Fornybart: Ny turbinteknologi skal gjøre vannkraften mer fleksibel

Sol og vind gir rimelig, ren og fornybar energi, men det er vær og vind som styrer produksjonen, ikke behovet. Derfor er det nødvendig å ha andre kraftkilder som kan skape balanse mellom tilbud og etterspørsel.

Siden det er fornybar energi som gjelder, er regulerbar vannkraft det som er mest egnet. Men selv ikke vannkraften er fleksibel nok i alle situasjoner. Det kan det bli en endring på.

Internasjonalt forskningssamarbeid

Francis-turbinen, som er den vanligste turbinen i vannkraftverk, bør helst kjøres med full last, det vil si med maksimal vannføring og vanntrykk. Blir det for lite vann, vil det oppstå turbulens i vannet og trykksvingninger som i løpet av kort tid kan skade turbinen.

– I praksis betyr det at turbinene enten må kjøres for fullt eller stoppes helt, noe som reduserer fleksibiliteten i kraftverket, sier Erik Jacques Wiborg i Statkraft. Han er turbinekspert og også intern prosjektleder for Statkraft i to forskningsprosjekter, AFC₄Hydro og HydroFlex, under EUs rammeprogram Horisont 2020.

De to prosjektene har litt ulik tilnærming, men er begge rettet mot å gjøre vannkraftverk mer fleksible. Industripartnere og forskningsinstitusjoner fra flere land deltar i prosjektene.

– Økt fleksibilitet vil gjøre det lettere å bruke regulerbar vannkraft også ved større, raske og potensielt kortvarige produksjonssvingninger fra vind- og solenergi. I dag er det omtrent bare batterier som er egnet for å gjøre den jobben, sier Wiborg.

Mange vannkraftverk har krav til minstevannføring i elven nedenfor kraftverket, noe som gjør at de ofte må la vann passere utenom turbinene.

– På grunn av de tekniske begrensningene i anlegget får vi ikke alltid utnyttet dette vannet til kraftproduksjon. I hvert fall ikke uten at det tærer kraftig på maskinens levetid. Med nye eller forbedrede turbiner vil vi kunne kjøre vannkraftverkene med mindre last og øke reaksjonstiden på maskinene, forklarer han.

Motstrømsteknologi

AFC₄Hydro-prosjektet skal utvikle tekniske løsninger for skånsom drift av turbiner ved ugunstig last. Målet er å øke levetiden og fleksibiliteten til eksisterende turbiner. Prosjektet er en videreføring av en teknologi som Statkraft tidligere var med på å utvikle sammen med Flow Design Bureau og Troms Kraft Energi (se video nederst).  

– Dette er et system der vi injiserer vann for å motvirke spinn og trykksvingninger som kan skade turbinen. Dagens system fungerer, men det har et forbedringspotensial. Vi jobber med en løsning der vi kan justere vinkelen på dysene som skyter inn vann, noe som vil forbedre virkningen og redusere vannforbruket, forklarer Wiborg.  

– Vi tester også ut en teknologi der vi bruker mekaniske stempler nedstrøms løpehjulet. Disse kan skape trykk eller undertrykk som motvirker trykksvingninger i vannet. Tiden vil vise hva som fungerer best under ulike forhold, legger han til.

Nyutviklet turbin

Det andre prosjektet, HydroFlex, jobber med å designe turbiner og tilhørende systemer som kan tåle raskere start-stopp, flere ganger om dagen.

– Det er responstiden som gjør at vannkraften ikke kan tilby den samme fleksibiliteten som batterier, sier Wiborg.

HydroFlex-prosjektet vil videreutvikle både turbiner, generatorer og transformatorer som kan reagere raskere.  

– Som et viktig miljøtiltak har vi også i samme program et utviklingsløp for et system som skal dempe effekten av hyppige reguleringer nedstrøms kraftverket. Omtrent som i hodetelefoner med støydemping skal det skapes motbølger som nøytraliserer svingningene ut av anlegget. Det vil gjøre at vannføringen i elven blir mer jevn, selv om vi stopper og starter produksjonen oftere, sier Erik Jacques Wiborg.