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Das H2020 XFLEX HYDRO-Projekt soll zeigen, dass moderne Wasserkraftwerke die heutigen Stromnetze, die immer stärker von unsteten erneuerbaren Energien abhängen, durch die Integration innovativer Technologien stärken können. Die XFLEX HYDRO-Technologien, von denen jede in Wasserkraftwerken in Europa demonstriert wird, beinhalten die Möglichkeit, die Maschinen mit variabler Geschwindigkeit zu betreiben, gleichzeitig zu pumpen und zu turbinieren oder Batterien zu verwenden, um die Produktion und den Verbrauch der Anlagen anzupassen.
Von den sieben ausgewählten Kraftwerken führt das Team der HES SO Wallis die numerischen Simulationen und einen Teil der Feldversuche für vier Demonstratoren durch; das Pumpspeicherkraftwerk Z'Mutt (Grande Dixence, Schweiz), die Speicherkraftwerke Alto Lindoso und Caniçada (EDP, Portugal) und das Pumpturbinenkraftwerk Grand Maison (EDF, Frankreich).
Dieses Pumpwerk in Grande Dixence wird mit einer neuen drehzahlvariablen Pumpenturbine mit einem Vollstromwandler ausgestattet. Numerische Simulationen und Tests direkt am Prototyp, die von der HES SO Wallis durchgeführt wurden, werden es ermöglichen, den Ermüdungsgewinn während der An- und Abfahrphasen im Turbinen- oder Pumpenmodus und während der Übergänge für verschiedene Szenarien, die durch die Technologie der variablen Drehzahl möglich sind, vorherzusagen.
Das Wasserkraftwerk Grand-Maison im Département Isère in den französischen Alpen, das von EDF betrieben wird, ist mit einer installierten Leistung von 1.800 MW das leistungsstärkste Pumpspeicherkraftwerk Europas. Das Ziel für diese Anlage ist die Einführung eines hydraulischen Kurzschlussbetriebs, d. h. eines gleichzeitigen Betriebs von Pumpen und Turbinen. Dieser Modus ermöglicht es, die von den Pumpen verbrauchte Energie mithilfe der Peltonturbinen zu regulieren und somit eine Regeldienstleistung für den Betreiber des Stromnetzes zu erbringen. Die von der HES SO Wallis durchgeführten numerischen Strömungssimulationen werden es ermöglichen, mögliche Instabilitäten, die sich in den Bifurkationen oder Trifurkationen entwickeln können, sowie die Druckverluste vorherzusagen, um die für den Eigentümer vorteilhaftesten Szenarien auszuwählen und gleichzeitig die Risiken zu begrenzen.
Das Speicherwasserkraftwerk Alto Lindoso im Norden Portugals entlang des Flusses Lima ist mit zwei Turbinen ausgestattet, die eine installierte Gesamtleistung von 630 MW haben. Die Turbinen drehen sich mit einer Geschwindigkeit von 214 Umdrehungen pro Minute bei einer Gesamtwassermenge von 250 m3/s. Für diesen Demonstrator, wie auch für das Caniçada-Kraftwerk, werden von der HES SO Wallis numerische Fluid- und Struktursimulationen durchgeführt, um den möglichen Nutzen der variablen Drehzahl zur Erweiterung des Betriebsbereichs vorherzusagen.
Stromlinien im unbelasteten Zustand. FEM-Modellanalyse des Rades von Alto Lindoso (rechts). Olivier Pacot.