Ultralyd i vannkraft kan redde fisk i elvene

Lydbølger som skyter gjennom vannet kan fjerne oppløst gass som skader dyrelivet i elver med kraftproduksjon. I flere år har forskerne undersøkt ulike metoder i laboratoriet – nå er de klare for å teste den beste i stor skala i virkelige kraftverk.

Fenomenet gassovermetning oppstår når luft kommer inn i tunnelen til kraftverk og dermed utsettes for høyt trykk. Når det etterpå slippes ut i elva er det nesten som å sprette en sjampanjekork slik at boblene skytes ut i elva. Det blir så mye luft i vannet at fisk og andre arter kan bli skadet. I verste fall kan de få dødelig gassblæresyke – en sykdom som ligner på dykkersyke hos mennesker.
Det er i dag ingen krav om å overvåke og begrense gassovermetning i elva nedstrøms kraftverk i Norge, men undersøkelser har vist at dette problemet kan gjelde mange flere kraftverk enn tidligere antatt.

Hvis det kommer krav om at dette problemet skal avverges, kan denne løsningen gjøre at kraftselskapene unngår dyre nedstenginger av kraftverk når problemet oppstår – i tillegg til at de forbedrer miljøet.

Slik ser det ut i elva når det vannet er overmettet med vann. Dette er elva Ekso med blakket vann under en gassovermetningsepisode 12.05 2018 (Foto: Eirik S. Normann, NORCE LFI)

En «høyttaler» lager ultralyd

Forskerne har gjort forsøk med ultralyd i ei spesialbygget vannrenne i Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Den tekniske løsningen er en slags høyttaler som lager ultralyd. Den skaper trykkbølger i vannet som gjør at oppløste gassmolekyler samler deg og danner bobler(akustisk kavitasjon). Boblene samler seg, blir større og stiger opp til overflaten. Metoden har blitt testet i liten og mellomstor skala laboratoriet, og W. Ludwig Kuhn viser i doktorgradsavhandlingen at metoden reduserer gassmetningen umiddelbart.

Video: Her har forskerne skapt mikrobobler i ei spesialbygget vannrenne ved Vannkraftlaboratoriet ved NTNU. Det vises hvordan lyden skaper trykkbølger i vannet som gjør at boblene samler seg, blir større og stiger opp til overflaten. Foto: Juliet Landrø/HydroCen. 

Samarbeid har ført til nyttige resultater

Samarbeid med kraftbransjen og biologer har vært viktig for å gjennomføre prosjektet. Naturforskerne har bidratt til viktig kunnskap om konsekvensene og omfanget av gassovermetning, og det har vært vesentlig å kunne diskutere ulike løsninger underveis med eksperter fra industrien. 

– Først tenkte vi at vi kunne plassere ultralydteknologien inne i sugerøret på kraftverket, sier Kuhn. 
Det ble ikke så godt mottatt av industrien, for det ble en for stor risiko å installere dette så nær turbinen.  De fryktet at det kunne påvirke strømningene i vannet og dermed påvirke andre deler av kraftverket. 
– Dermed er konklusjonen at den bør plasseres i elva ved utløpet av kraftverket, sier han.

Stor interesse for forsøkene 

Besøkende har strømmet til å se på forsøkene til doktorgradsstipendiat W. Ludwig Kuhn i prosjektet DeGas, som er knyttet til forskningssenteret HydroCen.
– Det har vært gøy å vise forsøkene til samarbeidspartnere fra forskninga og industrien. Til og med Energiministeren har vært innom her. Det er veldig nyttig å få innspill fra mange forskjellige sider, sier Kuhn.

Små bobler fra gassblæresyke er godt synlige i halefinnen på denne laksen. (Foto: Sondre Kvalsvik Stenberg, NORCE LFI).

Vil teste i stor skala i elver med kraftproduksjon

Forskerne planlegger nå å gjennomføre feltforsøk for å undersøke i hvor stor skala denne teknologien kan brukes i vannkraftindustrien. Vannkrafttunneler er enormt store, og transporterer så mye som en million liter vann i sekundet.

Forsøkene fra laboratoriet viser at det ikke er lurt å lage en gigantversjon av “ultralyd-høytaleren” (transduser) de brukte i forsøkene, men at det er mer hensiktsmessig å sette inn flere installasjoner som sammen kan gjøre jobben. Når dette skal testes nedstrøms kraftverket blir det likevel snakk om en stor teknisk installasjon, sier Kuhn.

– Det blir en del testing av utstyr fra ulike leverandører for å sikre optimal funksjonalitet, sier han.

– Resultatene så langt i DeGas er over all forventning. Nytteverdien for vannkraftbransjen har mye større potensial enn det vi trodde da prosjektet startet. sier veileder og prosjektleder Ole Gunnar Dahlhaug, som er professor ved NTNU. 

Metoden er effektiv og vil sannsynligvis ha relativt lave kostnader for installasjon, drift og vedlikehold. Derfor håper forskerne nå at de får finansiering fra Forskningsrådet til å teste den ute i elvene, så den bransjen kan ta den i bruk om kort tid.

Kuhn forsvarer doktorgraden 21.desember. Den kan følges fysisk på NTNU Gløshaugen eller på stream.

Kontakter:

W. Ludwig Kuhn, NTNU

Ole Gunnar Dahlhaug, NTNU

Bjørn Winther Solemslie,NTNU/NINA

Les mer på DeGas' nettsider

Publikasjoner: 

Evaluation of ultrasonic degasification as a tool to mitigate total dissolved gas supersaturation downstream hydropower plants, Thesis, 2023

Evaluating natural degassing in a river to create a baseline for comparison to technical degassing methods. W. Ludwig Kuhn, Bjørn Winther Solemslie, Jean-Yves Hihn, Ole Gunnar Dahlhaug

Production of total dissolved gas supersaturation at hydropower facilities and its transport: A review. Pengcheng Li, David Z. Zhu, Ran Li, Yuanming Wang, James A. Crossman, W. Ludwig Kuhn

A potentially deadly problem gains attention due to climate change, Hydro 2023.

Tidligere publikasjoner:

Gassovermetning i vassdrag – en kunnskapsoppsummering, Pulg, Ulrich; Isaksen, Trond Einar; Velle, Gaute; Vollset, Knut; Stranzl, Sebastian; Espedal, Espen Olsen; Bye-Ingebrigtsen, Einar; Barlaup, Bjørn Torgeir, NORCE miljø 2018