NYHETER N Y H E T S B L A D F R Å N S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M F E B E R U A R I 2 0 0 8 VATTENHYDRAULIK VINNER MARK Under det senaste decenniet har allt fler hydrauliksystem med vatten som medium installerats i olika vattenkraftanläggningar i Sverige. sid. 2 FÖRNYELSEN FORTSÄTTER Förnyelseprocessen och kompetensöverföringen inom vattenkraften går av allt att döma planenligt. sid. 3 KRAFTER & VIBRATIONER Statisk belastning av lager från axel är svår att upptäcka med vibrationsmätning men relativt enkelt med kraftmätning på lager och axel. Det konstaterar doktoranden Rolf Gustavsson vars avhandling Krafter och Vibrationer i Turbiner och Generatorer väntas vara färdig vid halvårsskiftet. sid. 5 KJELL ISAKSSON ORDFÖRANDE, SVENSKT VATTENKRAFTCENTRUM ORDNINGEN ÅTERSTÄLLD Förhoppningen är att Sverige återigen ska kunna inta en tätplats inom vattenbyggnad, turbinteknik och generatorteknik. sid. 7 1
S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M VÄLKOMMEN! Svenskt Vattenkraftcentrums, SVC, har nu två framgångsrika år bakom sig. Vi startade i en situation då kompetensförsörjningen i branschen var allvarligt hotad, såväl i Sverige som i övriga västvärlden. Sverige är dock ett av få länder där såväl industri, myndigheter som högskolor insett att åtgärder måste vidtas för att säkerställa kunskaps- och kompetensförsörjningen för en effektiv och tillförlitlig vattenkraftproduktion och därtill en tryggad säkerhet vid driften av våra dammar. Så ser också visionen ut för vårt arbete inom SVC och det har visat sig vara en viktig och riktig inriktning på verksamheten. Ett tydligt bevis på det är att allt fler studerande, på såväl grund- som forskarnivå nu lockas av möjligheterna och utmaningarna inom vattenkraften. Vattenkraft som tekniskt ämne återetableras nu på våra högskolor. Det är mycket glädjande. För i takt med att nationella och internationella energi- respektive klimatpolitiska mål ska uppfyllas kommer andelen förnybar elproduktion att öka. Denna utgörs främst av kraftslag som är betydligt mindre reglerbara än vattenkraften, till exempel vindkraft, vilket ökar behovet av reglerresurser. I en omställning av energisystemet kommer därmed vattenkraftens roll som energi- och effektproducent att spela en allt större roll. De strategiska skälen till att vattenkraften en gång byggdes ut var att ge baskraft till industrialiseringen och samhället. Anläggningarna togs i drift och producerade elkraft kontinuerligt. Idag ser situationen annorlunda ut, men det finns fortfarande viktiga strategiska skäl för att gemensamt bidra till att vattenkraften vidareutvecklas. Vattenkraft är en ren och förnybar energikälla med låga utsläpp och mycket liten klimatpåverkan. Det nyhetsblad som du nu håller i din hand har som uppgift att spegla den forskning och utveckling med mera som sker inom SVC: s verksamhet. Detta är första numret och jag hälsar dig välkommen som läsare och hoppas att du ska finna innehållet intressant. Lars Hammar Centrumföreståndare VATTENHYDRAULIK VINNER MARK Under det senaste decenniet har allt fler hydrauliksystem med vatten som medium installerats i olika vattenkraftanläggningar i Sverige. Hittills har det handlat om reglering av luckor. Tekniken är intressant, speciellt beroende på de miljöfördelar den medför, vid haverier eller läckage läcker det ut vatten istället för olja. Det konstateras i en ny studie från SWECO Energiguide och Vattenfall Research and Development. I studien, som gjorts på uppdrag av Elforsk, ges branschens syn på vattenhydraulik och därtill en genomgång av egenskapsskillnader mellan vatten och olja. Miljöfördelar Anledningen till att vattenhydraulik börjar bli ett alternativ till den väl beprövade oljan är, som många säkert gissat, vattnets miljöfördelar. Vattenhydraulik används inom vattenkraften för reglering av olika typer av lucksystem, där läckagerisken generellt är stor. Erfarenheterna från detta användningsområde är hittills goda. Vattenhydraulik kan även användas vid reglering av löpskovlar och ledskenor. Här saknas dock praktiska erfarenheter från svenskt håll. Nackdelen med Vattenhydraulik är kanske framför allt kostnaden, som är mellan 2,5 och 5 gånger högre jämfört med konventionella oljesystem. Ett alternativ till vattenhydraulik vid reglering av ledskenor och löphjulsskovlar är de nya mer miljöanpassade oljorna. Detta alternativ innebär, menar bland annat anläggningsägare, att det är tveksamt om den höga kostnaden för vattenhydraulik står i paritet med miljövinsterna. Rapporten Vattenhydraulik till vattenkraft, rapportnr. 07:43, finns att ladda ned från www.elforsk.se Det finns idag cirka 500 stycken Kaplanturbiner med en effekt överstigande 1,5 MW installerade i Sverige. Äldre nav är fyllda med olja för att kunna smörja mekanismen. I vissa stora turbiner är det inte ovanligt med 10-15 m 3 olja i ett nav. 2
S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M Akkats kraftverk i Lule älv. FÖRNYELSEN FORTSÄTTER Det må låta som en klyscha eller rent av en besvärjelse, men SVC:s andra årsmöte gav syn för sägen: Förnyelseprocessen och kompetensöverföringen inom vattenkraften går av allt att döma planenligt. Det menade i alla fall många som besökte den så gott som fullsatta konferenssalen under SVCdagarna i Stockholm. Mer än hundra personer hade kommit för att ta del av en räcka intressanta föredrag kring allt det som händer inom vattenkraften just nu. SVC: s ordförande Kjell Isaksson, tillika chef för Vattenfall Vattenkraft, kunde inledningsvis konstatera att många positiva saker på vattenkraftsområdet har skett under det gångna året. Vattenbyggnad är som de flesta av de här närvarande vet, ett kompetensområde som varit på väg ut från våra högskolor. Det verkar nu som om trenden har vänt, vi ser ett antal glädjande signaler på detta. Personligen tycker jag det roligaste är att den för oss i vattenkraftföretagen så oerhört viktiga hydrauliska designen är under uppvaknande. Den andra omständigheten jag vill lyfta fram är att vi tycker oss märka ett nyväckt intresse från elevsidan, vilket är mycket glädjande, sade Kjell Isaksson bland annat. Nya stationer Därefter följde två intressanta föredrag om den stora förnyelse- och reinvesteringsperiod som pågår för fullt inom vattenkraften. Karl-Erik Löwén från Fortum inledde med att berätta om arbetena vid Untra kraftstation i Dalälven där företaget ska bygga en ny anläggning bredvid den gamla pampiga stationen från 1918. Skälen till behovet av en ny station är bland annat att betongen i anläggningen är av mycket dålig kvalité och att det omgivande berget är sprickigt och vattenförande. Därtill har flera aggregat fallit för åldersstrecket. Fortum räknar med att kunna bygga en helt ny station bredvid den gamla för att därigenom bland annat undvika produktionsförluster. Om planerna går i lås ska anläggningen, som får en ökad produktionskapacitet med omkring 36 GWh, stå färdig 2012. Nybyggnaden beräknas kosta 500 miljoner kronor. Akkats En annan stor ombyggnad rör Akkats kraftverk i Lule älv. Stationen har alltsedan den togs i drift 1973 med jämna mellanrum haft problem med driften. År 2002 inträffade ett omfattande haveri som medförde stora skador i kraftverket, bland annat på turbinen och i betongfundamentet under maskinhallen. Trots omfattande reparationer har kraftverket sedan dess bara kunnat producera 85 procent av den 3
S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M År 2002 inträffade ett omfattande haveri i Akkats som medförde stora skador i kraftverket, bland annat på turbinen och i betongfundamentet under maskinhallen. Trots omfattande reparationer har kraftverket sedan dess bara kunnat producera 85 procent av den ursprungliga kapaciteten. ursprungliga kapaciteten. Ägaren Vattenfall har därför bestämt sig för att bygga om anläggningen, och om detta omfattande arbete berättade Christer Ljunggren. Planen, sade han, är att byta ut det gamla aggregatet på 150 MW mot två nya aggregat på 75 MW vardera. Den gamla inloppstunneln blir kvar men kompletteras med en ny tilloppstunnel, vilket bland annat innebär att kraftproduktionsförlusterna kan hållas nere under byggtiden. I samband med byggnationerna kommer den gamla utloppskanalen också att rensas från tidigare rasmassor vilket ökar fallhöjden med 0,4 meter och därmed produktionen. Totalt kommer åtgärder att ge ett energitillskott på 25 GWh per år. Sammantaget beräknas den årliga vattenkraftproduktionen i Akkats kraftverk att uppgå till 590 GWh. Ombyggnaden, som kommer att kosta omkring 650 miljoner kronor, innebär inga förändringar av nu gällande vattendom. Byggstarten är, om tillstånd ges, planerad till våren 2008 och byggtiden beräknas till fem år. Många av vattenkraftens aggregat börjar närma sig hundraårsstrecket och kommer därför att behöva bytas ut inom en nära framtid. Pågjutning Den svenska vattenkraftens infrastruktur består av ett stort antal betongkonstruktioner som i de flesta fall börjat uppnå en relativt hög ålder. Beroende på bland annat materialsammansättning och den produktionsteknik som användes vid upprättandet har konstruktionerna olika förutsättningar att motstå de nedbrytande mekanismer som råder i den aktuella miljön. Många av de äldre betongkonstruktionerna behöver i någon mån underhållas, oftast genom reparationer. Vanligtvis ersätts då den gamla och nedbrutna betongen med en ny, detta förfarande kallas för pågjutning. Och om denna metod handlar doktoranden Tomas Sandströms projekt inom kompetensområdet vattenbyggnad. Tomas Sandström, som är verksam vid Vattenfall R & D och Luleå tekniska högskola, ska bland annat ta reda på vilka parametrar som styr pågjutningens kort- och långtidsegenskaper: Han ska därtill upprätta översiktlig kravspecifikation för materialval och Vid Untra kraftstation i Dalälven SKA ägaren Fortum bygga en ny anläggning bredvid den gamla pampiga stationen från 1918. Skälen till behovet av ny station är bland annat att betongen i anläggningen är av mycket dålig kvalité och att det omgivande berget är 4sprickigt och vattenförande.
Karl-Erik Löwén från Fortum berättade om arbetena vid Untra kraftstation i Dalälven. Christer Ljunggren från Vattenfall berättade om Akkats kraftverk i Lule Älv. Gunnar Hellström, Luleå tekniska universitet, studerar inre erosion i fyllnadsdammar ur ett strömningstekniskt perspektiv. S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M Vattenbyggnad är ett kompetensområde som varit på väg ut från våra högskolor. Det verkar nu som om trenden har vänt, vi ser ett antal glädjande signaler på detta. utförandet av pågjutningar. Samtidigt upprättas en handlingsplan för att systematiskt förbättra och verifiera kravspecifikationerna. Syftet med en pågjutning kan variera, men ofta utförs den med avsikt att förändra/förbättra till exempel konstruktionens permeabilitet, ytskiktets slitstyrka eller att för förbättra konstruktionens stabilitet med mera. Oavsett syftet med pågjutningen är vidhäftningen (limningseffekten mellan det nya och gamla materialet) central. Tomas Sandström kunde upplysa att en hel och ren yta är en grundförutsättning för ett bra resultat, därtill att en skrovlig yta inte är bättre än en slät. Därefter berättade Gunnar Hellström, Luleå tekniska universitet, om sin studie av inre erosion i fyllnadsdammar ur ett strömningstekniskt perspektiv. Detta med fokus på processförståelse och numeriska beräkningar. Initialt är studien mest inriktad mot identifiering av olika flödesområden gällande flöde i porösa material ur ett mikromekaniskt hänseende. På längre sikt är målet att prediktera inre erosion genom att koppla kontinuumsmekanik, lokalisering och mikromekanik, upplyste Gunnar Helllström. Krafter och vibrationer Kompetensområdet Turbiner och generatorer bjöd slutligen på en rad intressanta föredrag. Inom området drivs doktorandprojekt där handledarna, seniora forskare som redan har disputerat, ansvarar för att deras forskning drivs vidare. Sammanlagt 12 projekt pågår för närvarande i olika faser. Syftet är som tidigare att ge forskarstuderande förmånen att fördjupa sig ordentligt i detaljer inom prioriterade forskningsfrågor för området. Samt givetvis att bygga vidare på redan förvärvad kompetens. Så kunde till exempel Rolf Gustavsson från Vattenfall R&D berätta om sitt doktorandprojekt Krafter och Vibrationer i Turbiner och Generatorer. Vibrationsövervakning i vattenkraftsaggregat utförs för att skydda aggregatet mot haverier och som hjälp vid planering av underhållsinsatser. De två vanligaste sätten att bestämma axelns vibrationsnivå är med mätningar av lagerhusvibrationer eller axelrörelsen relativt lagerhuset. För att dessa mätningar skall ge vibrationsvärden som motsvarar axelns absoluta rörelse ställs vissa krav på relationen mellan lagerstyvhet och lagerupphängningens styvhet. På ett flertal aggregat har metoden för mätning av aggregatets vibrationsnivå valts på andra grunder vilket medför att uppmätta vibrationsnivåer blir för låga, med risk för maskinskador som följd. En nackdel med traditionell vibrationsmätning är att det är svårt att detektera statorexcentricitet, inspänd axel eller andra fel som belastar stödstrukturen med en statisk last. Dessa typer av fel kan ge stora växlande belastningar på roterande delar utan att ge upphov till vibrationer. Risken är då stor att utmattningsskador uppstår på de roterande delarna. Detta på grund av det stora antalet lastväxlingar som snabbt uppstår, sade Rolf Gustafsson. Ett sätt att detektera dessa uppriktningsfel är att istället för att mäta vibrationer, mäta de töjningar och krafter som belastar axel och stödstruktur. Fördelarna hos denna typ av mätning är att den klarar att 5
S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M Rolf Gustavsson från Vattenfall R&D berättade En nackdel med traditionell vibrationsmätning är att det är svårt att detektera statorexcentricitet, inspänd axel eller andra fel som belastar stödstrukturen med en statisk last. om sitt doktorandprojekt: Krafter och Vibrationer i Turbiner och Generatorer mäta såväl statiska som dynamiska belastningar och att resultatet går att använda för att bedöma risken för att skador skall uppstå på aggregatet och stödstruktur, förklarade Rolf Gustafsson som således räknar med att ha sin avhandling färdig vid halvårsskiftet. På SVC-dagarna kunde deltagarna också medverka i olika studiegrupper (workshops). Ett av dessa pass ägnas åt att utveckla formerna för samarbetet mellan industri och högskolor och mellan kompetensområdena inom SVC. Därtill togs två aktuella teman upp; flödesdimensionering och rotordynamik. Målet med dessa pass var att identifiera insatser där SVC kan bidra till att lösa aktuella frågeställningar inom områdena. Undvika fel Rotordynamik handlar om att förstå och kunna prediktera dynamiska krafter och vibrationer i vattenkraftstationer. Tillämpningar kan till exempel vara att optimera startförlopp och drift för att undvika fel och förbättra tillförlitlighet eller att ta fram underlag för modifieringar för att undvika transienter, torsionssvängningar, vibrationer och pulsationer. Osäkerheterna vid flödesdimensionering av avbördningssystemet handlar om förändrade regleringsstrategier, osäkerheter i meteorologiska/klimatologiska indata, hydrologisk modellering (modellosäkerheter, indataosäkerheter, kalibreringsparametrars generalitet med mera). Erfarenheter från det senaste decenniets dimensioneringsarbete har tydligt visat att det föreligger svårigheter i att entydigt bestämma dimensionerande flöden för våra dammar. 6 Från nedan: Mätning av lagerlaster. Torsionsmätning.
INTERVJU MED KJELL ISAKSSON ORDNINGEN ÅTERSTÄLLD S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M Länge fanns en gnagande oro över kompetensförsörjningen inom svensk vattenkraftsindustri. Den utlösande faktorn för en nyorientering inträffade när också professuren i Vattenbyggnad på KTH lades ned. Det blev startskottet för stora ansträngningar att etablera Svenskt Vattenkraftcentrum, berättar dess ordförande Kjell Isaksson. Den stora utbyggnadsepoken av vattenkraften ligger långt tillbaka i tiden och många av dem som var med när det begav sig har gått i pension eller är på väg bort från arbetslivet. Samtidigt har det inte skett någon nyrekrytering till branschen i någon större omfattning sedan 1970-talet. Den utvecklingen ser nu ut att ha vänt, och förhoppningen är att Sverige återigen ska kunna inta en tätplats inom vattenbyggnad, turbinteknik och generatorteknik. Men innan denna vändning kom till stånd såg det faktiskt ganska kritiskt ut, minns Kjell Isaksson, chef för Vattenfall Vattenkraft och Svenskt Vattenkraftcentrums ordförande. Vi befann oss i ett besvärligt läge, och när vi började fundera över vad som fanns på utbildningssidan så kunde vi bara konstatera att inte mycket återstod efter det att också professuren inom vattenbyggnad på KTH hade lagts ned. Vi såg därför att vi måste agera på något sätt för att klara den stora förnyelsen som nu sker inom vattenkraften, berättar Kjell Isaksson om bakgrunden till att Svenskt Vattenkraftcentrum, SVC, bildades 2005. Nu har det gått några år och Kjell Isaksson kan konstatera att SVC lyckats i sin målsättning att gjuta nytt blod i denna för Sverige så viktiga bransch. Vi har kommit igång väldigt bra inom samtliga de områden som vi föresatt oss att verka inom, både vad gäller grundutbildning och forskning. Det är en mycket lyckad utveckling och det märks nu även på högskolorna att vattenkraften är tillbaka där. Fyra högskolor/universitet är ju också direkt involverade i verksamheten, Chalmers, KTH, Luleå tekniska universitet och Uppsala universitet. Och hos alla dem ser vi effekterna av SVC: s verksamhet, i doktorandprojekt, hos seniora forskare, adjungerande professurer och ordinarie professurer, säger Kjell Isaksson som också kan konstatera att det händer mycket spännande saker inom vattenkraften just nu. Exempelvis framtagandet av nya material, nya miljövänliga smörjmedel och nytt kunnande om både maskiner och anläggningar som säkerställer många års säker drift. Den här utvecklingen gör vattenkraften till en spännande bransch och det märks också i intresset för vattenkraftsrelaterade kurser på högskolorna, menar Kjell Isaksson. Hur ser du på framtiden för vattenkraften och SVC? Jag är väldigt hoppfull. Den stora förnyelsen som nu har inletts, med upprustningar och insatser för att öka dammsäkerheten med mera men också nya kraftstationer kommer att pågå under 20-30 år framåt. För att klara det kommer vi att behöva den kompetens som kommer till stånd tack vare SVC: s verksamhet. Det stora intresset för den här satsningen, inom branschen, hos myndigheter och universitet och högskolor talar också för att vi kommer att fortsätta med detta under många år till. Det handlar också om rätt betydande belopp, mer än en kvarts miljard kronor, som vikts för SVC: s verksamhet. Och professuren i Vattenbyggnad på KTH, hur gick det med den? Ja den är glädjerikt återupprättad och innehas numera av Anders Wörman, avslöjar Kjell Isaksson. Kjell Isaksson 7
GENERATOR- ÖVERVAKNING Forskare vid Stri i Ludvika har utarbetat en metod för att bedöma isolationens kondition hos en generator. Metoden bygger på en fortlöpande analys av partiella urladdningar i lindningarna. Anläggningsägaren har tillgång till mätningar och analys via Internet, och kan använda resultatet för att optimera underhållsplaneringen, skriver tidningen ERA. För ändamålet görs så kallade PDmätningar. Sådana mätningar är speciella eftersom man mäter en elektrisk parameter som har ett direkt samband med generatorns elektriska kondition. Annars är det vanligt att mäta det som är lätt att mäta och tolka, framför allt drift- och omgivningstemperaturer, luftfuktighet, oljetryck och vibrationer. Pilotanläggningen för Stris mätningar finns i Loforsens kraftstation, ett par mil väster om Ludvika. RIKTLINJER FÖR BESTÄMNING AV DIMENSIONERANDE FLÖDEN FÖR DAMMANLÄGGNINGAR Nu finns en nyutgåva av Riktlinjerna för bestämning av dimensionerande flöden för dammanläggningar. Den nya utgåvan syftar till att ersätta riktlinjerna i Flödeskommitténs slutrapport och de därefter gjorda tilläggen. Tillägg och ändringar till Flödeskommitténs riktlinjer som tillkommit efter 1990 har inarbetats och språket har förenklats och förtydligats. Beteckningen riktlinjer innebär att anvisningarna inte utgör juridiskt bindande normer eller föreskrifter. Innebörden av de ursprungliga riktlinjerna med tillägg är i huvudsak oförändrad i den nya utgåvan. Metoderna i riktlinjerna har inte reviderats med hänsyn till förväntade framtida klimatförändringar, men riktlin- jernas tillämpning i ett föränderligt klimat behandlas i nyutgåvan. Huvudmannaskapet för den nya utgåvan delas av Svenska Kraftnät, Svensk Energi och SveMin. Kommittén för komplettering av Flödeskommitténs riktlinjer har (KFR) har ansvarat för omarbetningen och arbetet har genomförts av Marie Gardelin (SMHI) på uppdrag av KFR. S V E N S K V A T T E N K R A F T C E N T R U M SVC ÄR ETT SAMARBETE MELLAN Vattenkraftproducenter Energimyndigheten Svenska Kraftnät SweMin WAPLANS SWECO CarlBro Statoil Lubricants VG Power Luleå tekniska universitet Kungliga Tekniska Högskolan Uppsala Universitet Chalmers Tekniska Högskola BROSCHYR OM TILLSYN AV DAMMANLÄGGNINGAR Räddningsverket och Svenska Kraftnät har i samverkan påbörjat ett arbete för att underlätta tillsynen av dammar som klassats som anläggning med farlig verksamhet enligt 2 kap. 4 i lagen om skydd mot olyckor, LSO. Som ett led i detta har en broschyr med syfte att klarlägga roller och ansvarsområden i frågor som gäller dammsäkerhet och beredskap för dammbrott vid denna kategori av dammar tagits fram. Broschyren kan beställas från Räddningsverket och Svenska Kraftnät, eller laddas ner från resp. hemsida. 8 SVC, SVENSKT VATTENKRAFTCENTRUM ÄR ETT SAMARBETE MELLAN: Vattenkraftproducenter Energimyndigheten Svenska Kraftnät SweMin Waplan SWECO CarlBro Statoil Lubricants VG Power Luleå tekniska universitet Kungl. Tekniska högskolan Uppsala Universitet Chalmers Tekniska Högskola SVC: s vision är att säkerställa kunskaps- och kompetensförsörjning för effektiv och tillförlitlig vattenkraftsproduktion som en viktig del av landets energiförsörjning samt för tryggad säkerhet vid driften av dammar. KONTAKT Lars Hammar, Elforsk Tel: 08-677 27 53 E-post: lars.hammar@elforsk.se