Search

Tiefspeicherdimensionierung unterirdischer Pumpspeicherwerke - Numerische Modellierung

Plenker, Desiree / Pummer, Elena / Schüttrumpf, Holger

Für die hydraulische Optimierung der Geometrie des Tiefspeichers eines unterirdischen Pumpspeicherwerks wurde mit der Software OpenFOAM ein numerisches Modell entwickelt. Anhand eines bestehenden physikalischen Modells wurde das numerische Modell validiert. Mittels des in der OpenFOAM-Bibliothek implementierten Meshing-Tools wurde ein dem physikalischen Modells nachempfundenes Gitternetz erstellt. Im Rahmen der Parametrisierung wurden Modellrand- und Anfangsbedingungen sowie Turbulenz- und Transporteigenschaften für die Simulation einer Systembefüllung eines unterirdischen Tiefspeichers festgelegt. Im Anschluss an die Berechnung wurden Wasserspiegellagen ausgelesen und zu Validierungszwecken vergleichend mit experimentellen Wasserspiegelmessungen dargestellt. Der Vergleich der Wasserspiegelverläufe des physikalischen und des numerischen Modells ergab, dass der Befüllvorgang durch das numerische 3-D-Modell erfolgreich abgebildet werden konnte. Das numerische Modell kann somit zur Optimierung der Tiefspeichergeometrie verwendet werden. Um zusätzlich die Übereinstimmung der Simulationsergebnisse mit den Messergebnissen der physikalischen Versuche bei der Abbildung der Beckenschwingung zu optimieren, sollten die Einflüsse der äußeren Reibungsbedingungen sowie des Turbulenzmodells auf das Schwingungsverhalten überprüft werden. Zusätzlich wurde eine Variation Ursprungsgeometrie mit einer größeren Neigung untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass durch die erhöhte Neigung eine Beckenschwingung verhindert werden konnte. Während ein größerer trockener Abschnitt zwar eine Beckenschwingung infolge des Füllschwalls verhindert, bleibt die Beckenschwingung infolge des Absperrsunks im gefüllten System jedoch ungedämpft. Um hier eine optimale dämpfende Wirkung zu erzielen, sollten in Zukunft weitere geometrische Varianten zur Ausgestaltung des hinteren Modellbereichs untersucht werden.

As a consequence of a change in German energy policy the interest in pumped storage facility has increased significantly. Novel implementations for this kind of energy storage building should expand their possible applications -for example, the concept of underground pumped storage hydropower plants. Several caverns build a system of underground storage rooms, which perform the function of the lower reservoir. First knowledge on flow efficient arrangements of the cavern system should be gained by fundamental research. To accomplish this, filling- and emptying-processes are investigated via a hybrid modelling approach comprising of physical model research and numerical simulations. Therefore a 3-dimensional numerical model should be developed with the software package OpenFOAM. Afterwards the numerical model is verified by the results of physical tests.