{"id":2160,"date":"2026-09-10T11:25:10","date_gmt":"2026-09-10T11:25:10","guid":{"rendered":"https:\/\/hydroalpslab.ch\/?post_type=projets&p=2160"},"modified":"2026-09-10T11:28:38","modified_gmt":"2026-09-10T11:28:38","slug":"tipps-zur-besseren-vorhersage-der-transienten-belastungen-von-wasserkraftanlagen","status":"publish","type":"projets","link":"https:\/\/hydroalpslab.ch\/de\/projets\/tips-mieux-predire-les-sollicitations-transitoires-des-machines-hydroelectriques\/","title":{"rendered":"TIPPS \u2013 Bessere Vorhersage transienter Belastungen bei Wasserkraftanlagen"},"content":{"rendered":"

Vom Bundesamt f\u00fcr Energie gef\u00f6rdertes Forschungsprojekt<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die zunehmende Einbindung von Wind- und Solarenergie in das Stromnetz erh\u00f6ht den Bedarf an Flexibilit\u00e4t. Dank ihrer F\u00e4higkeit, ihre Leistung schnell anzupassen, spielen Wasserkraftwerke eine wesentliche Rolle beim Ausgleich des Netzes.<\/p>\n\n\n\n

Diese gr\u00f6\u00dfere Flexibilit\u00e4t bringt jedoch deutlich h\u00e4ufigere Starts, Stopps und Lastwechsel<\/strong>. Diese \u00dcbergangsbetriebsarten f\u00fchren zu erheblichen hydraulischen und mechanischen Belastungen an R\u00e4dern, Wellen, Ventilen und anderen Maschinenkomponenten. Der TIPS-Bericht weist daher darauf hin, dass die Anzahl der Start-Stopp-Zyklen von einigen Zyklen pro Jahr in einem herk\u00f6mmlichen Betrieb auf mehrere Hundert oder sogar mehr in einem hochflexiblen Betrieb ansteigen kann.<\/p>\n\n\n\n

Die korrekte Vorhersage dieser Belastungen ist daher von entscheidender Bedeutung, um Flexibilit\u00e4t des Stromnetzes und Lebensdauer von Wasserkraftwerken<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Die Maschine und den gesamten Hydraulikkreislauf gleichzeitig simulieren<\/h3>\n\n\n\n

Bei einem transienten Ereignis kann die Hydraulikmaschine nicht unabh\u00e4ngig von ihrer Umgebung betrachtet werden. Die in der Turbine entstehenden Durchfluss- und Druckschwankungen breiten sich in den Leitungen aus, w\u00e4hrend die Reaktion des Hydraulikkreislaufs wiederum die Str\u00f6mung in der Maschine beeinflusst.<\/p>\n\n\n\n

Das TIPS-Projekt zielt darauf ab, diese Wechselwirkung durch die Kombination zweier sich erg\u00e4nzender numerischer Ans\u00e4tze darzustellen:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  • SIMSEN<\/strong>, mit dem sich Rohrleitungen, Beh\u00e4lter und hydroakustische Ph\u00e4nomene der gesamten Anlage effizient in 1D darstellen lassen; ;<\/li>\n\n\n\n
  • ANSYS CFX<\/strong>, das in 3D in Bereichen eingesetzt wird, in denen eine detaillierte Beschreibung der Str\u00f6mung erforderlich ist, insbesondere im Inneren der Turbine.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

    Die beiden Modelle tauschen w\u00e4hrend der Berechnung ihre hydraulischen Bedingungen mithilfe einer Methode aus, die 1D\u20133D-Co-Simulation<\/strong>. Das Ziel besteht darin, die Genauigkeit der CFD im Simulator beizubehalten und gleichzeitig die unerschwinglichen Kosten einer dreidimensionalen Simulation des gesamten Hydraulikkreislaufs zu vermeiden.<\/p>\n\n\n\n

    Dieses Projekt finanziert die Doktorarbeit von Mathieu Mettille.<\/p>\n\n\n\n

    Eine schrittweise validierte Methodik<\/h3>\n\n\n\n

    Die Entwicklung erfolgt schrittweise, ausgehend von einem gut durchdachten akademischen Fallbeispiel bis hin zu realen Wasserkraftwerken.<\/p>\n\n\n\n

    Die erste Phase basiert auf einer Str\u00f6mung um einen Halbzylinder, der in einer Rohrleitung angeordnet ist. Das periodische Abl\u00f6sen von Wirbeln erzeugt Schwankungen, die die Eigenfrequenzen des hydraulischen Systems anregen k\u00f6nnen. Dieser Fall erm\u00f6glicht es somit, die Ph\u00e4nomene von hydroakustische Resonanz<\/strong>, mit oder ohne Kavitation.<\/p>\n\n\n\n

    Die Ergebnisse zeigen, dass die Co-Simulation den Resonanzmechanismus korrekt nachbildet. Im kavitationsfreien Betrieb liefert insbesondere die Kombination aus einer 1D\u20133D-Kopplung und dem SAS-SST-Turbulenzmodell die beste \u00dcbereinstimmung mit den experimentellen Messungen.<\/p>\n\n\n\n