OpenFOAM är en mjukvara med öppen källkod och en stor användarbas. Mjukvaran används bland annat av Svenskt vattenkraftcentrums forskargrupp på Chalmers eftersom det möjliggör att branschen enkelt får åtkomst till nya uppdateringar och det ger full insyn i källkoden och ändringar av den.
Årligen anordnas en internationell konferens, OpenFOAM Workshop, där användare, utvecklare och forskare från både akademi och industri samlas för att ta del av olika presentationer som fokuserar på olika tillämpningar eller utvecklingar av programvaran. I år hölls workshoppen i Cambridge. Två personer från en forskargrupp på Chalmers universitet medverkade på konferensen, varav den ena, Saaed Salehi, forskar inom Energiforsks kompetenscentrum Svenskt vattenkraftcentrum. Forskargruppens ledare Håkan Nilsson var också på plats och anordnade ett öppet möte för att dela kunskap från arbetsgruppen som fokuserade på utveckling av metoder för turbomaskiner.
Nya flexibla driftfall av kaplanturbiner innebär nya slitagemönster
Högre krav på vattenkraften som reglerkraft innebär även helt nya förutsättningar för dagens turbiner som ursprungligen är utvecklade för att förse en konstant baskraft. Förändrade körmönster kommer innebära nya slitagemönster på maskinerna vilket kan resultera i avbrott i energiförsörjningen.
Saeed Salehi har inom sitt projekt i inom Svenskt vattenkraftcentrum, Flow in turbines during new operating procedures, utvecklat numeriska tekniker som gör det möjligt att studera hur strömningen i vattnet påverkas när driftfallet, turbinens förutsättning att fungera, förändras. Förändrade driftfall innebär ändringar i vinklarna av turbinens ledskenor, vilka reglerar hur mycket vatten som släpps in till turbinen och samspelar med löphjulsvinklarna för att producera olika nivåer av effekt. Ändringarna av driftfallen för kaplanturbiner har hittills varit mycket utmanande att utföra men de nya beräkningar som Saeed har utvecklat gör det lättare att ändra vinklarna som reglerar vattenflödet genom turbinen.
Saeeds arbete och applicering av hans numeriska teknik ger indata till studier av slitage på maskinerna vilket är nödvändigt för att köra maskinerna på ett hållbart, kostnadseffektivt och säkert sätt så att haverier och onödigt slitage undviks. Metoderna gör det även möjligt att förutsäga och planera när maskinerna behöver underhåll.
Saeeds numeriska metod finns som extramaterial via en publikation i OpenFOAM Journal.
Ökad potential för energilagring med nya pumpturbiner
En annan forskare från Chalmers som deltog på mötet var Jonathan Fahlbeck. Jonathan arbetar inom EU-projektet ALPHEUS som har undersökt möjligheterna med lagring av energi från vattenkraft i flacka och grunda miljöer. Eftersom förnybara energikällor som vind- och solkraft är väderberoende kommer det i det framtida energisystem stundtals finnas över- och underskott av energi. Behovet av energilagring kommer därför att vara ett växande behov. Att lagra energi till havs innebär att man antingen använder befintliga fördämningar utmed kuster, eller genom att bygga så kallade ”energy islands”, anläggningar till havs som kan exportera energi till fastlandet.
Pumpkraft för att lagra vatten för framtida energiproduktion har sedan länge varit känt som ett effektivt sätt att lagra energi - men metoden är inte tillgänglig i områden utan stora höjdskillnader. Vanligtvis är anläggningarna utformade för dammar där det naturligt finns en stor fallhöjd. För att möjliggöra detta har Jonathan bidragit till att ta fram en ny typ av motroterande pumpturbin som skulle kunna användas i områden där det inte finns höga fallhöjder.
Jonathan har särskilt utvecklat ett randvillkor för beräkningarna som efterliknar de verkliga förhållandena i anläggningen vilket ökar precisionen av beräkningsresultaten. Detta är värdefullt för att kunna studera transienter, d.v.s. förändringar i strömningen som kan orsaka problem med energiförsörjningen samt orsaka slitage på maskinerna. De förbättrade beräkningsresultaten bidrar även till kunskap om hur motroterande pumpturbiner kan köras på ett säkert och effektivt sätt, med så lång livslängd som möjligt. Även Jonathans arbete går att ta del av som extramaterial till en publikation i OpenFOAM Journal.
Här kan du se Saeeds presentation i efterhand, och här kan du se Jonathans presentation.
För den som vill lära sig mer om generella metoder för strömningsberäkningar med OpenFOAM i roterande maskiner kan ta del av den här kursen som gavs av Håkan Nilsson på OpenFOAM workshop 2021.
För den som vill lära sig mer om Jonathans arbete så presenterar han sin licentiatuppsats med titlen Low head pumped hydro storage with contra-rotating pump-turbines den 18 oktober 13:00-14:00. Det går att delta antingen via Teams-länk eller på plats. Den som vill få en inbjudan med Teams-länken, eller vill få den tryckta licentiatuppsatsen skickad till sig kan kontakta Håkan Nilsson. Läs mer här.