Pred začetkom obsežne modernizacije hidroelektrarne morajo inženirji podrobno poznati njeno obstoječe stanje. V primeru hidroelektrarne Orlík na Češkem to pomeni temeljit pregled obstoječih konstrukcij, pridobivanje natančnih tehničnih podatkov in analizo delovanja obstoječe opreme v dejanskih obratovalnih pogojih.
V okviru priprav na enega najpomembnejših projektov modernizacije hidroenergetike na Češkem podjetje Litostroj Engineering izvaja obsežne tehnične raziskave obstoječe elektrarne. Pridobljeni podatki bodo ključna podlaga za načrtovanje in integracijo nove turbinske tehnologije v obstoječo strojnico.
Pogled pod površje obstoječe elektrarne
Modernizacija obstoječe hidroelektrarne se bistveno razlikuje od gradnje nove. Inženirji morajo delati s konstrukcijami, ki so bile načrtovane in zgrajene pred več desetletji, pri čemer prvotna dokumentacija morda ne vsebuje vseh informacij, potrebnih za izpolnjevanje današnjih tehničnih zahtev.
V Orlíku so raziskave osredotočene na razumevanje obstoječih gradbenih konstrukcij, strojne opreme in hidravličnih pogojev. Med načrtovanim izklopom turbinskega agregata TG4 so ekipe podjetja Litostroj Engineering namestile več kot 89 merilnih senzorjev za spremljanje obnašanja obstoječih konstrukcij in opreme.
Meritve zajemajo tudi območja, ki so med običajnim obratovanjem nedostopna, vključno s turbino in vodnim prehodom. Obstoječi turbinski agregat obratuje s pretokom vode do 150 m³ na sekundo pri hitrosti toka približno 15 m/s.
Za lažjo predstavo: pri takšnem pretoku bi se olimpijski plavalni bazen izpraznil v približno 17 sekundah. To pomeni, da vsako minuto skozi elektrarno steče količina vode, enaka približno 3,5 olimpijskega bazena.
Kombinacija laserskega skeniranja, meritev in podvodnih pregledov
Za razumevanje obstoječe elektrarne običajni tehnični pregledi ne zadostujejo. Inženirske ekipe zato združujejo več naprednih diagnostičnih in raziskovalnih metod, da bi pridobile čim bolj natančno sliko stanja elektrarne.
Tehnične raziskave vključujejo:
- 3D-lasersko skeniranje: Podrobno skeniranje strojnice, obstoječe opreme in hidravličnih pretočnih poti za določitev njihove natančne geometrije in dimenzij.
- Meritve konstrukcij in obratovalnih parametrov: Senzorji spremljajo vibracije, obremenitve konstrukcij, tlak v spiralnem ohišju in tlačne pulzacije v vodnem prehodu pri različnih obratovalnih pogojih.
- Podvodni pregledi: Podvodni dron omogoča pregled območij, ki so z običajnimi metodami težko dostopna.
- Odvzem betonskih jeder: Na izbranih mestih betonskih konstrukcij je bilo odvzetih skupno 84 vzorcev, ki so bili poslani v laboratorij za analizo tlačne trdnosti, nateznih lastnosti in kemične sestave betona.
Skupaj te aktivnosti ustvarjajo več sto gigabajtov tehničnih podatkov in omogočajo celovito razumevanje obstoječe elektrarne.
Načrtovanje prehoda s Kaplanove na Francisovo tehnologijo
Podatki, zbrani med tehničnimi raziskavami, bodo neposredno podprli načrtovanje novih turbinskih agregatov.
V okviru modernizacije bodo obstoječe Kaplanove turbine zamenjale dve Francisovi turbini in dve reverzibilni Francisovi črpalni turbini. Dva od štirih agregatov bosta tako lahko delovala tako v načinu proizvodnje električne energije kot tudi v črpalnem načinu. Orlík se bo s tem preoblikoval v pomembno črpalno hidroelektrarno.
Eden ključnih inženirskih izzivov je integracija novih reverzibilnih Francisovih črpalnih turbin v konstrukcije, ki so bile prvotno zasnovane za Kaplanove turbine. To zahteva podrobno poznavanje obstoječe geometrije, stanja konstrukcij in dejanskih obratovalnih obremenitev.
Tehnične raziskave imajo zato ključno vlogo pri zmanjševanju negotovosti v fazi načrtovanja ter zagotavljajo, da bo nova oprema razvita posebej za pogoje obstoječe elektrarne.
Kot pojasnjuje Peter Šály, izvršni direktor podjetja Litostroj Engineering, je pred začetkom proizvodnje novih turbin bistveno razumeti, kako obstoječi turbinski agregati obremenjujejo konstrukcije, kako se vibracije prenašajo v beton in kako se tlak spreminja v celotnem hidravličnem sistemu.
Temelji za prihodnost
Tehnične raziskave predstavljajo pomemben pripravljalni korak v celotnem procesu modernizacije elektrarne Orlík. Glavna gradbena dela naj bi se začela leta 2027, zaključek projekta pa je predviden za leto 2033.
Po zaključku modernizacije bo skupna instalirana moč elektrarne ostala 364 MW, njena zmogljivost shranjevanja energije pa bo znašala do 750 MWh. Z možnostjo shranjevanja električne energije in njenega vračanja v omrežje takrat, ko je to potrebno, bo Orlík imel vse pomembnejšo vlogo pri uravnavanju češkega elektroenergetskega sistema in vključevanju obnovljivih virov energije.
Za podjetje Litostroj Engineering projekt potrjuje eno temeljnih načel kompleksne modernizacije hidroelektrarn: uspešno inženirsko načrtovanje se začne s temeljitim razumevanjem obstoječega stanja.
