Project

Discipline

desilting facility; trapping efficiency; sediment handling; flow-sediment interaction; 3D numerical simulation; settling basin; turbine abrasion

Lead
Um den von Bundesrat und Parlament beschlossenen Ausstieg aus der Kernenergie umzusetzen, muss die Effizienz bestehender Was-serkraftanlagen gesteigert werden. Insbesondere Abrasionsschäden an Turbinen infolge Schwebstoffen im Wasser haben einen negativen Einfluss auf die Energieproduktion. Dieses Problem steht im direkten Zusammenhang mit der Effizienz von Entsanderanlagen, die Sedimentpartikel und Schwebstoffe aus dem Wasser entfernen sollen (kleinere Effizienz, mehr Abrasion, weniger Energie). Felduntersuchungen haben gezeigt, dass die angestrebte Ausscheidung von Sedimentpartikeln in vielen bestehenden Entsandern nicht erreicht wird. Grund dafür sind unter anderem die komplexen turbulenten Strömungen im Entsander, die eine robuste Dimensionierung erschweren. Zudem ist bei vielen Anlagen die Korngrösse und -verteilung der tatsächlich auftretenden Sedimente nicht bekannt.
Lay summary
Ziel Das Projekt hat zum Ziel, die Effizienz von Entsanderanlagen zu steigern und neue Richtlinien für den Bau und Betrieb von Entsandern zu erarbeiten. Dazu wird mittels Feldmessungen das Zusammenspiel zwischen der Strömung im Entsander und dem Absetzvorgang der Sedimentpartikel untersucht. In bestehenden Entsandern werden sowohl Geschwindigkeitsverteilungen als auch Korngrössenverteilungen und Schwebstoffkonzentrationen gemessen. In einem zweiten Schritt wird ein numerisches Modell anhand dieser Felddaten kalibriert und validiert. Anschliessend wird mittels dieses Modells die Strömung im Entsander für diverse konfigurationen simuliert, um so den Effekt einer angepassten Entsandergeometrie oder veränderten Strömungen auf den Absetzvorgang systematisch zu untersuchen. Daraus können wiederum verbesserte Dimensionierungsgrundlagen für Entsander erarbeitet werden.  Bedeutung Das Projekt trägt direkt zur zukünftigen Entwicklung von Entsandern bei bestehenden sowie bei neuen Wasserkraftanlagen bei. Insbesondere werden Entscheidungsgrundlagen erarbeitet, wie in Zukunft die Effizienz der Entsander und somit die Effizienz der gesamten Kraftwerksanlage gesteigert werden kann. Damit ist das Projekt ein wichtiger Bestandteil zur Realisierung der „Energiestrategie 2050“ des Bundes.

Direct link to Lay Summary

Last update: 09.10.2014

Active participation

Communication	Title	Media	Place	Year

With the federal “Energiestrategie 2050” hydropower production is supposed to increase substantially to partly compensate for the planned nuclear power pull-out. Besides upgrades of existing hydropower plants (HPP), there is still a considerable energy potential from new developments. However, due to the climate change, high sediment yield negatively impacts HPP infrastructures and hence power generation in Alpine regions. Particularly, suspended sediment particles in turbine waters cause significant hydro-abrasive wear at turbines and steel hydraulics parts, resulting in reduced efficiency and hence negative impact on power production and revenue as well as substantial maintenance cost at HPP. This abrasion problem is directly related to the efficiency of desilting facilities (less efficiency, more abrasion), which is a key factor for sustainable and improved HPP operation under severe sediment conditions such as in Alpine regions. Operational experience indicates that desilting facilities are often not working properly.With the proposed research project we aim at providing an improved hydraulic design guideline for desilting facilities at HPP with an emphasis on the effects of different headwork arrangements. Therefore, we intend to systematically investigate the effect of the approach flow conditions on the behaviour of particle settling and the trapping efficiency of settling basins by means of field experiments and numerical simulations. The outputs of this investigation will help to advance the understanding of flow-sediment interactions in desilting basins under field conditions, and to provide a numerical tool to simulate and optimize desilting facilities to increase the scheme efficiency.