Bottenutskov i vattenkraftsdammar : Möjligheter, risker och strömningsmekaniska utmaningar

Sammanfattning: Dammen i en vattenkraftsanläggning används för att avleda vatten till kraftverkets turbiner och för att möjliggöra lagring och reglering av energi. Vid stora flöden i älven, eller när vattnet av någon anledning inte kan passera genom de energiproducerande delarna, måste det avbördas från magasinet. Detta görs med utskov. I de flesta fall i Sverige är utskoven placerade nära ytan, men ibland finns även bottenutskov. Det är vanligt att dessa användes vid anläggningens byggnation för att avleda vatten, och varit avställda sedan dess. Detta arbete syftade att undersöka möjligheten att driftsätta bottenutskov i anläggningar där de är monterade men inte bruk, för att höja dammsäkerheten. I rapportens första del finns en sammanställning av de problem som teoretiskt kan uppstå vid brukandet av bottenutskov, baserat på litteratur samt på erfarenheter i branschen. Den andra delen av rapporten beskriver resultatet från en fallstudie av en specifik anläggning, Båtfors kraftstation. Här har beräkningar gjorts, med handräkningsmetoder samt med datorsimuleringar för att undersöka anläggningens bottenutskov utifrån identifierade teoretiska möjligheter och problem. Ett antal teoretiska problem med bottenutskov har identifierats, däribland: erosion, kavitation, luftmedrivning, drivgods samt problem vid stängning av bottenutskovsluckorna. För Båtfors kraftstation skattades den nuvarande avbördningskapaciteten med handräkningsmetoder till cirka 900 m3/s vid magasinets dämningsgräns (DG), vilket överensstämmer med anläggningens dokumentation. För vardera av de två bottenutskoven beräknades avbördningskapaciteten vid full lucköppning (2,4 m) till cirka 225 m3/s. De handräknade och simulerade värdena jämfördes för olika lucköppningar, där en viss skillnad (cirka 30–40 %) noterades. Inget simuleringsresultat kunde erhållas för full lucköppning som följd av konvergensproblem. Luftrörelsen i Båtfors båttenutskov undersöktes genom simulering. För små lucköppningar, 0,4 och 0,8 m, kunde luft tillföras från utskovskulvertens nedströmssida vilket inte är möjligt när luckan öppnas 1,2 m. Om detta riskerar att ställa till med problem beror på om tillräcklig luftning kan ske genom öppningar i utskovets tak. Risken för kavitation i Båtfors undersöktes genom att jämföra utskovets lägsta tryck i simuleringen med mättnadstrycket för vatten vid 20 °C. Det fastställdes från detta att kavitation ej bör förekomma i denna anläggning, vilket överensstämmer med litteratur. Som slutsats dras att bottenutskov inte är problemfria, men även att stora möjligheter finns. Dessa utskov kan användas för att öka anläggningens avbördningskapacitet och regleramplitud, som nödutskov och för att möjliggöra avsänkning av anläggningens magasin. Det sistnämnda kan dessutom inte åstadkommas på annat sätt.