Kissen - Platten - Wärmetauscher in Wasserkraftwerken

Die Abfuhr der Verlustleistungen von Generator, Turbinen- und Generatorlager, Transformatoren, Nebenanlagen sowie die Klimatisierung von Kraftwerks- und Rechnerräumen, werden immer häufiger aus ökologischem und ökonomischem Blickwinkel betrachtet. Zudem fordert der Umweltschutz entsprechende Massnahmen und der Markt immer angestrengtere Wirkungsgrade. Die Konzeption aktueller und zukünftiger Wärmeabfuhrsysteme erfolgt deshalb vermehrt über Zwischenkreislaufsysteme. Andere Kühlsysteme erfordern Durchlaufkühlwasser, welches durch Abfluss ins Unterwasser verloren geht. Obwohl die Systeminvestitionen moderat sind, schlagen hier jedoch die Kosten aus dem meist hohen Wasserverbrauch (Quell-, Brunnen- oder Triebwasser), der Pumpleistung auf das Anlagendruckniveau (z.B. Hochbehälter ) sowie der nicht immer einfach zu erfolgenden Reinigung der Kühlanlage (Filter, Wärmetauscher, Rohrleitung) zu Buche. Zwischenkreislauf-Kühlsysteme brauchen kein durchlaufendes Frischwasser. Bei diesen Kühlsystemen fallen Investitionskosten für die erforderlichen Zwischenkreislaufkomponenten (Primär-WT, Sekundär-WT und Kreislaufpumpengruppe) sowie die laufenden, aber vergleichsweise bescheidenen Energiekosten der Kreislaufpumpe (nur Überwindung der Strömungsverluste) an. Durch die Wahl eines geeigneten Sekundär-Wärmetauschers, angeordnet im Unterwasserkanal der Turbinen, können wichtige Vorteile des nachfolgend beschriebenen Wärmetauschertyps genutzt werden. Die wesentlichen Vorzüge sind exakte, thermodynamische Übertragungswerte, die Einhaltung von moderaten Druckverlusten (kleine Antriebsleistung der Pumpengruppe) sowie die einfache Reinigung der Plattenaussenseiten. Gesicherte Übertragungswerte für Kissen-Platten als Sekundärwärmetauscher im Unterwasser Anstelle von frei angeströmten Rohrschlangen oder reinen Flächenkühlern, haben wir den Kissen-Platten-Typ untersucht, da er Vorteile gegenüber beiden Typen aufweist. Soweit uns bekannt, sind bis jetzt für diesen Plattentyp keine durch Messungen abgesicherte, thermo-dynamischen Übertragungswerte für diese Anwendung vorhanden. Durch die Zusammenarbeit mit der TIWAG-Tiroler Wasserkraft AG haben wir, mit einem Testwärmetauscher im Unterwasser eines Kraftwerkes, in umfangreichen Messreihen belastbare Ergebnisse ermittelt. Ab sofort sind wir in der Lage, Kissen-Platten-Wärmetauscher für die Anwendung Wasser/Wasser oder Wasser/Wasser-Glykolmischungen auf der Basis dieser Messdaten auszulegen. Für die Auslegung und das Design, können wir die Bedingungen des Kraftwerksbetreibers, respektive der örtlichen, geometrischen Verhältnisse fast beliebig erfüllen. Dies gilt für Nachrüstung als auch für Neubauprojekte. Das Kissen-Platten-Bündel wird in Strömungsrichtung eingebaut. Um ähnliche Übertragungswerte mit einer Rohrschlangenkonstruktion zu erzielen, müsste diese Rohrschlange quer zur Strömung angeordnet werden. Diese Anordnung ergibt vergleichsweise einen höheren Widerstand im Unterwasserkanal und somit eine reduzierte, verfügbare Druckhöhe der Turbine. Unsere Auswertungen decken die Geschwindigkeitsbereiche in und um die Platten von 0 m/s bis zu mehr oder weniger effizienten 1.5 m/s ab, welche vor allem thermodynamisch relevant sind. Die Auslegung erfolgt mit unserem Berechnungsprogramm. Die daraus berechneten thermodynamischen Daten wurden mit den Messresultaten kalibriert, um reale K-Werte sowie echte Druckverluste in den Platten ermitteln zu können. Unser massgeschneidertes Design richtet sich