Pre-rotation of inlet flow for a reversible pump turbine in pump mode

Pumpekraftverk er et utmerket verktøy for å balansere energinettet og å utnytte fornybare energikilder mer effektivt. Ettersom elektrisk energi må bli brukt samstundes som det blir produsert, gir pumpekraft-teknologi muligheten til å lagre energi som ellers ville ha gått til spille. Norge har 50% av Europas vannlagerkapasitet og mye av denne kapasiteten kan bli brukt til å balansere Europas energinett [1]. Dette kan bli gjort ved å bygge om eksisterende vannkraftverk til pumpekraftverk. I følge NVE, er mange av vannkraftverkene i Norge passende for å bli bygd om til pumpekraftverk [2]. For å kunne gjenbruke et eksisterende vannkraftverk med Francis-turbiner ved å ettermontere reversible pumpeturbiner (RPTer), må problemet med kavitasjon i pumpemodus løses. Dette problemet har blitt foreslått løst ved å bruke en boosterpumpe foran RPTen. Denne boosterpumpen kan muligens produsere en roterende komponent i strømningen oppstrøms RPTen. Hvordan denne komponenten utvikles gjennom sugerøret mot RPTen er usikkert, og hvordan rotasjonen er på innløpet av RPTen er viktig for operasjonen og pumpekarakteristikken til maskinen. Tidsuavhengige CFD-simuleringer (Computational Fluid Dynamics) på en komplett RPT-geometri har blitt gjennomført ved hjelp av den kommersielle programvaren ANSYS CFX. Pumpekurver, med og uten prerotasjon, har blitt generert og undersøkt. Resultatene antyder at prerotasjon i motsatt retning av rotasjonsretningen til RPTen, genererer en økning i løftehøyde. Dette samsvarer med Eulers turbomaskin ligning.Samtidig ser det ut til at virkningsgraden ikke øker. Det er også observert at den sekundære strømningen som genereres nedstrøms av bendet i sugerøret, roterer i samme retning som den induserte prerotasjonen. Videre har en mulig løsning med en mixed-flow boosterpumpe blitt undersøkt. Denne maskinen har en virvel ved utløpet som fungerer som prerotasjon for RPTen. Det kombinerte systemet er simulert med boosterpumpen roterende i både samme og motsatt retning som RPTen. Det samme mønsteret gjentas her. Prerotasjon i motsatt retning av rotasjonsretningen til RPTen gir økt løftehøyde, mens prerotasjon i samme rotasjonsretning gir redusert løftehøyde