In order to reduce the price for, and improve the performance of automatic control systems for magnetization of synchronus generators, the possibilities of using a PC based software PLC system, Programmable Logic Controller, has been investigated. The result is a system based on the CoDeSys software PLC with runtime environment from 3S-Software, communicating with external units via Modbus fieldbus. System price is reduced from €5000 to €2000 and system processing speed is reduced from 10 ms for a Siemens S7 PLC to 4 ms with the CoDeSys PLC system though unsolved problems with runtime seizure caused by improper settings in the PC BIOS.

I detta projekt har det kontrollerande avbördningsskyddet för vattenkraftverk, förkortat KAS, studerats närmare. KAS finns installerat vid många större vattenkraftverk och har till uppgift att automatiskt aktivera öppning av dammluckorna ifall vattennivån skulle stiga över dämningsgräns och både den ordinarie nivåregleringen och manuell reglering skulle utebli. På så sätt kan överströmning av dammen med eventuellt dammbrott som följd förhindras. Eftersom KAS är det yttersta skyddet ställs extra höga krav på tillförlitlighet. Därför behöver de elektiska och mekaniska komponenter som ingår i systemet vara robusta, väl beprövade och ha en lång livslängd. Dessutom ska systemet vara utformat på ett sådant sätt att även om ett fel skulle uppstå ska inte det leda till att hela systemet förlorar sin funktion. Minst lika viktigt som konstruktionen är att de parametrar som styr skyddssystemets funktion är rätt inställda. Det kan bland annat handla om vilken vattennivå som KAS ska aktiveras eller stängas för och om olika luckor ska ha olika aktiveringsnivåer. Vanligtvis beror dessa parametrar på varandra. Eftersom systemet är helt automatiskt måste man vid inställningen av parametrarna ta hänsyn till alla de driftsituationer och felhändelser som kan tänkas inträffa. Detta är särskilt utmanande för system av dammar som ligger geografiskt nära varandra. Det korta avståndet leder till att dammarnas magasinstorlek är liten vilket innebär att stignings- och sänkningsförlopp kan bli väldigt snabba. Det innebär dessutom att om dammluckorna öppnas vid en damm så kommer också åtgärder vid de intilliggande dammarna behöva göras inom kort tid och därför kan kommunikation mellan dammarnas KAS-system vara nödvändig. Fjärrkommunikation riskerar däremot samtidigt att minska funktionssäkerheten och bör därför så långt som möjligt undvikas. Tre dammar som ligger nära varandra är Porjus, Harsprånget och Ligga i Stora Luleälven. I detta projekt har en numerisk modell för att simulera hydrodynamiska förlopp för den aktuella älvsträckan utvecklats i beräkningsprogrammet MIKE 11. Särskild vikt har lagts på att korrekt beskriva flödet genom dammluckor och hantera de numeriska instabiliteter som uppstår vid bland annat simulering av snabba flödesförändringar och uttorkad älvfåra. Med hjälp av simuleringar och beräkningar har en metodik kunnat utvecklas för hur inställningar för KAS kan väljas för system av intilliggande dammar. Metoden bygger på att varje lucka tilldelas en individuell aktiverings- och stängningsnivå. Avståndet mellan aktiveringsnivåer anpassas till vattenytans stigningshastighet för olika flöden och tiden det tar att öppna luckan. Resultaten visar att om inställningarna för de enskilda dammarna väljs rätt kan ett gynnsamt förlopp erhållas för de flesta fallen. Vissa kombinationer av flöden och felhändelser riskerar däremot att leda till stora svallningar och att dämningsgräns överskrids markant inom kort tid efter felhändelsen. Om dessa följder ska undvikas med hjälp av automatik behöver tillrinning uppströms stoppas och magasin nedströms förtappas genom kommunikation mellan dammarnas KAS-system. Simuleringar är ett lämpligt verktyg för att studera de förlopp som kan uppstå vid magasinhantering och för att finna en lämplig reglerstrategi. De exakta värdena för de parametrar som beräknats däremot bör ej tillämpas innan dess att modellens noggrannhet validerats ytterligare. / This Master thesis project concerns the dam overtopping protection system for hydropower plants, abbreviated DOPS. The system is installed at many major hydroelectric power plants and is designed to automatically initiate opening of the spillways if the water level would rise above the retention level and in the absence of both regular automatic control and manual control. In this way, overtopping of the dam with possible dam failure as a result can be prevented. A numerical model for simulating hydrodynamic processes for Porjus, Harsprånget and Ligga in Stora Luleälven has been developed in the computational software MIKE11. Particular emphasis has been on accurately describing the flow through spillways and handling the numerical instabilities that arise from rapidly varying flow and driedout flood beds. Through simulations and calculations, where a large number of scenarios have been tested, a methodology has been developed for setting parameters of the DOPS. This is non-trivial since the dams are geographically close to each other and have limited storage capacity. The method for setting parameters is based on the principle that each spillway is assigned with an individual activation and closing level. The vertical distance between activation levels is adjusted to the water surface rising velocity for different flow regimes and the time it takes for the gate to open. The results show that if the settings for the individual dams are chosen correctly, apropitious progress is achieved for most cases. Some combinations of flow and error events could however lead to large billows and that the retention level is exceeded significantly within a short time after the initial error event. If these consequences are to be avoided using an automatic system, upstream discharge needs to be stopped and the spillways of the dam downstream need to be opened in advance through communication between the DOPS of the dams.

No description available.

Water is the most important natural resource for mankind’s survival and it’s a resource that must be protected for current and coming generations. Legal instruments have been used to assure preservation of these resources and one of these instruments is the water framework directive 2000/60/EG which is deployed to secure water resources inside the European Union. Sweden is working actively to reach the directives environmental goals and to obtain environ- mental quality standards, but in the same time be able to deliver renewable energy through hydroelectric power sources. To be able to reach said goals, a new law has been enacted in January 1, 2019 which regulates modern environmental conditions to produce hydroelectric power. This entails a big adaptation for producers of hydroelectric power because the new mod- ern environmental conditions demand that environmental measures must be considered to pro- duce electricity. Swedish hydroelectricity is characterized with conflict of interest between the interests of energy and the environment. To adhere to the interests, the Swedish parliament has announced the Energy agreement which should result that renewable energy further can be produced and in the same time follow environmental measures to adhere to the interest of pro- tecting the environment. Through effective collaboration between authorities and concerned actors within the hydroelectric industry, the modern environmental conditions should be ap- plied to follow EU regulations and to make sure that all involved parties’ interests are consid- ered. This will result that Sweden can secure the preservation of water as a resource and in the same time be able to produce hydroelectricity and adhere to modern environmental require- ments. / <p>Presentation via zoom.</p>

Svensk Vattenkraftförening har upplevt behov av att hänvisa till branschens tjänsteleverantörer och leverantörer av komponenter till småskaliga vattenkraftverk vid förfrågningar från internationellt och inhemskt håll. Detta examensarbete har gjorts med syfte att möta detta behov, genom att kartlägga företag aktiva inom branschen småskalig vattenkraft. Utifrån initiala undersökningar och litteraturstudier bearbetas en modell fram för hur enkätundersökningen ska presentera samlad information. De samlade koncept och meningar som skapats under förstudien används för att utforma en lista av aktiviteter som hör till processen att starta, driva och underhålla ett vattenkraftverk. Stöd för att aktiviteternas förekomst tas från olika register över liknande branschers kategoriseringar och branschföretags verksamhetsbeskrivningar. Detta sammanvägt med de svar som samlats in från intervjuer och enkäter skapar ett ramverk med fördefinierade aktiviteter. De huvudsakliga metoder som använts för att identifiera branschens aktörer, är att intervjua en handfull ägare av småskaliga kraftverk samt kontakta de kraftverksägare och medlemmar i Svensk Vattenkraftförening som uppgett e-postadress. Den grundläggande frågan är vilka företag man varit i kontakt med under sin kraftverksamhet. En tidig bearbetning av de fördefinierade aktiviteterna användes som stöd. Kompletterande metoder är att välja företag som förekommit i svensk vattenkrafts medlemsmatrikel, som stödmedlemmar samt företag som gjort reklam i branschtidningen SERO-journalen de senaste fem åren. Företagen presenteras i ett separat kompendium. Enkäten utformas utifrån de samlade koncept och meningar som skapats under förstudien och den fördefinierade listan av aktiviteter utgör ramverket för hur företagens respektive verksamhetsområde beskrivs. Därutöver presenteras allmän information, så som kontaktpersoner på företaget och en verksamhetsbeskrivning i fritext. / By request of the Swedish Hydropower Association a market survey of companies that operates in or in close cooperation with the small hydro power market was undertaken during the spring of 2012. The association has noticed a surge in interest regarding small hydro power from both domestic and foreign entities and wants to proactively engage this interest. The main methods used to survey the market was to interview a handful of small hydropower plant owners and contact owners of hydropower plants and members of the Swedish Hydropower Association that had listed an e-mail address. The fundamental question is what companies the interviewees have come in contact with in regards to things related to the power plant. An early draft of the pre-defined criteria is used as support. Besides choosing the companies in regards to their responses to the interviews, some companies are also selected from appearing in the Swedish Hydropower Association members cadastral who are supporting members and companies that have published adverts during the last five years in the SERO-journal, a trade journal. The design of the survey sets the standard for how the companies are presented. The first part describes general information, if available. This is information such as company representative and a brief description of what the company does. The information following is what services and products the company offer in what categories. The categories has been determined by comparing how similar trade organizations have set up their categories, this combined with the results from interviews and surveys sets the structure for our categorization of activities.

Vattenkraftens bidrag till den svenska elproduktionen blir allt viktigare i takt med att andelen förnyelsebarakällor som ansluts till elnätet ökar. I dag består Sveriges elmix av ca 45% vattenkraft, där den fungerar som både bas- och reglerkraft. Med ett system som byggs upp med fler intermittenta källor (sol och vind) och färre synkrona generatorer (kärnkraft) behöver vattenturbinerna verka inom ett större driftområde och omställningarna mellan driftsätt spås ske oftare längre fram. En mer varierad drift av turbinerna bidrar inte bara till en reglerbar elproduktion utan också till mer slitage på delarna i turbinen. Det är därför av intresse att undersöka hur turbinens delar påverkas vid olika driftsätt. Företaget Uniper är den tredje största elproducenten i Sverige, med 76 hel- och delägda vattenkraftverk. I ett av dessa kraftverk har sprickbildning i den kring gjutna betongen i löphjulskammare och sugröret uppkommit. Ett antal åtgärder har vidtagits, bland annat genom att byta ut betong och förbättra svetsfogar, utan att sprickbildningen upphört. I en vattenturbin är flödet icke stationärt, vilket innebär att tryckstötar och vattenfenomen uppkommer under drift. Dessa bidrar till slitage och kan vara en orsak till sprickbildning. Syftet med detta examensarbete var därför att öka förståelsen kring vilka tryck och spänningar som uppkommer i löphjulskammaren för en kaplanturbin utan sprickbildning vid olika driftfall. Detta genom att utföra tryck- och spänningsmätningar i löphjulskammaren på turbin G2 i Moforsens vattenkraftverk, samt analysera de uppmätta värdena och jämföra resultaten mot FEM-beräkningar. Eftersom det är begränsat med tidigare arbeten inom området var målet med arbetet att kunna använda resultaten och jämföra det mot resultat från det kraftverk som berörs av sprickbildning. Mätutrustningen som användes under mätningarna var töjningsgivare, accelerometrar och tryckgivare. Mätningarna utfördes under olika driftförhållanden, där insamlat data från stationär körning mellan 20 MW och 50 MW med steg om 5 MW, lastkörning, snabbstopp och normalstopp analyserades. Utifrån analysen av de uppmätta värdena kunde det konstateras att den dominanta frekvensen för både tryck- och töjningssignalerna var bladpassagefrekvensen. Den tryckökning som observerades vid skovelpassagen antog en sågtandsform för de uppmätta värdena efter att en kurvanpassning utförts. Kurvanpassning genomfördes eftersom vissa mätsignaler från tryckgivarna genererade orimligt höga mätvärden som tros komma från den stående vågens frekvens i givaren och röret. För stationär drift över 30 MW var de uppmätta värdena lägre än det ansatta värdet i FEM-beräkningarna. Där den minsta skillnaden var för givaren placerad i höjd med skovelbladet på 35% respektive 16%, när skovelbladet var 100% respektive 50% öppet. Samma tendens fanns vid jämförelse av töjning mellan de uppmätta och beräknade värdena. Där var dock skillnaden för 50% öppnat skovelblad 9% respektive 1% för tangentiell och axiell töjning och för 100% öppen 32% respektive 40%. Nästa steg i arbetet är att genomföra liknande mätningar på de kraftverk som berörs utav sprickbildning och sedan jämföra de resultaten mot de resultat som uppkommit i detta arbete. Det möjliggör en undersökning mellan vilka tryck- och spänningsskillnader det finns för två turbiner med liknande egenskaper, där den ena berörs av sprickbildning.

År 2004 infördes EU:s ramdirektiv för vatten i svensk lagstiftning vilket har inneburit att vattendragets funktion som vandringsväg för fisk behöver upprätthållas eller säkras, även efter att dammar byggts. För vattenkraftverksdammar kan detta ske genom att dammarna rivs eller förses med olika typer av anordningar för passage upp- och nedströms dammen. Vid Sikfors vattenkraftverk finns en ledarm för att leda smolten till ett utskov för passage nedströms dammen. Studier har dock visat att smolten dör i för stor utsträckning vid passage via utskovet, och projektets syfte har därför varit att ta fram en modell för flödet över utskovet. Modellen har ställts upp för tre volymflöden, 18, 30 och 59 m3/s och vattendjup, vattenhastighet och flödesbeteende har analyserats för volymflödena.  Geometrin en bit uppströms dammen, luckan och skibordet byggdes upp i Designmodeler utifrån ritningar. För att underlätta simuleringarna delades geometrin i två delar, där den första delen innefattar geometrin en bit uppströms dammen samt luckan medan den andra geometrin innefattar skibord och uppkastare och nedslagsplats. Simuleringen gjordes i ANSYS CFX och vattenytan modellerades som en fri yta med luft och vatten som fluider i modellen. Luckans öppning varierades med volymflödet, utifrån data från vattenkraftverket.  Det lägsta vattendjupet över luckan blev 5 cm vid slutet av luckan för ett volymflöde på 18 m3/s, medan för 30 m3/s blev det lägsta vattendjupet 10 cm vid slutet av luckan. Den högsta vattenhastigheten över luckan blev 8,5 m/s för 30 m3/s i mitten av luckan medan samma hastighet blev 8,3 och 8,9 m/s för volymflöde på 18 respektive 59 m3/s.  För skibordet blev det lägsta vattendjupet 15 cm och 30 cm för 18 respektive 30 m3/s. Vattenhastigheten för samtliga volymflöden för skibordet överstiger 12 m/s, vilket är den högsta rekommenderade hastigheten för nedströmspassage. För 30 och 59 m3/s kastas vattnet över ingången till fisktrappan, medan för 18 m3/s påverkas flödet vid ingången utav flödet från utskovet. Vattendjupet för 30 m3/s borde vara tillräckligt för att smolten inte ska få skrapskador, medan 18 m3/s kan vara för lågt volymflöde. Ingen tendens för virvlar eller turbulens syns för luckan eller skibordet för något volymflöde, så flödesbeteendet borde inte vara ett problem för smolten. Vattenhastigheten för skibordet överskrider den högsta rekommenderade hastigheten, men hastigheten är inte mycket högre än rekommenderat och under en kort period, så det borde inte vara den enskilda orsaken till smoltens låga överlevnadsgrad.    Den numeriska modellen har ställts upp för tre volymflöden, och kontrollerats mot teoretiska beräkningar och mot parametrar för meshkvalitet, som visar att modellen är bra uppställd. Analysen har visat att vattendjup och vattenhastighet är beroende av volymflödet över utskovet, och att skillnaden är större för vattendjupet. Flödesbeteendet visar ingen tendens till turbulens eller virvlar, och flödesbeteendet följer ett typiskt beteende för kanalströmning.

The purpose of this project was to investigate the viability of daily production planning of the small-scale hydropower plants owned by Småkraft AB in Jädraån. In order to achieve this a number of characteristics of the river and the power plants first had to be estimated. This included the size of the reservoirs located by the power plants as well as the efficiency profiles of the power plants. The above data was combined with already available information regarding the head, peak power production, maximum discharge and flow times between the power plants. A model of the river and the included power plants was then developed using Matlab and Simulink. In the model the reservoir levels by the power plants are directed towards different levels during different hours of the day, depending on when electricity prices are the highest. Data that can be inserted into the model includes river runoff and electricity prices. The model can then be used to evaluate the best way to operate the power plants under certain conditions. For this project, the model was then used to evaluate different modes of operation for three different runoff schemes. The electricity prices that the operation was evaluated for were the average hourly prices during 2022. The model was also used to examine the potential benefits of increasing the maximum discharge at one of the power stations. The evaluation found that moving production to hours with higher electricity prices enables an increase in revenue of about 7-14% depending on the present water flows. There are however many uncertainties involved in the modelling and physical tests would be required to validate the results. No clear benefits of increasing the maximum discharge were found.

hydropower, self lubricated bearings

Denna kvalitativa studie undersöker den så kallade Norgemodellen i en norsk vattenkraftskommun, Storfjord, för att diskutera vattenkraftens lokala påverkan och förstå mer om inställningen till och konflikter kring vattenkraft. Teori kring konflikter inom hållbar utveckling diskuteras och analyseras med empirin erhållen från fem intervjuer med totalt sju personer. Studien visar att vattenkraften har haft stor betydelse för Storfjord kommun ekonomiskt och socialt genom en utökad infrastruktur, ekonomiska möjligheter och nya arbetstillfällen. Men det finns även de som ser vattenkraften som något negativt då den ekonomiska kompensationen inte är tillräcklig för miljöeffekterna samt att det inte kan kompenseras. Något som framgår är att den ekonomiska aspekten av hållbarhet har en avgörande betydelse för inställningen kring vattenkraft och att detta är viktigt för en känsla av social rättvisa. Studien visar också att relationen till naturen skiljer sig hos olika individer och att det påverkar synen på hur den ska användas som resurs. Det framkommer att det är svårt att uppnå fullständig hållbarhet då det alltid finns olika intressen och prioriteringar.