Hydraulic Analysis of Hydropower Plant Fužine Water Supply Channel

Crpna hidroelektrana Fužine izgrađena je za potrebe prebacivanja viška vode rijeke Ličanke u jezero Lokvarka, čime ovo jezero djelomično regulira i vodne količine Ličanke. U razdoblju malih protoka iz jezera Lokvarka, voda energetski iskorištena u crpnoj hidroelektrani Fužine otječe u jezero Bajer kroz odvodni/dovodni kanal. Odvodni/dovodni kanal je cijelom svojom dužinom trapeznog poprečnog presjeka, s time da je unutar kruga postrojenja elektrane kanal potpuno betonski.


Zadatak studije bila je hidraulička analiza strujanja u odvodnom/dovodnom kanalu CHE Fužine u crpnom režimu rada. Cilj je bio definirati pogonske uvjete rada crpke ovisno o vodostaju i dotocima u akumulaciju Bajer tako da se omogući brza evakuacija voda radi zaštite od poplava i energetskog korištenja tih voda. Osnovno ograničenje je najniža dopuštena razina vode do koje crpka može raditi.

Za potrebe ove studije provedena su mjerenja razine vode na odabranim mjestima u odvodnom/dovodnom kanalu za različite režime rada crpke. Hidraulička mjerenja su provedena na 6 mjernih mjesta u odvodnom/dovodnom kanalu te na vodnoj komori i vodokaznim letvama Velike Ličanke, Kostanjevice i Male Ličanke. Na svim mjernim mjestima u odvodnom/dovodnom kanalu mjerenje razine vodnog lica je izvršeno mjerenjem tlaka pri dnu kanala. Prvo je izvršeno probno mjerenje radi uvida u problem i definiranja mjernih točaka, a zatim su provedena dva mjerenja startanjem rada crpke sa dva različita nivoa vodnog lica u akumulaciji Bajer.


Izgrađeni su 1D i 2D matematički modeli u softverskom paketu Stripp12 za modeliranje strujanja u otvorenim kanalima koji su kalibrirani na temelju provedenih mjerenja. Veliki broj 1D i 2D simulacija omogućio je uvid u problem i prijedlog njegovog rješenja. Vodotok je u 1D modelu strujanja u otvorenim kanalima reprezentiran 1D proračunskom domenom dobivenom iz poprečnih profila modeliranog vodotoka. Poprečni profili su dobiveni vektorizacijom geodetskih podloga, da bi nakon toga bili ubačeni u računalni program Stripp12. Za 2D model na temelju vektoriziranih geodetskih podloga formirana je 2D trokutasta nestrukturirana numerička mreža. Svakom čvoru mreže u proračunskoj domeni pridružena je pripadna nadmorska visina i Manningov koeficijent hrapavosti.


Za potrebe kalibracije izgrađenih numeričkih modela provedene su simulacije pokretanja crpke za razne razine vode u jezeru Bajer. Također proveden je veliki broj testnih simulacija sa variranjem parametara kao što su: način funkcioniranja rubnih uvjeta, brzina aktivacije crpke, Manningov koeficijent hrapavosti, itd. Na temelju rezultata tih simulacija model je fino podešen i potvrđen kao prikladan za simulacije raznih režima strujanja u dovodnom/odvodnom kanalu.


U skladu sa ciljem studije testiran je niz varijanti mogućih poboljšanja crpnog rada hidrauličkog sustava CHE Fužine. Napravljene se simulacije i analize za sljedeće varijante poboljšanja: uklanjanje stepenice kod ulaska u crpku, sporo upuštanje crpke te proširenje i produbljenje odvodnog/dovodnog kanala. Iz rezultata simulacija može se vidjeti da se nagli pad vodnog lica u startu smanjuje sporijim upuštanjem crpke u rad. Za varijantu startanja u vremenu u 20 min, nagli pad vodnog lica u početnom vremenu potpuno nestaje, a razina vode se polako i ravnomjerno spušta što je hidraulički poželjan režim rada cijelog sustava.


Provedena analiza pokazala je da je upuštanje crpke u rad prebrzo. To ima za posljedicu nagli pad vodnog lica kod crpke koji na nižim kotama vode u jezeru Bajer uzrokuje formiranje hidrauličkog skoka na stepenici kod crpke. Taj hidraulički skok onemogućuje daljnju brzu evakuaciju vode iz jezera. Simulacije su pokazale da se taj hidraulički skok može izbjeći sporijim upuštanjem crpke u rad. Dakle, prijedlog je da se produži vrijeme upuštanja crpke u rad. Osim toga, numeričke simulacije su pokazale da bi i uklanjanje stepenice u kanalu kod ulaza u crpke poboljšalo hidrauliku sustava eliminiranjem nastanka hidrauličkog skoka na tom mjestu. Nadalje, simulacije strujanja sa varijantama proširenja odnosno produbljenja dovodnog/odvodnog kanala dale su očekivane rezultata poboljšanja, tj. za istu kotu vode na jezeru postiže se viša razina vode pred crpkom. Konačni odgovor na pitanje optimalne izmjene geometrije zahtjeva dodatna mjerenja i analize.

Copyright 2013 - Department of Fluid Mechanics and Computational Engineering