Vannkraftverk kan leve lenger med ny metode

Enkle endringer i hvordan vannet kjøres gjennom kraftverk kan redusere slitasje og minske faren for ras i vannkrafttunneler. Det viser en ny metode utviklet av HydroCen.

Metoden beregner hvordan start / stopp i produksjon påvirker bergmassen. Det gjør kraftprodusenter i stand til å forebygge kollaps og øke levetiden til tunnelen. 
I Norge har vi over 5000 km med vannkrafttunneler som begynner å dra på årene, uten at vi egentlig vet noe særlig om hvor lenge de kan stå. Kjennetegnet ved de fleste er at de er uforede; det vil si at vannet er i direkte kontakt med berget rundt. 

Siden det er direkte kontakt, vil trykket som vannet presser mot tunnelveggen påvirke selve berget. Vannet siger inn i sprekker og videre inn i porer i berget. Når trykket øker eller faller i tunnelen, vil det med en liten forsinkelse øke eller falle inne i berget også. Så lenge vanntrykket i tunnelen er større enn trykket i sprekkene og porene i berget rundt, er systemet stabilt. Hvis poretrykket i berget blir høyere enn i tunnelen, er det fare for at biter av bergmassene blir presset ut i tunnelen.  

Åpent kraftmarked gir mer stress for tunnelene

Hittil har det vært relativt lite ras i tunnelene, fordi vannkraftverkene i mer eller mindre grad alltid er blitt drevet med lite endring i trykk. Etter at vi begynte å selge kraft på det åpne markedet på 1990-tallet, er tunnelene i større grad utsatt for stress gjennom hyppige og kortvarige start / stopp-prosesser. Det skyldes at produksjonen nå styres av markedspriser som endrer seg raskt.

Vannet i tunnelen kan plutselig bli stengt av eller sluppet løs, noe som gir enorme forskjeller i trykket mellom vannet i tunnelen og bergveggen. Dette fører til slitasje, og i verste fall kan deler av tunnelen kollapse.

Sakte nedstenging forlenger tunnelens levetid

Gjennom sitt arbeid har Bibek Neupane funnet ut at kun små endringer i hvor raskt vannet stenges og åpnes ved en start/stop-prosess kan minimere tidsrommet hvor poretrykket i berget overgår vanntrykket i tunnelen, såkalte «Hydrolic impacts».

Varigheten av påkjenningen avhenger av hvor plutselig operasjonen avbrytes. Jo saktere man stenger av vannet i tunnelen desto tregere bygges trykket opp, og tidsforsinkelsen mellom trykktoppen i tunnelen og i berget vil være kortere.

Ved å benytte raske start / stopp-prosesser, slik man ofte gjør i dag, kan den hydrauliske påkjenningen på steinen øke med opptil 10 ganger når nedstengningsperioden halveres. Ved å øke denne nedstengningsperioden kan man betydelig bremse ned slitasjen av berget rundt tunnelen, og dermed minske sjansen for ras.

Les mer om Bibek Neupanes resultater i HydroCens kunnskapsbank.

Kontaktpersoner: 

Bibek Neupane

Krishna Panthi, professor NTNU

Leif Lia, professor NTNU