Mikro 100kW Wasserkraftwerk Bericht

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Vielleicht interessiert Euch dieser kurze Projektbericht. Ich hatte die 
letzten paar Jahre privat ein kleines wenig mit dem Bau eines 100kW 
Wasserkraftwerk zu tun. Das war ein Gemeinschaftsprojekt und als 
Amateurunterfangen durchgezogen.

Es handelt sich um ein 100kW WKF an der Westküste nördlich von 
Vancouver.
Gespeist wird es von einem Bach mit ca. 60l/s und 325psi statischen 
Druck.
Der Generator ist ein 1200rpm GE Dreiphasen 115kW 400V Motor der während 
des Betriebs mit dem Stromnetz permanent verbunden ist. Diese Verbindung 
stellt sicher, daß die Netzfrequenz und Phase mit dem des extern 
eingespeisten Netz synchron ist. Dieser Motor wirkt als Alternator, wenn 
die Pelton Wasserturbine gegen die Drehung des Motorschaftes einen 
Drehmoment ausübt. Gesteuert wird alles von einem PLC.

Das Betriebswasser wird ein paar hundert m höher durch ein Zement 
geführten Einlass durch zwei 20cm PVC Röhren die das Wasser auf ein 
sogenanntes "Coanda"  Screen leiten, eingefangen. Mit einem Absperrbrett 
kann man das Wasser absperren. Dieser Screen funktioniert nach dem 
Coanda Prinzip. und hat dem Zweck, Unrat, Steinchen über das Gitter 
gleiten zu lassen und führt in den Bach zurück, während das Wasser durch 
die rechteckigen Spalten in ein Zementeinfangbecken führt und zum 
Kopftank weitergeführt wird. In dieser Leitung befindet sich auch ein 
fernsteuerbarer Absperrhahn.

Dieser Kopftank fasst rund 8m^3 Wasser. Der Überfluss wird in den Bach 
zurück geleitet. Das Wasser wird dann über ein fernsteuerbares 
Auslassventil zur Druckrohrleitung geführt. Dort ist auch das 
obligatorische Luftausgleichsrohr angeordnet. Das 700m lange und 25cm 
dicke Druckrohrleitung aus geschweissten PVC führt durch wildes 
UrWaldgelände/Abhang zum Generatorhaus. Das Hochdruckwasser wird 
notfalls auch zur Feuerbekämpfung mitverwendet. Bei dem vorhandenen 
hohen Wasserdruck funktioniert das gut und der Wasserstrahl reicht 100m 
weit.

Der Wassereinlass wird durch einige Webcams über eine 5.8GHz Ethernet 
Link überwacht. Telemetry und Fernsteuerung über eine verschlüsselte 900 
MHz Link. Der Wasserstand wird vom PLC über die Telemetrieverbindung 
überwacht und regelt die Ausgangsleistung um den Tank nicht leer zu 
machen. Für den Notfall können die Wasserventil vom Tal aus durch 
Aktuatoren ferngesteuert werden. Eine kleine Wasserturbine versorgt die 
Einlasselektronik mit der nötigen Energie. Die Anlage funktioniert auch 
im Winter.

Die Pelton Turbine wird vom PLC hydraulisch reguliert und überwacht. Im 
Notfall kann man durch einen Stromimpuls den "Deadman" Wasserstrom 
Deflektor auslösen, der den Zweck hat, das Wasser von den 
Turbinenschaufeln abzuleiten, um eine Selbstzerstörung der Turbine bei 
Lastverlust zu verhindern. Ein hydraulisch gesteuerter Speer ermöglicht 
die Regulierung des Wasserstromes für die Leistungsreglung.

Im Stationshaus befindet sich ein 30kVA Stationstrafo der auch 120/240V 
für benachbarte Unterkünfte bereitstellt.

Die Anlage läuft nun schon seit zwei Jahren. In den heissesten 
Sommermonaten kann es passieren, daß man mit reduzierter Leistung 
operieren muß. Es gibt da auch diesbezügliche Auflagen seitens der 
Wasserbehörde die mit Fischbestand zu tun haben.

Jedenfalls war es ein faszinierendes Projekt. Der Bau beanspruchte wegen 
der Amateurmittel einige Jahre. Ich hatte da etwas mit der Telemetrie 
und FW zu tun. Ich hoffe es hat Euch ein bisschen interessiert.

Gerhard

[Peter M. (r2d3)]

Hallo Gerhard O.,

danke für den interessanten Bericht!

Wie hoch ist denn die Dauerleistung, die das Kraftwerk mit einer 
Nennleistung von 100 kW immer, also auch in den trockenen Sommermonaten 
abgeben kann?

Wäre es eventuell rentabler, den Charakter der Anlage von 
Dauereinspeisung hin in Richtung Primärregelung oder ähnlichem 
umzuwandeln?

[Ralf X. (ralf0815)]

Ein klasse!

[Harald W. (wilhelms)]

Gerhard O. schrieb:


> Es handelt sich um ein 100kW WKF an der Westküste nördlich von
> Vancouver.

Nunja, 100kW würde ich nicht mehr als "µ" bezeichnen. :-)
Gibt es dort auch grössere Probleme mit der wasserrechtlichen
Genehmigung solcher Kraftwerke?

[Gerhard O. (gerhard_)]

Peter M. schrieb:
> Hallo Gerhard O.,
>
> danke für den interessanten Bericht!
>
> Wie hoch ist denn die Dauerleistung, die das Kraftwerk mit einer
> Nennleistung von 100 kW immer, also auch in den trockenen Sommermonaten
> abgeben kann?
Im Spät-Sommer kann es knapp werden. Der PLC überwacht den Kopftank und 
stellt sicher, daß man die Wasserabnahme im sicheren Bereich betreibt. 
Sonst wird abgeschaltet. Das dauert meist aber nur ein paar Tage. Da muß 
also BC-Hydro dann einspringen. Die Wasserentnahme muss sich an die 
Behördenbestimmungen bzgl. Fischbestand richten. Normalerweise bewegt 
sich die Leistungentnahme je nach Wasservolumen zwischen 60-115kW.
>
> Wäre es eventuell rentabler, den Charakter der Anlage von
> Dauereinspeisung hin in Richtung Primärregelung oder ähnlichem
> umzuwandeln?
Kann ich nicht beurteilen. Da müsste ich bei Gelegenheit fragen.

Das Projekt kostete übrigens einschließlich Bürokratie fast $400K. Aber 
man denkt, daß es sich in unter 10J amortisieren wird.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Harald W. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>
>> Es handelt sich um ein 100kW WKF an der Westküste nördlich von
>> Vancouver.
>
> Nunja, 100kW würde ich nicht mehr als "µ" bezeichnen. :-)
> Gibt es dort auch grössere Probleme mit der wasserrechtlichen
> Genehmigung solcher Kraftwerke?
Ja, die Bürokratie war, wie ich hörte, recht nervig und die 
Genehmigungen dauerten lange (5J). Auch mussten hydrologische Atteste 
beantragt werden.


Wahrscheinlich sind da die Grenzen "fließend"😊

Hier steht, daß 100kW noch als micro eingestuft wird:

https://en.wikipedia.org/wiki/Micro_hydro

[Klaus H. (hildek)]

Gerhard O. schrieb:
> Hier steht, daß 100kW noch als micro eingestuft wird

Naja, als ich in der Überschrift 'Mikro' gelesen hatte, hätte ich auch 
nicht 100kW erwartet 😀.
Was bekommt ihr für die kWh beim Verkauf?
Wenn ich beispielhaft mit 10ct rechne, dann sind das >80 k$ im Jahr, da 
sollte trotz Wartungskosten schon rentabel sein und die Amortisation in 
10 Jahre müssten passen ...

Jedenfalls ein Lob für die Initiative!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Klaus H. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Hier steht, daß 100kW noch als micro eingestuft wird
>
> Naja, als ich in der Überschrift 'Mikro' gelesen hatte, hätte ich auch
> nicht 100kW erwartet 😀.
Ich dachte früher, daß da eher "Mini" gerechter wäre.
> Was bekommt ihr für die kWh beim Verkauf?
Da müsste ich nachfragen. Wenn mir jetzt die Erinnerung keinen Streich 
spielt, hörte ich mal was um 5-8ct. Werde es ggf. berichtigen, wenn ich 
mit meinem Kumpel gesprochen habe.
> Wenn ich beispielhaft mit 10ct rechne, dann sind das >80 k$ im Jahr, da
> sollte trotz Wartungskosten schon rentabel sein und die Amortisation in
> 10 Jahre müssten passen ...
>
> Jedenfalls ein Lob für die Initiative!
Danke. Ich werde es weiterleiten😊

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hier sind ein paar technische Daten:


Intake weir    
intake weir height    70 cm cut through solid rock
intake weir control    manual control using steel stop bars
notch width    50 cm
notch height    50 cm
water flow by weir    all excess is bypassed, visually monitored
penstock filter    coanda wedge wire screen 24 by 48 inches
cleanouts    one 3 inch drain in filter box
Intake monitoring    
daily demand    60 liters per second for full power out
water level monitoring    level available by radio telemetry
fish specis    no fish in upper reach of creek
access    private gated road and short hike
Penstock Intake    
type of system    'run of the river', meaning no water storage
concrete volume    less than one cubic meter of concrete
weir elevation    770 feet
flow control    8 inch butterfly valves
stored volume    8000 liters
storage time    2.5 minutes at full power demand
Pipe Line    
pipe material    polyethylene plastic
length    2200 feet
operating head    228 meters, 750 feet
diameter    8 and 10 inch
dimension ratio thickness    DR 17 to DR 7.3
joints    fusion welded and mechanical couplings
coating    none needed
anchors    direct burial, concrete thrust blocks and cables
operating pressure    325 psi
penstock efficiency    varies with flow,  90 %
head loss            depends on flow, 10% is typical of other systems
construction access    pipe is all pulled up from property below
Power House    
construction    2 by 6 framed and insulated walls on heavy slab
size            existing 24 by 32 building
elevation    10 feet above creek level
location    120 feet back from creek
access            roads on property
Turbine    
turbine type    Pelton wheel
runner diameter    approximately 18 inch pitch diameter
nozzle diameter    adjustable to 1.25 inch
number of nozzles    1 only
operating speed    1200 RPM
capacity    100 kW
operating head    228 meters, 750 feet static
water requirement    up to 60 liters per second
control method    injector nozzle control operated by hydraulic servo pumps
protection    computer monitored sensors on all points
life expectancy    decades, depends on water silt
manufacturer    Dependable Turbines, Surry BC
Generator    
capacity    125 kva
capacity    100 kW continuous, no more tarif restriction on output
power factor    Capacitor corrected to >0.95
voltage            480 V, 3 phase
amperage    90 A
exciter            none, induction motor grid tied
minimum load    5 kw
manufacturer    Westinghouse
excess power use    all power sent to grid of which used as necessary
weight and size    2000 pounds
Model #            induction motor
Transformer    
location    no transformer at hydro site.
voltage ratio    480 volts to 208 volts
type    outdoor, air cooled
capacity    125 kVa
protection    lockable breakers, plc, interconnect relay
transformer efficiency    95% is typical
Power delivery cable    
length            200 meters
diameter    2 inches
conductors    3 main conductors in one cable
voltage            480
operating ampacity    120 amps at 100 kw
breaker ampacity    175 amps
wire gauge    250 MCM ACWU
cable cost    approximately $ 7,000
anchoring    direct burial one meter deep in sand and on surface
Telemetry & control    
monitor and control    stand alone PLC controller at power house
grid protection            generator intertie relay at power house
intake measurements    filter condition, weir level, creek flow below weir, water temperature
head tank measurements    tank level, battery level and camera control
security            environment alarms, video surveillance, audio feed
data availability    displayed in power house, data to be available on line
Economics    
present grid power cost    $ 31,700 in 2013
$ value of hydro    to be determined as power production varies
pay back time            depends on need for and cost of BC Hydro grid power
value of electricity    generated power will more than offset the anual local consumption
storage of power    no battery or other form of storage practical
excess energy use    all generated power will be used, much of it to provide heat and hot water

[Gerhard O. (gerhard_)]

Klaus H. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Hier steht, daß 100kW noch als micro eingestuft wird
>
> Naja, als ich in der Überschrift 'Mikro' gelesen hatte, hätte ich auch
> nicht 100kW erwartet 😀.
> Was bekommt ihr für die kWh beim Verkauf?
Das ist eine komplizierte Sache. An der Westküste haben sie ein 
Verbundnetz von Kanada bis zu Mexico runter und da spielt kompliziert 
Markt und Verkaufspolitik (eMafia😊) mit. Ich habe mit meinem Kumpel 
gesprochen. Die Preise bewegen sich momentan um 8ct herum. Das ändert 
sich aber mit Markt Bedingungen. Der zu rechnende Bereich liegt je nach 
Verbrauchs und Marktlage zwischen 3-20ct. Wetter spielt da auch mit. In 
trockenen Jahren kann der Preis wesentlich höher sein. Auf fixen 
Kontrakt kann man sich da nicht verlassen. Ist ähnlich wie bei anderen 
Kommoditäten.
> Wenn ich beispielhaft mit 10ct rechne, dann sind das >80 k$ im Jahr, da
> sollte trotz Wartungskosten schon rentabel sein und die Amortisation in
> 10 Jahre müssten passen ...
>
> Jedenfalls ein Lob für die Initiative!

...

[Purzel H. (hacky)]

Meine Gratulation. Eine heftig grosse Installation.
Ich verfolge ein kleineres Projekt auf Youtube (Marty T) welcher eine 
kleinere Turbine standalone, ohne Netzverbund auf seinem Grundstueck im 
Outback betreibt.

Wer auch immer alle Beitraege negativ bewertete... allenfalls passt 
Mikrocontroller und Elektronik nicht.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Purzel H. schrieb:
> Wer auch immer alle Beitraege negativ bewertete...
Der arme, gestörte Scriptkiddie macht das.

Purzel H. schrieb:
> allenfalls passt Mikrocontroller und Elektronik nicht.
Ich sehe das als Projekt an. Werden zwar nur sehr wenige nachbauen, aber 
trotzdem...

[Daniel W. (danie)]

Ich finde es Klasse!
Vielen Dank für die Vorstellung.
(Auch wenn ich’s nicht nachbauen werde ;-) )

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Super Projekt!
Und sagt was ihr wollt, ein Lämpchen mit der Beschriftung 'Turbine 
Enabled' wollte ich auch schon immer haben :-)

[Lord Magnet (lord_magnet)]

Hammer Projekt!

[Wollvieh W. (wollvieh)]

Lothar M. schrieb:
> Purzel H. schrieb:
>> Wer auch immer alle Beitraege negativ bewertete...
> Der arme, gestörte Scriptkiddie macht das.

Und das mal abzustellen ist wohl zuviel verlangt?

Mittlerweile sinds schon 5 Negativbewertungen pro Beitrag, kann mir 
keiner erzählen, daß man das nicht ausfiltern kann.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Letzte Woche gab es Hochwasser auf dem Weg zum Kraftwerk. Dem WKW ist 
nichts passiert, weil es hoch genug angelegt ist und befindet sich ganz 
am Ende des Bild links zur Seite. Vor zwei Wochen gab es massiven 
Schneefall in der Region und dann stiegen die Temperaturen und alles 
schmilzt gerade. Das Bild ist 3-4 Tage alt. Mittlerweile hat sich die 
Lage wieder normalisiert. Der Bachspiegel im Wald war auch doppelt so 
hoch wie normal. Gerade vor dem Bug befindet sich unter dem Boot eine 5m 
lange Bach Brücke.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Das Bild zeigt den Einlass und das Absperrventil der Staudruckleitung. 
Draussen, hinter der Wand befindet sich ein 2 Kubikmeter großer im Boden 
eingelassener Druckblock. Das Absperrventil erlaubt Demontage der 
Turbineneinheit und Injektor Hydraulik für Service, ohne daß die 
Staudruckleitung geleert werden müsste. Das Meßinstrument oben zeigt den 
aktuellen Betriebsdruck an, der nominal bei 25 Bar (325psi) liegt.

Gerhard

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Wird da eine Peltonturbine angetrieben?

[Gerhard O. (gerhard_)]

Dieter D. schrieb:
> Wird da eine Peltonturbine angetrieben?

Moin,

Ja, das ist eine 1200 rpm Peltonturbine mit einem 
Shaufelzentraldurchmesser (Pitch Diameter) von 45cm und 100kW 
Nennleistung. Der Düsendurchmesser ist rund 4cm. Die Düse wird 
hydraulisch dynamisch justiert um den jeweiligen aktuellen 
Lastanforderungen zu genügen. Diese Turbinen werden in B.C. hergestellt.

Zwischen Düsenstrahlöffnung und Schaufeln befindet sich noch ein 
Schwerkraft ausgelöster Fall-fallender Deflektor um die Turbine im 
Notfall durch einen elektromagnetischen Auslöse Impuls von der SPS 
sofort in einen sicheren Zustand bringen zu können.

Dieser Deflektor wird durch einen Hydraulikkolben in Arbeitsposition 
gehoben und dort durch einen elektromagnetisch auflösbaren 
Arretierungshaken in Position gehalten, so dass ein Impuls genügt, ihn 
freizuzugeben . Eine unkontrollierte Überhöhung der Drehzahl ohne Last 
würde zur baldigen Selbstzerstörung führen. Die Hydraulikmotoren und 
Ventile arbeiten mit 24V und werden von der SPS (PLC) gesteuert.

Der Start- und Abschaltvorgang wird durch die SPS vollautomatisch durch 
geführt. An der Schalttafel befinden sich die Bedien- und 
Überwachungselemente. Die SPS lässt sich fern überwachen und steuern.

Die Anlage macht übrigens im Betrieb ziemlich viel Lärm. Ohne gute 
Ohrenschützer ist das Laufgeräusch ziemlich unangenehm laut.

Gruß,
Gerhard

https://app.bchydro.com/accounts-billing/electrical-connections/net-metering.html
https://www.simscale.com/blog/pelton-turbine/
https://www.dtlhydro.com/other.htm
https://www.dtlhydro.com/projects.htm

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Hier sind noch einige Bilder:

Bild 1034 zeigt den sogenannten "Thrustblock", ein schwerer Betonklotz, 
der dynamische Kräfte die in der Druckleitung wirken, vom 
Turbinenkomplex isolieren.

Bilder 1017, 1018 zeigen die Turbinensteuerhydraulik. Bild 1017 zeigt 
die Einlass Speer-Steuerung. Dieser Hydraulikmotor wird von der SPS in 
Realzeit kontrolliert und regelt lastabhängig die Stärke des 
Wasserstrahls.

Bild 1018 zeigt das Hydraulik Reservoir mit den zugehörigen 24V Motoren. 
Dieser Block wird von der SPS angesteuert.

Bild 1021 zeigt den "Deadman" Sicherheits Deflektor. Dieser durch die 
Schwerkraft betätigte Kontrollarm mit schwerem Gewicht, lenkt den auf 
die Turbinenschaufeln gerichteten Wasserstrahl so ab, daß die Turbine 
dann schnell zum Stillstand kommt. Die Auslösung geschieht durch das 
Öffnen eines Ventils. Bei Auslösung dreht sich der Arm durch das Gewicht 
in den sicheren Bereich. Die vollautomatische SPS-Startsequenz pumpt 
zuerst in den Hydraulischen Kolbenheber bis die Halteöse vom Auslöser 
geschnappt gehalten wird. Dann öffnet sich das Speer langsam und lässt 
die Turbine langsam anlaufen, bis Nennleistung erreicht wird.

Bild 1019 zeigt das große Absperrventil mit Handrad. Der Rohrdurchmesser 
ist 20cm. Ein Manometer mit 40 Bar Vollausschlag zeigt den aktuellen 
Betriebsdruck der Anlage. Typischer Arbeitsdruck ist um 20 Bar.

Bild 1025/1026 zeigen das Innere der Hauptschalttafel (und Kumpel) mit 
der SPS auf der linken Seite. Die sechs großen ölgefüllten Kondensatoren 
dienen zur Powerfactor Korrektur. Je zwei für eine Phase.

Bild 1028 zeigt eine Großaufnahme des Westinghouse Dreiphasenmotors mit 
gekoppelter Antriebsturbine. Ein magnetischer Sensor an der 
Kopplungsmuffe liefert Drehzahlmessung an die SPS.

Bild 1030/1008 die Vorderansicht der Schalttafel.

Bild 1024 zeigt den Monitor. Der Powerfactor ist nicht ganz optimal. 
0.9+ wäre anzustreben.

Bild 1023 zeigt das HMI Bedienfeld zur Parametrisierung.

Bild 1022 die Abdeckung des Wasserablaufsumpfes. Zwei 20cm gewellte 
unterirdische Abflußrohre leiten das Wasser in den Bach zurück.

Bild 1033 zeigt den Anschluß der Feuerlösch-Hauptleitung, von einem 
separaten Reservoir kommend.

Über eine 900 MHz Telemetrie Link erfasst die SPS den Wasserstand im 
8000l Haupttank. Bei Normalleistung wäre der ohne neue Wasserzufuhr in 2 
1/2 Minuten leer.

Hoffe, es interessiert Euch.

Gerhard

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Gerhard O. schrieb:
> Hoffe, es interessiert Euch.

Und ob. Das sieht nach einer durchdachten, wenn auch recht aufwendigen 
Steuerung aus. What a very cool project, guys!

[Gerhard O. (gerhard_)]

Matthias S. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Hoffe, es interessiert Euch.
>
> Und ob. Das sieht nach einer durchdachten, wenn auch recht aufwendigen
> Steuerung aus. What a very cool project, guys!

Dankeschön. Ich werde es meinen Kumpeln ausrichten!

[Manfred P. (pruckelfred)]

Gerhard O. schrieb:
> Bild 1019 zeigt das große Absperrventil mit Handrad. Der Rohrdurchmesser
> ist 20cm. Ein Manometer mit 40 Bar Vollausschlag zeigt den aktuellen
> Betriebsdruck der Anlage. Typischer Arbeitsdruck ist um 20 Bar.

Für uns von psi auf bar umgerechnet oder tatsächlich mit bar skaliert?

> Bild 1028 zeigt eine Großaufnahme des Westinghouse Dreiphasenmotors mit
> gekoppelter Antriebsturbine.
...

> Bild 1024 zeigt den Monitor. Der Powerfactor ist nicht ganz optimal.
> 0.9+ wäre anzustreben.

77VA / 65Watt, das hat gerade nichts zu tun?

[Gerhard O. (gerhard_)]

Hallo Manfred,


Manfred P. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Bild 1019 zeigt das große Absperrventil mit Handrad. Der Rohrdurchmesser
>> ist 20cm. Ein Manometer mit 40 Bar Vollausschlag zeigt den aktuellen
>> Betriebsdruck der Anlage. Typischer Arbeitsdruck ist um 20 Bar.
>
> Für uns von psi auf bar umgerechnet oder tatsächlich mit bar skaliert?
Wir rechnen mit psi. Der Nominaldruck ist um 320 psi. Rund 15 psi sind 1 
Bar.
>
>> Bild 1028 zeigt eine Großaufnahme des Westinghouse Dreiphasenmotors mit
>> gekoppelter Antriebsturbine.
> ...
>
>> Bild 1024 zeigt den Monitor. Der Powerfactor ist nicht ganz optimal.
>> 0.9+ wäre anzustreben.
>
> 77VA / 65Watt, das hat gerade nichts zu tun?
Unterhalb der drei numerischen LED Anzeigen sind zwei LEDS: eines für 
den kW- und das andere für den MW Bereich😊 und lesen als 77kVA oder 65kW 
umgerechnet respektiv. Diese LEDS sind im orangen Feld und mit KILO und 
MEGA beschriftet. Zu anderen Zeiten beobachtete ich bis zu 115kVA.

Im Bereich des grünen Rings befindet sich der Drehzahl Sensor mit 
Anschlußkabel. Der Drehzahlsensor ist m.W.n. ein Reluktanztyp.

Gruß,
Gerhard

[Gerhard O. (gerhard_)]

Manfred P. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Bild 1019 zeigt das große Absperrventil mit Handrad. Der Rohrdurchmesser
>> ist 20cm. Ein Manometer mit 40 Bar Vollausschlag zeigt den aktuellen
>> Betriebsdruck der Anlage. Typischer Arbeitsdruck ist um 20 Bar.
>
> Für uns von psi auf bar umgerechnet oder tatsächlich mit bar skaliert?
>
>> Bild 1028 zeigt eine Großaufnahme des Westinghouse Dreiphasenmotors mit
>> gekoppelter Antriebsturbine.
> ...
>
>> Bild 1024 zeigt den Monitor. Der Powerfactor ist nicht ganz optimal.
>> 0.9+ wäre anzustreben.
>
> 77VA / 65Watt, das hat gerade nichts zu tun?

Hallo Manfred,

Noch eine Frage: ist Deine grüne Markierung auf die Alu Auffangwanne 
gerichtet oder den Drehzahlsensor? Ich habe keine Offizielle Begründung 
dafür, ausser, daß der Motor scheinbar dort irgendwelche 
Schmierungsröhrchen aufweist und sich "unordentlich" benimmt. Der Motor 
muß schmierungstechnisch von Zeit zu Zeit gewartet werden. Jedenfalls 
vermute ich, daß die Wanne etwaigen Überschuss abfangen soll.

Gruß,
Gerhard

[Manfred P. (pruckelfred)]

Gerhard O. schrieb:
> Noch eine Frage: ist Deine grüne Markierung auf die Alu Auffangwanne
> gerichtet oder den Drehzahlsensor?

Natürlich auf die Aluschale.

> Ich habe keine Offizielle Begründung
> dafür, ausser, daß der Motor scheinbar dort irgendwelche
> Schmierungsröhrchen aufweist und sich "unordentlich" benimmt.

Erinnert an meine Ölheizung, wo ich beim Austausch der Pumpe keine neuen 
Dichtringe zur Hand hatte.

Für die Nörgler: Die Dichtung habe ich ein paar Tage später ersetzt, das 
ist wieder in ordnungsgemäßem Zustand!

Bei 'Deinem' Generator wird es einen erheblichen Aufwand machen, 
Dichtungen zu wechseln, da ist wohl die Tropfschale sinnvoll, bis die 
nächste Wartung ansteht.

[Bert (brt)]

Gerhard O. schrieb:

> Hoffe, es interessiert Euch.

Auf jeden Fall! Herzlichen Dank für den Bericht und die neuen Bilder!

Grüße, Brt

[Gerhard O. (gerhard_)]

Manfred P. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Noch eine Frage: ist Deine grüne Markierung auf die Alu Auffangwanne
>> gerichtet oder den Drehzahlsensor?
>
> Natürlich auf die Aluschale.
Da war ich mir auch ziemlich sicher;-)
>
>> Ich habe keine Offizielle Begründung
>> dafür, ausser, daß der Motor scheinbar dort irgendwelche
>> Schmierungsröhrchen aufweist und sich "unordentlich" benimmt.
>
> Erinnert an meine Ölheizung, wo ich beim Austausch der Pumpe keine neuen
> Dichtringe zur Hand hatte.
>
> Für die Nörgler: Die Dichtung habe ich ein paar Tage später ersetzt, das
> ist wieder in ordnungsgemäßem Zustand!
Brav;-)
>
> Bei 'Deinem' Generator wird es einen erheblichen Aufwand machen,
> Dichtungen zu wechseln, da ist wohl die Tropfschale sinnvoll, bis die
> nächste Wartung ansteht.

Ich las übrigens das Westinghouse Handbuch vom Motor. Lager- und 
Dichtungswechsel sollten nach Möglichkeit in einer entsprechend 
ausgerüsteten e-Motorenwerkstatt vorgenommen werden. Ich kann mir 
vorstellen, dass man das auch an Ort und Stelle erledigen kann, sofern 
die nötigen Flaschenzüge und Gestelle und Spezialwerkzeuge zur Verfügung 
stehen. (Ich hätte eigentlich im Generatorraum in der Mitte einen 
hinausführenden T-Träger für eine Laufkatze Befestigung längsweise 
installiert).

Ich vermute, dass ein Lagerwechsel fast ein Fall für eine 
E-Motorwerkstatt wäre. Aber das ist nicht mein Metier. Ich kann mich 
erinnern, dass da von regelmäßigen Schmierungen geschrieben stand. Der 
Motor wiegt ja einige hundert kg. Ich kann mich erinnern, dass zur 
Aufstellung ein extrem langer Spezial-Gabelstapler eingesetzt wurde um 
das Aggregat genau auf den vorgesehenen Rahmen zu platzieren. Sah 
ziemlich abenteuerlich aus, dieser Vorgang.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Bert schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>
>> Hoffe, es interessiert Euch.
>
> Auf jeden Fall! Herzlichen Dank für den Bericht und die neuen Bilder!
>
> Grüße, Brt

Es war mir ein Vergnügen!

Gruss,
Gerhard

[Kilo S. (kilo_s)]

Gerhard O. schrieb:
> Die sechs großen ölgefüllten Kondensatoren dienen zur Powerfactor
> Korrektur. Je zwei für eine Phase.

Sehen aus wie die aus einer Mikrowelle.

Der Blick vom Kanu aus... Hammer!

Gerhard O. schrieb:
> Ich hätte eigentlich im Generatorraum in der Mitte einen hinausführenden
> T-Träger für eine Laufkatze Befestigung längsweise installiert

Das würde bestimmt Wartungskosten sparen wenn man den generator "Mal 
eben" in den nächten passenden Anhänger verladen kann. So ohne extra 
Geräte an und ab zu transportieren.

Toller Bericht!

Vielen Dank.

[Frank D. (Firma: Spezialeinheit) (feuerstein7)]

Gerhard O. schrieb:
> Ich vermute, dass ein Lagerwechsel fast ein Fall für eine
> E-Motorwerkstatt wäre.

Das erinnert mich an meine Lehre in der damaligen DDR. Wir hatten dort 
in unserer Installationsfirma so eine Werkstatt. Die Motoren wurden 
aufgeschraubt und mit einem Meissel und Holzhammer wurden die Windungen 
durchtrennt und entfernt. Der Motor wurde gereinigt (wie weiß ich gar 
nicht mehr); Windungen auf Holzschablonen gewickelt; mit Hartpapier 
ummantelt und mit Holzhammer und Holzkeil wieder in das Motorgehäuse 
"geklopft".
Das ganze kam auch noch in eine Tonne mit einen sehr "elektrisch" 
riechenden Lack der eine bräunliche Farbe auf alles zauberte.
Der Lagerwechsel war nicht der Rede wert, rausklopfen, reindrücken 
fertig. Wenn der Motor fertig war ging es noch zu einer Prüftafel, ja in 
etwa so wie es bei Frankenstein im Laboratorium zu finden war.
Der Motorwickler hat das alles mit viel Erfahrung gemacht, der musste 
nichts mehr messen der hatte das alles irgendwie im gefühl und die 
Windungen hatten auch alle perfekt gepasst.
War auch eine interessante Persönlichkeit, ein Relikt seiner Zeit. 
Vergleichbar mit Alfred Tetzlaf aus "Ein Herz und eine Seele", mit 
Ärmelschonern und einer Weltanschauung einer vergangenen Zeit.
Aber eigentlich auch eine Seele von Mensch.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Gerhard O. schrieb:
>> Natürlich auf die Aluschale.
> Da war ich mir auch ziemlich sicher;-)

Aber es hat nicht geklappt, mich aus der Reserve zu locken :-)

Gerhard O. schrieb:
> Im Bereich des grünen Rings befindet sich der Drehzahl Sensor mit
> Anschlußkabel. Der Drehzahlsensor ist m.W.n. ein Reluktanztyp.

Gerhard O. schrieb:
>> Für die Nörgler: Die Dichtung habe ich ein paar Tage später ersetzt, das
>> ist wieder in ordnungsgemäßem Zustand!
> Brav;-)

Ich bin kein Umweltfreak, aber habe mal einem Bekannten gesagt, dass ich 
ihn mit seinem Motorrad nicht mehr hier sehen möchte, wenn er zu blöd 
ist, den Motor ordentlich abzudichten. Ich hatte das gleiche Modell und 
da hat nach einer Überholung nichts gekleckert - sorgfältig gearbeitet.

> Ich las übrigens das Westinghouse Handbuch vom Motor. Lager- und
> Dichtungswechsel sollten nach Möglichkeit in einer entsprechend
> ausgerüsteten e-Motorenwerkstatt vorgenommen werden. Ich kann mir
> vorstellen, dass man das auch an Ort und Stelle erledigen kann, sofern
> die nötigen Flaschenzüge und Gestelle und Spezialwerkzeuge zur Verfügung
> stehen.

So etwa, da ist ein Dichtring für 3 Dollar verschlissen, aber für den 
Wechsel braucht man drei Monteure, schweres Gerät und zwei Tage 
Ausfallzeit. Da ist es legitim, das zu beobachten, bis es kritisch wird 
oder man aus anderen Gründen Hand anlegen muß:

Manfred P. schrieb:
> Bei 'Deinem' Generator wird es einen erheblichen Aufwand machen,
> Dichtungen zu wechseln, da ist wohl die Tropfschale sinnvoll, bis die
> nächste Wartung ansteht.

[Gerhard O. (gerhard_)]

Matthias S. schrieb:
> Super Projekt!
> Und sagt was ihr wollt, ein Lämpchen mit der Beschriftung 'Turbine
> Enabled' wollte ich auch schon immer haben :-)

Moin,

Das hat eigentlich einen ernsten Hintergrund. Wenn das Lämpchen durch 
Kommando an geht, bedeutet das, daß das Schwerkraft betätigte 
Deflektorschild mittels Hydraulik-Kolben hoch in Arbeitsstellung 
gebracht wird, um die Turbinenschaufeln für den Wasserstrahl des 
Einlass-Speers freizugeben.

Sollte aus irgendeinen Grund die Turbine schnellstmöglich in den 
Ruhestand gebracht werden, löst der PLC oder manuell durch Personal am 
Katastrophenschalter an der Schalttafel die Arretierung und der 
Deflektorshield wird durch die Schwerkraft alleine in die 
Abschirmposition gebracht. Zusätzlich wird ein Teil des Umgelenkten 
Wasser Jets auf die Rückseite der Schaufeln gelenkt um die Turbine 
schnell zum Stillstand bringen zu können. Solange der PLC noch 
eingreifen kann, würde dann auch Speer abgeriegelt.

Das möglicherweise noch fliessende Wasser vom Einlass-Speer fällt dann 
einfach in den Sump und zum Bach zurück. Ob die Turbine einen 
Fliehkraftauslöser gegen zu hohe gefährliche Umdrehungszahlen aufweist, 
ist mir momentan nicht bekannt.

Die Anzeige "Turbine Enabled" bezieht sich also spezifisch auf den 
überwachten Zustand des freigegebenen Deflektorschilds.

Gerhard

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

So sieht es am Wassereinlass während starker Schneefälle aus. Zur Zeit 
stürmt und schneit es dort. Man sieht in der rechten oberen Ecke das 
Coanda Wassereinlassbecken und die zwei Einlassröhren. 
Camera-Beleuchtung ist Infrarot.

Gerhard

[Johann (hhonline)]

Tolles Projekt! Glückwunsch.

Im Vergleich zu anderen Anlagen in BC ist es tatsächlich µ-generation.

Habe einige Fragen.
* der Generator ist ein induction-motor von GE mit einer fixen 
Kompensation mit total pf>0.95

* Ist der cut-in-deflector schnell genug um einen Drehzahlanstieg – und 
damit Selbsterregung - zu vermeiden? Die Spannung würde dann 
unkontrolliert hoch gehen, und zu einer Zerstörung führen.

* Gibt es für Kleinanlagen von BC bestimmte elektrische 
Anschlussbedingungen? zB: IEEE1547?

* Ist Inselbetrieb auch möglich? Also ein Betrieb ohne Netzkopplung. 
Vermute nicht, da ich kein Schwungrad gesehen habe.

* Welchen Druck hält die Rohrleitung stand? Statisch sind es immerhin 
schon 25bar. D.h. die Regelung wird eher langsam sein um Druckwellen 
(water-hammer) zu vermeiden.

Ich bin beeindruckt. Weiter so!
Johann

[Gerhard O. (gerhard_)]

Johann schrieb:
> Tolles Projekt! Glückwunsch.
>
Moin,

Danke. Ich werde es ausrichten😊

> Im Vergleich zu anderen Anlagen in BC ist es tatsächlich µ-generation.
Ja. Das stimmt. Hier ist ein Link zu einem größeren Projekt (650kW) 
meines Kumpels mit Konstruktions-Einzelheiten:

https://en.wikipedia.org/wiki/Malibu_Hydro
https://www.malibuhydro.com/
https://www.malibuhydro.com/existinghydro.htm (früher)
>
> Habe einige Fragen.
Ich werde versuchen, darauf einzugehen:
> * der Generator ist ein induction-motor von GE mit einer fixen
> Kompensation mit total pf>0.95
Dieser pf wird leider nicht ganz erreicht. In dee Praxis bewegt er sich 
zwischen 0.85-0.9. Größere Abweichungen können zu Gebühren seitens 
BCHydro führen.
>
> * Ist der cut-in-deflector schnell genug um einen Drehzahlanstieg – und
> damit Selbsterregung - zu vermeiden? Die Spannung würde dann
> unkontrolliert hoch gehen, und zu einer Zerstörung führen.
Wir sprachen gestern übrigens davon. Die Peltonturbine hat vom 
Hersteller genug Sicherheit eingebaut, um sich nicht selbst zu 
zerstören. Ohne Last würde sich die Drehzahl lediglich verdoppeln. Das 
Schaufelrad hat ausreichend statische Reserven um nicht 
auseinanderzufliegen. Da sind die Lager und der Motor eher gefährdet. 
Ein "Run Away" Zustand ist nur möglich, wenn die Verbindung zum Netz 
unterbrochen wird. Sonst würde der Motor die zugeführte mechanische 
Energie absorbieren. Bei 115kW ist da auf Grund der hydrostatischen 
Kapazität ohnehin Schluß. Die Failsafe Hydraulik ist imstande, innerhalb 
einer s den Deflektor in den sicheren Zustand zu bringen. Das ist ganz 
schön laut. Um diesen Vorgang einzuleiten, muß lediglich die 24V 
Ventilstromzufuhr unterbrochen werden. Der PLC hat dazu die nötigen 
Vorkehrungen. Der Katastrophen-Pilzschalter an der Schalttafel würde das 
auch initiieren. (Der Lärm der Turbinenanlage ist übrigens beträchtlich. 
Ohne guten Ohrenschutz ist es sehr unangenehm). Die Spannung kann ohne 
Netzverbindung nicht ansteigen. Das ist ein großer Vorteil des Konzepts 
im Vergleich zu selbsterregten anderen Anlagen, die dafür sehr 
notwendige Schutzvorkehrungen wie Last-Diversion benötigen. (Bei 
Gleichstrom Batterieladesystemen ist das sehr kritisch, weil die 
Schutzschalter den Gleichstrom nur bis 30V schalten dürfen, um 
Lichtbogenbildung zu unterbinden. Höhere Spannungen sind da nur mit 
teuren Komponenten beherrschbar. Solche DC Anlagen müssen sehr 
sorgfältig ausgeführt werden. Ein Lichtbogenvorfall wäre sehr 
kostspielig, da es dann allerhand Kleinholz geben kann und mögliche 
Brandgefahr besteht).
>
> * Gibt es für Kleinanlagen von BC bestimmte elektrische
> Anschlussbedingungen? zB: IEEE1547?
BCHydro hat da ihre eigenen Bedingungen und installierte auch die 
Netzverbindung und nahm die Anlage ab. Das wurde alles vorschriftsmäßig 
erledigt. Inwiefern formale Standards im Spiel sind, ist mir unbekannt.
>
> * Ist Inselbetrieb auch möglich? Also ein Betrieb ohne Netzkopplung.
> Vermute nicht, da ich kein Schwungrad gesehen habe.
Nicht mit diesem Motor. Auch müßte der Governor anders regeln, da in 
diesen Fall auch die Frequenz exakt eingehalten werden müsste. (das 
650kW System in der Link ist in der Tat ein Inselsystem. Dort ist auch 
Lastdiversion zum Schutz notwendig, das in zahlreiche Bouler 
bewerkstelligt wird. Ich hoffe, es mir übrigens eines Tages ansehen zu 
können. Eine tentative Einladung ist in der Tat vorhanden).
>
> * Welchen Druck hält die Rohrleitung stand? Statisch sind es immerhin
> schon 25bar. D.h. die Regelung wird eher langsam sein um Druckwellen
> (water-hammer) zu vermeiden.
Das kann ich ohne Rückfrage nicht beantworten, da ich nichts mit diesen 
Aspekt zu tun hatte. Die (geschweißten) Rohre sind um 12mm dick. Ich sah 
übrigens Videos vom Schweißvorgang. Das wird mit einer portablen 
Rundschweiß-Maschine gemacht. Da muß auch mächtig geheizt werden, um die 
nötigen Bedingungen zum Schweißen herzustellen. Was Wasserhammer 
betrifft, wurde die PLC Governor SW sorgfältig "optimiert, um diese 
Möglichkeit zu vermeiden und ist m.W. auch noch nicht vorgekommen.
>
> Ich bin beeindruckt. Weiter so!
Freut mich. Ich werde es weiterleiten.
> Johann

Gerhard

[Johann (hhonline)]

Gerhard O. schrieb:
>> Im Vergleich zu anderen Anlagen in BC ist es tatsächlich µ-generation.
> Ja. Das stimmt. Hier ist ein Link zu einem größeren Projekt (650kW)
> meines Kumpels mit Konstruktions-Einzelheiten:

Danke für die rasche Antwort. Ich kenne von BC-Hydro nur MICA. Habe mich 
früher aber auch mit Compact-Hydro beschäftigt.

Hier noch meine (selbst erlebten) Erfahrungen:
* Reactive power compensation: Vorsicht bei der Auslegung. Der Trafo + 
Leitung mit Kondensator bildet einen Schwingkreis. Diese könnte im 
Bereich von 5x60Hz bzw. 7x60Hz liegen. Dann werden die 5./7. 
Oberschwingung vom Netz "abgesaugt" und die Kompensation überlastet.
* Load-rejection: Durch die sehr kleine Schwungmasse geht die Drehzahl 
(und damit auch die Frequenz) schnell hoch und es kommt zu 
Selbsterregung.
Die einzige Lösung: Schnell einen Widerstand parallel zum Kondensator 
schalten um das System zu entregen. Bild: Beispiel Simulation mit 
verschiedenen Kondensatoren - Widerstand wird nach 150ms zugeschaltet. 
Man sieht wie schnell die Spannung hoch geht. Das Problem hier: Den 
Zustand der Netztrennung schnell zu erkennen (Lastsprungrelais). Es kann 
auch am anderen Ende der Leitung getrennt werden.
* water-hammer: Durch schnelle Regelbewegungen kommt es zu Druckwellen 
im penstock. Kann bis zur Katastrophe führend (Grand Dixence in CH) oder 
auch in Schottland.
* Inselbetrieb: hatte ich übersehen. Geht nicht, da man die Spannung 
nicht regeln kann.

Johann

[Gerhard O. (gerhard_)]

Moin,

Hier ein Bild vom Wassertank unter Schnefallbedingungen...

Gerhard

[Gerhard O. (gerhard_)]

Johann schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>>> Im Vergleich zu anderen Anlagen in BC ist es tatsächlich µ-generation.
>> Ja. Das stimmt. Hier ist ein Link zu einem größeren Projekt (650kW)
>> meines Kumpels mit Konstruktions-Einzelheiten:
Hallo Johann,
>
> Danke für die rasche Antwort. Ich kenne von BC-Hydro nur MICA. Habe mich
> früher aber auch mit Compact-Hydro beschäftigt.
Oh ja. MICA. Der ist eine Nummer größer:-)
>
> Hier noch meine (selbst erlebten) Erfahrungen:
> * Reactive power compensation: Vorsicht bei der Auslegung. Der Trafo +
> Leitung mit Kondensator bildet einen Schwingkreis. Diese könnte im
> Bereich von 5x60Hz bzw. 7x60Hz liegen. Dann werden die 5./7.
> Oberschwingung vom Netz "abgesaugt" und die Kompensation überlastet.
> * Load-rejection: Durch die sehr kleine Schwungmasse geht die Drehzahl
> (und damit auch die Frequenz) schnell hoch und es kommt zu
> Selbsterregung.
Danke. Das ist gut zu wissen. In diesen Projekt scheint es allerdings 
keine Probleme damit zu geben. Die Governor SW Tuning scheint das 
ausreichend im Griff zu haben. Ich könnte mal fragen.
> Die einzige Lösung: Schnell einen Widerstand parallel zum Kondensator
> schalten um das System zu entregen. Bild: Beispiel Simulation mit
> verschiedenen Kondensatoren - Widerstand wird nach 150ms zugeschaltet.
> Man sieht wie schnell die Spannung hoch geht. Das Problem hier: Den
> Zustand der Netztrennung schnell zu erkennen (Lastsprungrelais). Es kann
> auch am anderen Ende der Leitung getrennt werden.
Bezieht sich das auf Inselbetrieb? Da kann ich aber nicht mitreden, weil 
ich mit diesen Aspekt nichts zu tun hatte. Das wurde von einer Firma, 
die da viel Erfahrung hat, bearbeitet.
Ich weiß nicht, ob das hier wirklich zutrifft. Bei dieser Anlage hier, 
ist die Last sehr gutmütig, weil die lokalen Verbraucher ihre typisch 
30+kW abzweigen und der Rest von BCHydro absorbiert wird. Solche 
Schwankungen kann die PLC gesteuerte Speer-Hydraulik bequem handhaben.
> * water-hammer: Durch schnelle Regelbewegungen kommt es zu Druckwellen
> im penstock. Kann bis zur Katastrophe führend (Grand Dixence in CH) oder
> auch in Schottland.
Interessant. Ich vermute, daß der Tonnenschwere Beton Thrustblock 
dagegen nicht ankommt, oder? Ich fragte meinen Kumpel vor ein paar 
Jahren und der meinte, dass sie das gut im Griff haben. Wie, kann ich 
nicht beurteilen.
> * Inselbetrieb: hatte ich übersehen. Geht nicht, da man die Spannung
> nicht regeln kann.
Ja. Stimmt. Das Grid-Tie Konzept hat diesbezüglich große Vorteile. Eine 
Inselanlage ist Kontroll-technisch wesentlich anspruchsvoller und muß 
sehr sorgfältig eingestellt werden. Beim Malibu Projekt, fiel kürzlich 
eine High Tech Steuereinheit aus und mußte ausgewechselt werden.

Gerhard
>
> Johann