Regelbare turbinepomp voedt waterbekken van waterkrachtcentrale

Met het toenemend gebruik van zonne- en windenergie richt Portugal zich al jaren op het flexibele en dynamische potentieel van waterbekkens en waterkrachtcentrales om de elektriciteitsnetten te stabiliseren.

In het noordwesten van het land is sinds april een nieuw waterbekken in bedrijf, Frades II. De krachtcentrale met waterbekken is gelegen in het noordwesten van Portugal en is gebouwd in een ondergrondse grot.

Het complex is niet ontworpen als autonome centrale maar is een belangrijke toevoeging aan het Cávado-Rabagão-Homem cascade systeem dat acht centrales omvat. Het hoogteverschil tussen het bovenste en het onderste bassin is 420 m.

Voith heeft hiervoor twee turbinepompen met variabel toerental en een nominaal vermogen van 390 MW, twee aynchrone motoren met een nominaal vermogen van 440 MW, de frequentieregelaar, besturing en de stalen componenten voor de watertoevoer geleverd.

De generatorsets zijn de grootste en krachtigste van hun soort in Europa. Exploitant is het Portugese nutsbedrijf Energias de Portugal (EDP).

Turbines met variabel toerental

Het belangrijkste element van de pompcentrale is een speciale asynchrone motor-generator: de dubbel gevoede asynchrone generator. In tegenstelling tot een conventionele asynchrone generator, waarbij het toerental vast is ingesteld op de netfrequentie van 50 Hz, is het mechanisch toerental van deze generators niet geboden aan het voedingsnet en kan aldus worden gevarieerd.

Het nieuwe systeem heeft twee voordelen. Enerzijds kan de pompcentrale sneller en flexibeler reageren op de actieve en reactieve vraag uit het elektriciteitsnet. Anderzijds bieden de geregelde pompen aanvullende stabiliteit bij een spanningsdip, wat de waarschijnlijkheid van het uitvallen van het vermogen beperkt en een snelle herstart mogelijk maakt bij spanningsuitval.

Als de netspanning wegvalt tot 5% van zijn nominale waarde, kan de Frades II krachtcentrale 600 ms stabiel blijven. Dit is vier keer langer den conventionele turbines met vaste snelheden. In noodsituaties kan dit tijdverschil cruciaal zijn wanneer een grootschalige spanningsuitval moet worden voorkomen.

Innovatief ontwerp

Het nieuwe Frades II waterbekken vroeg op een groot aantal gebieden om innovatief denken van de Voith-technici. Zo moest bijvoorbeeld de rotor van de motor-generator volledig opnieuw worden ontworpen om bestand te zijn tegen de hoge centrifugaalkrachten en de veel hogere stroomsterkte en spanning van de frequentieregelaar.

De omzetter voor de opwekking is groter, zwaarder en 25 keer krachtiger dan bij een conventionele synchrone eenheid en vereist daarom een nieuw elektrisch beschermingssysteem.

De motor-generator technologie met variabel toerental bij Frades II verhoogt het toptaal aantal bedrijfsuren van de centrale. Meer bedrijfsuren en een hogere beschikbaarheid zorgen voor meer opbrengsten en meer winst. Dit is een van de redenen waarom vergelijkbare centrales de noodzakelijke investeringen snel afschrijven. Nog een belangrijk effect van de techologie is het hogere totale rendement.

Het Frades II waterbekken levert een aanzienlijke bijdrage aan het stabiliseren van het net en de verdere expansie van elektriciteitsopwekking uit duurzame energie in Portugal. Na het succesvolle opstarten wordt de grootste waterkrachtcentrale met waterbekken hoog in de heuvel beschouwd als het vlaggeschip voor nog meer centrales wereldwijd.

bron: Voith