Forskning skal løse sandfangproblem

I mange kraftverk kan effekten økes betydelig ved å forbedre sandfang og svingekammer. Grus og stein i turbinene er blitt et stort problem. Ved landets største kraftverk, Tonstad, gir det kostbare driftsrestriksjoner.

FoU-prosjektet (Forskning og Utvikling) Fleksible Sandfang (FlekS) er et samarbeid mellom Sira-Kvina kraftselskap, HydroCen og Graz tekniske universitet i Østerrike.

Modellforsøkene skjer ved Vassdragslaboratoriet ved NTNU i Trondheim, mens Graz skal stå for CDF-kjøringene og utvikling av numeriske modeller.

Sira-Kvina kraftselskap har fått støtte fra Regionale Forskningsfond for Agder til å sette i gang forskningsprosjektet ved Vassdragslaboratoriet. Her er det nå bygd en modell av sandfang 3 (pilotanlegg) i Tonstad kraftverk.

PhD-Stipendiat Ola Haugen Havrevoll bygger en modell av sandfang.

Tekst: Stein Arne Bakken.
Denne saken sto først på trykk i
Fagbladet Energiteknikk nr 2 2018.
Gjengitt med tillatelse.

 20 prosent økt effekt

Ifølge beregninger gjort på universitetet Graz, vil det være mulig å øke effekten med 20 prosent i Tonstad kraftverk gjennom tiltak for å forbedre sandfang og svingekammer. Det kan blant annet skje ved å bygge et nytt eller utvide eksisterende kammer.

– Målet med FoU-prosjektet er å utvikle ny teknologi for å oppgradere eksisterende sandfang, slik at vi ikke trenger å kjøre kraftverket med begrensning på effekt for å unngå at det kommer grus og stein i turbinene. Det gjelder å finne frem til tiltak som lar seg gjennomføre raskt, uten for store kostnader.

Kaspar Vereide leder Sira-Kvina kraftselskaps FoU-prosjekt FlekS og veileder PhD-studien som forsker på sandfang i HydroCen.

Det sier lederen for FoU-prosjektet, Kaspar Vereide. Han er prosjektutvikler i Sira-Kvina kraftselskap og har deltidsstilling som førsteamanuensis ved NTNU i Trondheim.

FlekS har også utløst sandfangaktivitet i HydroCen gjennom PhD-stipendiat Ole Haugen Havrevoll. Så langt har prosjektet omfattet datainnsamling, kartlegging og analyse av eksisterende sandfang.

Selvregulerende sandfang

– Vi har flere idéer til hva som kan gjøres. Nå får vi mulighet til å teste ut ulike tiltak i den fysiske modellen på laboratoriet, foruten å gjøre numeriske beregninger.

Disse kan verifiseres gjennom modellforsøkene, slik at det kan gjøre simuleringer av ulike løsninger for å forbedre sandfanget på Tonstad, sier Vereide.

– Målet er å kunne designe et selvregulerende sandfang, hvor man ikke trenger å tømme sandfangerne for sedimenter på den manuelle måten med gravemaskin og dumper. Vi håper at prosjektet vil ende opp med at vi kan implementere en slik fullskalaløsning på Tonstad.

Bygd for jevn last

Vereide viser til at sandfangene skal beskytte turbinene mot sedimenter. Sandfangene er bygd for jevn lastkjøring uten hyppig effektendring. Dagens effektkjøring i kraftverkene skaper større dynamiske bevegelser i vannveiene. Grus og stein i virvles opp, sedimentene fanges ikke opp av sandfangene, men blir dratt med vannstrømmen inn i turbinene.

Dette var ikke noe problem tidligere, men har oppstått etter at kraftverkene er blitt rehabilitert med sikte på effektkjøring. Sandtransport vil også bli et problem ved fremtidige oppgraderinger til pumpekraftverk.

– For å unngå skader på turbinene må kraftverkene innføre driftsrestriksjoner. For Tonstad kraftverk innebærer det at vi ikke kan kjøre med full effekt, spesielt når det er lav vannstand i magasinet og lite tilsig i bekkeinntakene. Dette blir kostbart.

Jetstrøm i sandfanget

Vereide forklarer dette med at vannstanden i svingsjakten har et nivå på 50 meter når kraftverket står stille, men synker når kjøringen starter. I enkelte tilfeller kan vannstanden synke helt ned i sandfanget, som i de fleste kraftverk i Norge er plassert nedstrøms tunellen i kraftverket (trykkstrømning). I så fall vil det skapes frispeilstrømning som kan spyle stein og grus inn i turbinen. Når kraftverket starter opp, får man også en slags jetstrøm i sandfanget som bringer med seg sedimenter.

– Overgangen til mer effektkjøring har gjort at driftssituasjonen i kraftverkene er blitt vesentlig endret. Prissignalene fra markedet bestemmer produksjonen. Vi har fått et kjøremønster som herjer med vannkraftsystemet. Det tikker stadig inn meldinger fra nye kraftverk om problemer med sandfang.

Må tømmes oftere

Vereide forteller at sandfangene i norske kraftverk er utformet for å kunne virke i mange år før det var nødvendig å tømme dem. Med kjøring på jevn last har ikke dette vært noe problem. Sandfanget på Aura kraftverk var designet for aldri å måtte tømmes. Det ble tømt for første gang i fjor.

Vereide legger til at de tre sandfangene på Tonstad tidligere ble tømt hvert femte år. Etter at kraftverket begynte med effektkjøring, skjer tømmingen hvert halvår. Da må vannet stenges av og produksjonen stoppes i flere dager. Man må inn i sandfanget med gravemaskin for å tømme det for grus og stein.

Les mer om sandfang- og sediment-forskninga som pågår i HydroCen.