Гидроэлектр станциялары үшін бөгеттің дұрыс түрін қалай таңдауға болады
Су электр станциялары (СЭС) ұзақ мерзімді, тұрақты электр қуатымен жабдықтау, салыстырмалы түрде төмен пайдалану шығындары және қазба негізіндегі электр станцияларымен салыстырғанда көміртегі шығарындыларының төмендігіне байланысты ең сенімді жаңартылатын энергия көздерінің бірі болып қала береді. Дегенмен, су электр станциясының табысы тек турбиналар мен генераторлармен ғана емес, сонымен қатар бастапқы шешіммен де анықталады: дұрыс бөгет түрін таңдау. Дұрыс емес таңдау құрылыс шығындарының өсуіне, қауіпсіздік тәуекелдерінің артуына, қоршаған ортаға әсердің артуына және тіпті электр энергиясын өндіру қуатының төмендігіне әкелуі мүмкін.
Бұл мақалада гидроэлектростанцияларға арналған бөгет түрін іс жүзінде қалай таңдау керектігі - орналасқан жер факторларынан, геологиялық жағдайлардан, энергия қажеттіліктерінен бастап, әлеуметтік-экологиялық факторларға дейін - сондай-ақ жиі қолданылатын бөгеттердің түрлерін анықтау қарастырылады.
-
1. Гидроэнергетикадағы бөгеттердің мақсатын түсіну
Гидроэлектр станцияларындағы бөгеттер әдетте келесі функциялардың біріне немесе бірнешеуіне ие:
1. Турбина жеткілікті потенциалдық энергия алуы үшін жоғары су сарқырамасын (басымдылығын) жасаңыз.
2. Генератор құрғақ маусымда тұрақты жұмыс істей алатындай етіп, ағынды реттеу үшін су қоймасын (су қоймасын) сақтаңыз.
3. Су тасқынын бақылау, ағынның төменгі жағындағы қауіпсіздікті қамтамасыз ету және инфрақұрылымды қорғау.
4. Электр қуатын шың немесе базалық жүктеме операцияларымен тұрақтандырыңыз.
Осыдан кейін жоба талаптары айқын болады: сізге үлкен су қоймасы және күшті ағынды бақылау қажет пе, әлде өзен ағыны схемасында су деңгейін көтеру үшін шағын бөгет жеткілікті ме?
-
2. Гидроэлектростанцияларға арналған бөгеттердің кең таралған түрлері
Таңдамас бұрын, әр бөгет түрінің ерекшеліктерін білу маңызды:
а) Жағалау бөгеті
Әдетте су өткізбейтін өзегі (саз өзегі) немесе мембранасы бар топырақ немесе тас төсенішінен тұрады.
– Артықшылықтары: кең аңғарларға жарамды, жердің шөгуіне салыстырмалы түрде икемді, материалдарды жергілікті жерден алуға болады.
– Кемшіліктері: көп көлемді материалды қажет етеді; сүзілуді бақылаудың тамаша дизайнын қажет етеді.
Жағалау бөгеттері көбінесе учаскеде топырақ/тас материалы мол болған кезде және іргетасы үлкен бетон құрылымы үшін өте қолайлы болмаған кезде таңдалады.
b) Бетон гравитациялық бөгет
Су қысымына төтеп беру үшін өз салмағына сүйенеді.
– Артықшылықтары: тұрақты, ұзақ қызмет ету мерзімі, төгілетін құбыр мен сорғышты біріктіру оңай.
– Кемшіліктері: берік тасты іргетас қажет; бетонның жоғары құны; салыстырмалы түрде тар және орташа тереңдіктегі аңғарларға жарамды.
Бұл күшті бақылау талаптары мен жақсы іргетас жағдайлары бар су электр станциялары үшін танымал таңдау.
c) Аркалы бетон бөгет
Иілген пішін күшті аңғардың шетіне (тірек) бағыттайды.
– Артықшылықтары: гравитациялық бөгеттерге қарағанда үнемді бетон; тар аңғарлар мен берік жартас жыныстары үшін өте тиімді.
– Кемшіліктері: тамаша тірек геологиялық жағдайларын талап етеді; жобалау және салу күрделірек.
Аркалы бөгеттер әдетте тік, тар жартастар мен қатты тасты жерлерге таңдалады.
d) Тірек бөгеті
Бетон қабырғалар тіректермен бекітілген.
– Артықшылықтары: бетон материалдарын пайдалану гравитациялық бөгеттерге қарағанда үнемді болуы мүмкін.
– Кемшіліктері: күрделі құрылыс, көптеген қосылыстар — техникалық қызмет көрсету және тексеру маңызды.
Үш негізгі түрге қарағанда сирек қолданылады, бірақ белгілі бір жағдайларға қатысты болуы мүмкін.
e) Бөгет / Өзен ағысы
Құрылым салыстырмалы түрде төмен, суды бұруға бағытталған және су деңгейін аз реттейді.
– Артықшылықтары: су басу әсері аз; жылдам жобаларға жарамды және әлеуметтік-экологиялық тұрғыдан жеңілірек.
– Кемшіліктері: қуат маусымдық разрядқа қатты тәуелді; пайдалану икемділігі төмен.
Бұл схема жыл бойы жеткілікті ағынды су болған жағдайда және мақсат үлкен су қоймасы жоқ электр станциясы болған жағдайда қолайлы.
-
3. Бөгет түрін таңдауды анықтайтын негізгі факторлар
1) Алқаптың жер бедері және өзен жағдайлары
Топография бастапқы анықтауыш болып табылады:
– Тар аңғарлар мен берік жарлар → аркалы бөгеттер көбінесе ең үнемді болып табылады.
– Орташа аңғар → гравитациялық бөгет немесе тасты/топырақты төсем қарастырылуы мүмкін.
– Кең аңғарлар → бөгет бөгеттері әдетте қолайлырақ, себебі аңғар бойымен бетон салу өте қымбатқа түседі.
Алқаптың пішінінен басқа, қажетті деңгейге жету үшін қажетті биіктікті ескеріңіз. Егер үлкен деңгейге үлкен су қоймасынсыз (мысалы, туннельдер мен үңгірлер арқылы) қол жеткізуге болатын болса, үлкен бөгетке деген қажеттілікті азайтуға болады.
2) Геологиялық жағдайлар және іргетастар
Геология бөгеттің қауіпсіз «орналасуын» анықтайды:
– Берік және таяз негізгі жыныстар → гравитацияны/арканы ұстап тұрады.
– Қалың шөгінді қабат, аллювиалды топырақ → үйінді төсеуге қолайлырақ, бірақ іргетасты жөндеуді қажет етеді (құю, кесілген қабырға, гипсокартон үйіндісі және т.б.).
– Тәуекелдер: ағып кету, құбырлардың бітелуі (ішкі эрозия), дифференциалды шөгу және көлбеу тұрақтылығы.
Аркалы бөгеттерде тіректердің сапасы өте маңызды, себебі жүктеме жартасқа беріледі; ауырлық күші бар бөгеттерде іргетас ығысу және аударылу күштеріне төтеп бере алуы керек.
3) Гидрология: ағынды сулар, жоспарланған су тасқыны және маусымдық өзгергіштік
Гидрологиялық деректер төгілу жолының көлемін және сақтау көлемін анықтайды:
– Егер өзенде су тасқыны көп болса, бөгеттің тиісті су төгетін арнасы және қауіпсіз су тасқынын бұру жүйесі болуы керек.
– Егер ағынды сулар маусымдық сипатта болса, ірі су қоймалары құрғақ кезеңдерде электр энергиясын өндіруді сақтауға көмектеседі, бұл өзен ағындарына қарағанда сақтау бөгеттерін маңыздырақ етеді.
Гидрологияны түсінбеу көбінесе жобаларды тұрақсыз өндіріске немесе қатты ағынды сулардың пайда болу қаупіне ұшыратады.
4) Су жинау алаңдарының шөгінділері мен эрозиясы
Шөгінділер су қоймасының қызмет ету мерзімін қысқартады және оның тиімді сақтау көлемін азайтады. Эрозиясы жоғары аймақтар үшін:
– Шөгінді дренажының жобаларын (шлейф/жуып тазалау), шөгіндіні айналып өтуді немесе жиналуды азайтатын операцияларды қарастырыңыз.
– Басқару стратегиясына байланысты шағын өзен ағысы/су қоймасы бөгеттері кейде үлкен су қоймаларына қарағанда шөгінділерге төзімдірек болады.
Бөгет түрін таңдау шөгінділерді басқарудың және техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығымен де байланысты.
5) Генератордың жұмыс істеу талаптары: базалық жүктеме және шыңға жету
– Негізгі жүктеме: тұрақты қоректендіруді қажет етеді → резервуар мен ағызуды басқару маңыздырақ.
– Peaking: қуатты тез арттыру үшін икемділікті қажет етеді → жеткілікті ағынды басқаруды және сақтау көлемін қажет етеді.
Үлкен су қоймалары бар бөгеттер пайдалану икемділігін қамтамасыз етеді, бірақ су басқан аумақтардың ұлғаюы және әлеуметтік-экологиялық әсерлердің есебінен.
6) Жергілікті материалдар, логистикаға қолжетімділік және өмірлік цикл шығындары
Ең «дұрыс» шешім тек басында ғана емес, сонымен қатар жобаның өмір бойы ең ақылға қонымды шешім болып табылады.
– Егер орын тас төсеміне бай болса және бетонға жету қиын болса, тас төсемі тиімдірек болуы мүмкін.
– Егер жолға шығу мүмкіндігі жақсы болса және іргетас жынысы өте қолайлы болса → ауырлық күші/арка үнемді және берік болуы мүмкін.
– Сондай-ақ, техникалық қызмет көрсету, тексеру шығындарын және болашақтағы күшейту қажеттіліктерін ескеріңіз.
7) Қауіпсіздік және апат қаупінің аспектілері
Бөгет түрін таңдау кезінде мыналарды ескеру қажет:
– Жер сілкінісі: кейбір бөгеттер түрлері «икемді» болуы мүмкін, бірақ олар сұйылту және тұрақтылық үшін жобалануы керек.
– Су қоймаларына ықтимал көшкіндер, көл цунамиі және беткейлердің тұрақтылығы.
– Бақылау жүйелері мен төтенше жағдайларға ден қою жоспарлары (ТЖЖ) басынан бастап болуы керек.
Ешбір түрі автоматты түрде ең қауіпсіз емес; қауіпсіздік жобаның жергілікті жағдайларға сәйкестігімен және құрылыс сапасымен анықталады.
8) Қоршаған ортаға және әлеуметтік әсерлер
Ірі су қоймалары келесі себептерге әкелуі мүмкін:
- халықты көшіру,
– өзен экожүйелеріндегі өзгерістер,
– балықтардың миграциясына кедергілер;
– су сапасының өзгеруі (стратификация, оттегі мөлшері).
Егер әлеуметтік-экологиялық сезімталдық жоғары болса, өзен ағынын немесе төменгі бөгет жобасы әсерді азайтуы мүмкін, сонымен қатар балық баспалдақтары, қоршаған орта ағыны және айқын өтемақы бағдарламалары.
-
4. Бөгет түрін таңдаудың практикалық ағыны (шешім құрылымы)
Төменде техникалық-экономикалық негіздемелерде жиі қолданылатын қысқаша қадамдар келтірілген:
1. Энергетикалық мақсаттар мен жұмыс үлгілерін белгілеңіз (МВт қуат, ГВт/сағ жылдық өндіріс, базалық/шыңғы нүкте).
2. Топографиялық зерттеу: бірнеше үміткер орындарды таңдаңыз (сайттың балама нұсқалары).
3. Бастапқы геологиялық зерттеу: тау жыныстарын картаға түсіру, жарықтар, іргетас тереңдігі, өткізгіштігін сынау.
4. Гидрологиялық талдау: ағын ұзақтығының қисығы, жобалық су тасқыны, климаттық сценарий.
5. Бөгет түрінің бірнеше нұсқаларын (мысалы, тасты толтыру және гравитация және арка) бастапқы жобалау тұжырымдамасымен салыстырыңыз.
6. Шөгінділердің түзілуін және резервуар жасын бағалау.
7. Экологиялық-әлеуметтік зерттеулер және лицензиялау: ең маңызды тәуекелдерді анықтау.
8. Экономикалық талдау: КАПИТАЛДЫҚ Шығындар, ОПЕКС, құрылыс тәуекелдері және азайту шығындары.
9. Көп аспектілі критерийлерге (техникалық, құны, қауіпсіздік, әсер) сүйене отырып, ең жақсы нұсқаны таңдаңыз.
Бұл тәсіл шешімдердің бастапқы құны сияқты бір ғана факторға тәуелді болмауын қамтамасыз етуге көмектеседі.
-
5. Таңдау мәселелеріне мысал (суреттер)
– А жағдайы: Тар аңғар, қатты жартас, биік төбе
Аркалы бөгеттер материалды үнемдеуге байланысты ең тиімді болуы мүмкін, бірақ тіректерді зерттеу өте мұқият болуы керек.
– В жағдайы: Кең аңғар, мол толтырғыш материал, біркелкі емес іргетас
Тас төсем/топырақ төсемі икемді, мұқият жасалған дренаждық жүйесі бар болғандықтан қолайлырақ.
– C жағдайы: Әлеуметтік-экологиялық тұрғыдан сезімтал аймақ, ағынды сулар жыл бойы тұрақты.
Төмен бөгеттері және бұру арналары/туннельдері бар өзен ағыны су тасқынын азайтуы мүмкін, дегенмен құрғақшылық өндіріске көбірек әсер етуі мүмкін.
-
Қорытынды
Су электр станциясына арналған бөгет түрін таңдау - топография, геология, гидрология, шөгінділер, электр қуатын пайдалану талаптары, шығындарды логистика және әлеуметтік-экологиялық әсерлер арасындағы тепе-теңдікті талап ететін стратегиялық шешім. Барлық орындар үшін ешбір бөгет түрі артық емес. Ең жақсы бөгет - жергілікті жағдайларға ең жақсы сәйкес келетін, ұзақ мерзімді перспективада қауіпсіз, өмірлік циклі бойы үнемді және әлеуметтік және экологиялық тұрғыдан қолайлы бөгет.
Қаласаңыз, мен сізге бөгет түрлері (критерийлер: аңғар жағдайлары, іргетас, шығындар, тәуекелдер, әсерлер) арасындағы салыстыру кестесін құрастыруға немесе гидроэнергетика үшін қарапайым қысым-шығару-қуат есептеулерінің мысалдарымен осы мақаланың техникалық нұсқасын жасауға көмектесе аламын.
