Vattenkraft i förändring
Att el för närvarande är en dyr historia har nog ingen missat – och eftersom vattenkraften står för hälften av elförsörjningen i Sverige får bristen på regn direkta och konkreta konsekvenser för priset.En annan orsak till att vattenkraften används på andra sätt än tidigare är avregleringen på elmarknaden – vid högt elpris körs kraftverken helt enkelt på ”högre fart” än vad de egentligen konstruerades för.I en ny doktorsavhandling vid Luleå tekniska universitet presenteras ett nytt, datorbaserat verktyg som kan bidra till vissa modifieringar av nuvarande vattenkraftverk.
Svenska vattenkraftverk byggdes under tiden 1900-1970 och står nu inför stora renoveringar och modifieringar, både vad gäller vattenvägarna och de elektriska komponenterna. De konstruktionsverktyg som användes när kraftverken byggdes var baserade på enkla samband och modellförsök. I dag finns kraftfulla datorbaserade verktyg att tillgå, vilka redan nu kan användas för att konstruera själva turbinen till ett kraftverk (kallas löphjulet), men för andra viktiga delar av vattenvägarna krävs ytterligare utvecklingsarbete för att nå tillräcklig precision i datorsimuleringarna.
I dag är verkningsgraden hos ett vattenkraftverk väldigt hög, cirka 95 procent. En förbättring på säg 0,5 procent skulle innebära stora ekonomiska vinster för kraftproducenterna, men också ge säkrare elförsörjning för Sverige.
En av de viktigaste delarna för eventuella förbättringar är det så kallade sugröret.
Det följer direkt efter löphjulet och har till uppgift att återvinna den rörelseenergi som finns kvar i vattnet efter löphjulet. Sugröret är också den del som är mest utmanande att simulera i datorer, detta på grund av den komplicerade strömning som finns där. De modeller som används för att beskriva turbulensens inverkan på strömningen är inte tillräckligt sofistikerade i dag för att noggrant kunna förutsäga verkningsgraden hos ett kraftverk.
Det finns också stora problem med att hantera okända förutsättningar i datorsimuleringarna – till exempel hur hastighetsfördelningen ser ut vid sugrörets början.
Alla dessa problem har studerats i avhandlingen Simulations and experiments of turbulent diffuser flow with hydropower applications med vilken Fredrik Engström disputerar torsdagen den 8 maj.
Bland annat har experiment i en enklare sugrörsgeometri utförts i ett av Avdelningen för strömningsläras laboratorier. Detaljerade hastighetsmätningar med laser-doppler-teknik har använts för att noggrant kunna jämföras med resultaten från simuleringar med olika turbulensmodeller, även experiment med pulserande strömning har undersökts.
Parallellt har datorsimuleringar av riktiga sugrör testats – där inverkan av okända parametrar har studerats med faktorförsök (en statistisk metod).
Fredrik Engström är född 1972, kommer ursprungligen från Umeå och tog sin civilingensjörsexamen i teknisk fysik med teknisk mekanikinriktning vid Luleå tekniska universitet 1998.
Han presenterade sin licentiantuppsats i strömningslära 2001 och disputerar alltså nu på torsdag, den 8 maj.
Opponent är dr Ole Gunnar Dahlhaug från Institutt for termisk energi og vannkraft vid Trondheims universitet, och ordförande är professor Håkan Gustavsson, verksam vid Luleå tekniska universitet.
Upplysningar: Fredrik Engström,tel. 0920-49 21 43, 070-633 62 61, Fredrik.Engstrom@mt.luth.se eller informatör Lena Edenbrink, tel. 0920-49 16 22, 070-679 16 22, Lena.Edenbrink@adm.luth.se
