Submerged Wall Instead of a Penstock Shutoff Valve—Alternative Protection as Part of a Refurbishment

Hydropower is an important source of renewable energy. Due to ageing infrastructure, more and more existing hydropower plants have to be refurbished and modernised. This includes a complete review of the design parameters as well as the change of specific parts. Investments should be targeted to improve the overall performance of hydropower plants and ensure a long lasting life extension. This paper presents the concept of the submerged wall as a local high point in the headrace tunnel, which can—in combination with the intake gates—replace existing penstock shutoff valves. Such a replacement was conducted for the hydropower plant Schneiderau in Austria, which also allowed us to prove the concept based on measurements including a simulated break of the penstock. The presented solution can help to reduce investment costs and also minimise maintenance efforts and therefore is an attractive option for classic penstock shutoff valves for comparable projects

3D-numerische Modellansätze für die Berechnung von Lawineneinstößen in Speicher

Speicherbecken im Pumpbetrieb oder Beschneiungsspeicher können in Zeiträumen großer Lawinengefahr einen hohen Wasserstand aufweisen. In Hinblick auf eine Gefahrenbetrachtung und Risikoabschätzung ist deshalb auch ein möglicher Einstoß einer Lawine in einen gefüllten Speicher zu untersuchen. Der Einstoß einer großen Lawine kann dabei eine Impulswelle erzeugen, welche eine Gefährdung für den Uferbereich, das Absperrbauwerk und in weiterer Folge auch für die Unterlieger darstellt. Um den Effekt abschätzen und mögliche Gegenmaßnahmen (Speicherabsenkung oder bauliche Maßnahmen) überprüfen zu können, haben sich Modellversuche bewährt. Vermehrt kommen aber auch numerische Methoden zum Einsatz, die von allgemein gültigen Berechnungstabellen bis hin zu projektspezifischen 3D-numerischen Berechnungen reichen können. Der Beitrag fasst die Entwicklungen bei der Modellbildung für die Randbedingung und Erzeugung dieser Impulswelle für die 3D-numerische Software FLOW-3D zusammen. Diese umfassen die Definition von (i) Partikelgemischen, (ii) dynamischen Festkörpern und (iii) ausschließlich aus Wasser bestehenden Fluidkörpern in der Sturzbahn der Lawine. Mögliche Konzepte sowie deren Vor- und Nachteile werden aufgezeigt. Zudem wird die Möglichkeit der Modifikation der „Wasserlawine“ durch Modifikation der Startdichte vorgestellt.Avalanche impacts into reservoirs can cause an impulse wave which endanger the area around the reservoir, the dam itself and as well the area located downstream of the reservoir. Especially reservoirs for artificial snow production or pump storage can be filled up to high water levels in periods with significant avalanche hazard potential. The investigation of possible impulse wave scenarios is part of the global risk analysis and can lead to a limitation of the maximum permitted water level in the reservoir under specific weather condition or structural measures. To quantify such an impulse wave, general equations, scale model tests or numerical simulations can be applied. Within the present paper focus is put on different approaches to model an avalanche impact into a reservoir and the corresponding impulse wave generation by use of the 3D-numerical simulation tool FLOW-3D. Different modelling concepts are presented and discussed, consisting of (i) particle-water-mixtures, (ii) moving objects and (iii) pure water avalanches. In addition to this review on the development, preliminary results of the advanced water avalanche are compared to the equations provided by the ETH Zürich. Therefore, the possibility to define a different density for each initial fluid region is used and two parameters (initial velocity of the avalanche at the start and the adapted density of the model avalanche) are varied.(VLID)456579

Implementierung eines schräg angeströmten Rechens in die 3D-numerische Berechnung mit FLOW-3D

In den letzten Jahren hielt vermehrt die dreidimensionale (3D-)numerische Strömungssimulation im Bereich der Grundlagenforschung und der Planung von hydraulischen Anlagen Einzug. Rechen im Bereich von Kraftwerkseinläufen stellen jedoch für die numerische Simulation eine besondere Herausforderung dar. Dies ist der, im Vergleich zu anderen Bauteilen, kleinteiligen Rechenstabgeometrie geschuldet. Als alternativer Lösungsansatz zur Modellierung der Rechenverluste in der Software FLOW-3D bietet sich als Flächenobjekt eine Baffle an. Der Beitrag baut auf den Erkenntnissen von Waldy et al. (Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 67:12, 2015) auf, welcher unterschiedliche Konzepte zur vereinfachten Modellierung der Verluste an Rechen untersucht hat. Dabei zeigt sich, dass die Verwendung einer Baffle als erfolgversprechende Variante gesehen werden kann. Diese Vergleiche erfolgten jedoch unter der Einschränkung eines gerade angeströmten Rechens, bei dem die Netzausrichtung immer in der Rechenebene lag. Der aktuelle Beitrag befasst sich mit der Modellierung der Rechenverluste mithilfe einer Baffle am schräg gestellten Rechen und erweitert somit den Beitrag Waldy et al. (Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 67:12, 2015).Over the last years, scientists and engineers have used more and more 3D-numerical flow simulations for basic research and the planning of hydraulic constructions. However, trash racks in front of the intakes of hydroelectric power plants represent a particular problem for numerical simulations. The reason for this is the especially fragmented geometry of the trash rack bars in comparison to other construction elements. As an alternative approach to include trash rack losses into a 3D-numerical simulation with FLOW-3D a baffle can be used. Waldy et al. (Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 67:12, 2015) demonstrated that such a baffle is a promising method to model the losses at trash racks. These comparisons of different concepts were limited to a vertical trash rack, which had its grid orientation along the computational plane. The actual paper focuses on the modelling of the trash rack losses by means of a baffle at an angled trash rack and thus upgrades the survey of Waldy et al. (Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaft 67:12, 2015).(VLID)452363