauslegung bringen soll. Mit Hauptaugenmerk auf die Bedienerfreundlichkeit des Programms kann der Benutzer mit nur wenigen Kenndaten eine Pumpturbinenschaufel samt Meridiankontur in 3D modellieren.<br />Durch die Implementierung von diversen Erweiterungen und Einstellmöglichkeiten in den einzelnen Konstruktionsschritten wird dem Benutzer die Option geboten, sein eigenes Wissen im Detail einzubringen. Die Kernaufgabe während der Softwareentwicklung war meines Erachtens die Erstellung eines stimmigen Zusammenspiels von verschiedenen Lösungsansätzen im Bereich des Laufradentwurfes sowie deren technische Umsetzung. Mithilfe des Programms UpDown kann also eine umfassende Vordimensionierung von Geometrie und Form des Pumpturbinenlaufrads für eine anschließende Strömungsberechnung und Optimierungsprozesse geschaffen werden.<br />

The worldwide growing energy consumption and the liberalisation of the electrical current's market result in an ever growing challenge to the flexibility of hydroinstallations.<br />Especially pump storage power stations have short start-up periods for energy feed-in and are therefore able to maintain the stability of the electrical grid, should other energy suppliers fail. And just renewable energy sources, such as solar energy and wind power, increase the value of use of pumping power stations, since such energy sources cannot provide energy constantly. Due to this circumstance, solar and wind power stations are not able to react properly to the demand of the electrical grid. In times of lower energy demand at the electrical grid the energy overproduction can easily be stored by pump storage power plants and vice versa.<br />Concerning to the growing peak demands in the European electrical grid and their fast adjustability, pump storage power plants are getting more and more important.<br />In my thesis I put an effort onto creating a computer-aided program for the parameterisation of pump-turbines, which is supposed to achieve a qualitative solution concerning the design of runners with a little effort. Thanks to the easy handling of the program, the user is able to model a three-dimensional pump-turbine blade together with a meridional contour, needing only a few characteristics.<br />With the implementation of various add-ons and possibilities to make adjustments within the different construction steps, the user has the option to apply his knowledge in detail.<br />The main task during the software development was the combination of different solution approaches at the runner design and its implementation. With the help of the programme UpDown, therefore, it is no problem to create a comprehensive design of geometry and form of the pump-turbine runner, necessary for subsequent calculations of fluid dynamics and optimisation processes.<br />