Шороон далангууд эрчим хүчний зориулалтаар ус хадгалахад хэрхэн ажилладаг вэ
Шороон далан нь усны менежментийн хамгийн түгээмэл дэд бүтцийн нэг бөгөөд ялангуяа усжуулалт, түүхий ус хангамж, үерийн хяналт, эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглагддаг. Шороон материалаас бүрддэг тул ихэвчлэн "энгийн" гэж үздэг ч шороон далангийн үйл ажиллагаа нь маш нарийн төвөгтэй байдаг. Тэд урт хугацааны усны даралтыг тэсвэрлэхийн тулд геотехникийн болон гидрологийн инженерийн хатуу зарчмуудыг ашиглан ажилладаг. Эрчим хүчний хувьд шороон далан нь байгалийн "зай" болж чухал үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд усны потенциал энергийг хадгалдаг бөгөөд үүнийг дараа нь турбинаар дамжуулан цахилгаан болгон хувиргаж болно. Энэ нийтлэлд шороон далан нь эрчим хүчний зориулалтаар усыг хэрхэн хадгалах, тэдгээрийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд, техникийн үүднээс хэрхэн ажилладаг, гэхдээ хэрхэн хүртээмжтэй хэвээр байгааг авч үзэх болно.
1. Шороон далан гэж юу вэ?
Шороон далан гэдэг нь ихэвчлэн нягтруулсан шорооноос бүрдэх, ихэвчлэн чулуун дүүргэлт болон ус нэвтэрдэггүй цөмтэй хослуулсан далан юм. Усны ачааллыг тэсвэрлэхийн тулд бетоны бат бөх чанарт тулгуурладаг бетон далангаас ялгаатай нь шороон далан нь хэт их нэвчилтээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд их хэмжээний масс, налуугийн тогтвортой байдал, дотоод ус нэвтрүүлдэггүй чанартаа тулгуурладаг.
Шороон даланг ихэвчлэн сонгодог, учир нь түүхий эд нь орон нутагт харьцангуй бэлэн байдаг, барилгын зардал бага байж болох бөгөөд шороон суурьтай өргөн хөндийд тохиромжтой байдаг. Гэсэн хэдий ч хөрсний нэвчилт болон усны агууламжаас хамааран зан төлөвийг өөрчлөх чадвартай тул тэдгээрийн зураг төсөл, менежмент нь нямбай сахилга бат шаарддаг.
2. Үндсэн зарчим: усны потенциал энергийг хадгалах
Далангийн болон эрчим хүчний хоорондын хамаарлын гол түлхүүр нь таталцлын потенциал энергийн тухай ойлголтод оршино. Тодорхой өндөрт байрлах усан санд хадгалагддаг ус нь энергийг хадгалдаг. Турбинтай харьцуулахад усны түвшин өндөр байх тусам ("толгой" буюу уналтын өндөр их байх тусам) илүү их энергийг ашиглаж болно.
Усан цахилгаан станц (УЦС)-д усан санд хадгалагдсан усыг дараа нь хаалтаар дамжуулан турбин руу дамжуулдаг. Турбин нь усны кинетик энергийг эргэлтэт механик энерги болгон хувиргаж, дараа нь генератороор цахилгаан болгон хувиргадаг. Энэ схемд шороон далан нь тогтвортой эрчим хүчний хангамжийг хангахын тулд усны хэмжээ болон усны түвшинг хадгалдаг.
Том хэмжээний усан цахилгаан станцуудад далан байх нь зүгээр л "хамгаалах хана" биш, харин улирлын турш усны хүртээмжийг зохицуулах хэрэгсэл юм. Жишээлбэл, голын урсац багассан хуурай улиралд ашиглахын тулд борооны улиралд ус хадгалах.
3. Шороон далангийн үндсэн бүтэц
Усны даралтыг тэсвэрлэх, тогтвортой байхын тулд шороон далан нь ерөнхийдөө хэд хэдэн чухал бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байдаг.
а) Чанга цөм
Далангийн биеэр ус нэвчихээс урьдчилан сэргийлэх хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсэг нь цөм юм. Цөмийг шавараар хийж болох бөгөөд энэ нь нэвчилт багатай. Шавар нь маш сайн нэвчилттэй тул нэвчилтийн хурдыг бууруулдаг бөгөөд хэрэв эмчлэхгүй бол дотоод элэгдэлд хүргэж болзошгүй.
Цөм нь ихэвчлэн далангийн төв хэсэгт (төв цөм) эсвэл дээд талд (дээд урсгалын цөм) байрладаг бөгөөд энэ нь загвараас хамаарна. Цөм байгаа нь шороон даланг зүгээр нэг шороон овоолго биш, харин өөрийн гэсэн үүрэгтэй давхаргатай систем болгодог.
б) Шилжилтийн бүс ба шүүлтүүр
Ус нэвтрүүлдэггүй цөмийн хажууд ихэвчлэн шүүлтүүрийн бүс болон шилжилтийн бүсүүд байдаг. Эдгээр нь дараахь зорилгоор үйлчилдэг зэрэглэлийн материалын (нарийн ширхэгтэйгээс бүдүүн ширхэгтэй) давхаргууд юм.
– нарийн ширхэгтэй тоосонцорыг барьж, шүүрэлтийн урсгалд автахгүй,
– хоолойн эрсдэлийг бууруулах (далан дотор элэгдэл “хоолой” үүсэх),
– нүх сүвний даралтыг бууруулж, шүүрэлтийн урсгалыг аюулгүй чиглүүлнэ.
Сайн шүүлтүүр бол геотехникийн “аюулгүйн тор” юм: энэ нь тодорхой хэмжээний ус нэвтрүүлэх боломжийг олгодог боловч хөрсний хэсгүүдийг зөөгдөхөөс сэргийлдэг.
в) Урсгалын дээд ба доод хэсгийг барих биетүүд (хясаа)
Бүрхүүл нь далангийн гол масс бөгөөд тогтвортой байдлыг хангадаг. Энэ хэсгийг ихэвчлэн илүү мөхлөгт хөрс эсвэл нягтруулсан хөрс-чулуулгийн холимогоор барьдаг. Бүрхүүл нь усны ачаалал, газар хөдлөлтийн чичиргээ эсвэл усны агууламжийн өөрчлөлтөөс болж дээд болон доод налуу нурахаас урьдчилан сэргийлэх зориулалттай.
d) Ус зайлуулах хоолой ба хурууны ус зайлуулах хоолой
Урсгалын доод хэсэгт шүүрэлтийн усыг цуглуулж, хяналттай байдлаар гадагшлуулахын тулд ус зайлуулах хоолойг ихэвчлэн суурилуулдаг. Ус зайлуулах хоолой нь дараах тохиолдолд чухал юм.
- далангийн бие дэх усны түвшинг бууруулах,
– хөрсний зүсэлтийн бат бөх чанарыг сулруулж болзошгүй нүх сүвний усны даралтыг бууруулна,
- шүүрэлтийг хянах ажлыг хялбарчилдаг.
e) Налуугийн хамгаалалт (давхарга)
Усан сангийн давалгаанд өртсөн дээд налууг элэгдэл эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд ихэвчлэн давалгааны хаалтаар доторлодог. Доод налууг хур тунадаснаас үүдэлтэй элэгдэл эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд өвс эсвэл бусад гадаргуугийн хамгаалалтаар хамгаалж болно.
4. Шороон далангууд усыг аюултай "гоожилт"гүйгээр хэрхэн барьж байдаг вэ?
Шороон далан бүрэн нэвчилтгүй байдаггүй. Бага хэмжээний нэвчилт хэвийн бөгөөд хүлээн зөвшөөрөгдөхүйц байдаг. Аюултай нь хөрсний хэсгүүдийг зөөж, дотоод элэгдлийн зам (хоолой) үүсгэдэг хяналтгүй нэвчилт юм. Хоолой нь далангийн эвдрэлийн хамгийн ноцтой шалтгаануудын нэг юм.
Аюулгүй байдлыг хангахын тулд шороон даланг гурван үндсэн аргаар зохион бүтээдэг:
1. Нэвчилт багатай цөмөөр дамжин урсах урсгалыг саатуулдаг.
2. Шүүрсэн ус нь "төлөвлөсөн" замаар урсаж, материалыг элэгдэлд оруулахгүйн тулд урсгалыг шүүлтүүр болон ус зайлуулах хоолойгоор хянана.
3. Зөв нягтрал, аюулгүй налуу налуу, материалын чанарын хяналт зэргээр тогтвортой байдлыг хангана.
Нягтралт нь гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Хөрсийг давхаргаар дүүргэж, дараа нь шаардлагатай нягтралд хүрэх хүртэл хүнд тоног төхөөрөмжөөр нягтруулдаг. Сайн нягтрал нь хоосон зайг багасгаж, бат бөх чанарыг нэмэгдүүлж, нэвчилтийг бууруулдаг.
5. Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх систем дэх шороон далангийн ажиллах процесс
Усан цахилгаан станцын системд шороон далан нь усыг барьж зогсохгүй эрчим хүчийг зохицуулдаг. Хялбаршуулсан ажлын урсгалыг энд оруулав:
1. Ус цуглуулах (урсгал)
Гол мөрөн болон цутгал голуудын ус усан сан руу цутгадаг. Энэ хэмжээ нь хур тунадас, усны хагалбарын нөхцөл байдал, улирлаас хамаарна.
2. Хадгалалт
Усан сангууд нөөцийг бий болгохын тулд усыг хадгалдаг. Усны урсгал ихтэй үед далан усыг "хэмнэдэг". Энэхүү нөөц нь цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэх эсвэл хуурай улиралд үнэлж баршгүй юм.
3. Усны түвшин болон урсацыг зохицуулах
Оператор нь турбин руу орох урсгал нь эрчим хүчний хэрэгцээ болон ашиглалтын хязгаартай тохирч байхаар босоо ам руу орох оролтын нүхийг хянадаг. Даралтын тухай ойлголт энд маш чухал юм: хэрэв усны түвшин хэт их буурвал үр ашиг болон цахилгааны чадал буурна.
4. Турбин-генератор дахь энерги хувиргалт
Даралтат ус нь турбин руу урсаж, турбины ирийг эргүүлж, генератороор дамжуулан цахилгаан үүсгэдэг.
5. Усны гаралт (урсгал)
Турбинаар дамжин өнгөрсний дараа ус гол руу буцдаг. Ингэснээр усны массыг биш харин энергийг нь "ашигладаг" боловч ууршилт болон бусад хэрэгцээнээс болж зарим алдагдал гардаг.
6. Асгарсан ус: үерийн үеийн аюулгүй байдал
Шороон далангууд нь аюулгүй байдлын бүрэлдэхүүн хэсэг болгон асгаралтын хоолойг ихээхэн ашигладаг. Асгаралтын хоолойнууд нь үерийн үед илүүдэл ус урсгах боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр усан сан далангийн орой дээгүүр халихаас сэргийлдэг.
Энэ нь маш чухал юм, учир нь ус халих нь (далангийн орой дээгүүр халих) шороон далангийн биеийг хурдан элэгдэж, эвдрэлд хүргэдэг. Тиймээс асгаралтын замыг ихэвчлэн бетон эсвэл элэгдэлд тэсвэртэй байгууламжаар барьдаг бөгөөд тэдгээрийн хүчин чадлыг төлөвлөсөн үерийн хэмжээнд үндэслэн тооцдог.
Эрчим хүчний хувьд асгаралтын хоолой нь усан цахилгаан станцын аюулгүй ажиллагааг хангахад тусалдаг. Хэрэв урсгал хэт өндөр байвал турбины систем нь гадагшлуулах болон ажиллах даралтын хязгаарлалттай тул турбинаар дамжин өнгөрөхгүйгээр зарим усыг асгаралтын хоолойгоор гадагшлуулж болно.
7. Эрчим хүчний зориулалттай шороон далангийн бэрхшээлүүд
Үр дүнтэй хэдий ч шороон далан нь хэд хэдэн бэрхшээлтэй тулгардаг:
– Усан сангийн тунадасжилт: дээд урсгалаас үүссэн шавар, элс тунадасжиж, усан сангийн эзэлхүүнийг бууруулж, улмаар эрчим хүчний нөөц жилээс жилд буурдаг.
– Уур амьсгалын өөрчлөлт болон хур тунадасны хэв маяг: урсацын тодорхойгүй байдал нь үйл ажиллагааны төлөвлөлт болон эрчим хүчний төсөөллийг илүү төвөгтэй болгодог.
– Налуугийн тогтвортой байдал: усны түвшний огцом хэлбэлзэл нь дээд налуугийн тогтвортой байдалд нөлөөлж болно (хурдан таталт).
– Газар хөдлөлт: газар хөдлөлтийн бүсүүд нь шингэрүүлэлт болон хэт их деформациас урьдчилан сэргийлэхийн тулд тусгай зураг төсөл шаарддаг.
– Засвар үйлчилгээ ба хяналт: Аюулын шинж тэмдгийг эрт илрүүлэхийн тулд пьезометр, шүүрэлтийн хэмжигч, хэв гажилтын ажиглалт зэрэг багаж хэрэгслийг тогтмол хийх шаардлагатай.
8. Дүгнэлт
Шороон далангууд нь энгийн материалыг зөв дизайн хийснээр өндөр технологийн дэд бүтэц болгон ашиглаж болохыг харуулсан жишээ юм. Эрчим хүч үйлдвэрлэхэд шороон далангууд нь усны потенциал энергийн нөөцийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд усны хэмжээ, өндрийг зохицуулдаг тул турбинууд шаардлагатай үед ажиллах боломжтой. Тэдгээрийн найдвартай байдал нь ус нэвтэрдэггүй цөм, шүүлтүүр болон ус зайлуулах систем, зохих нягтрал, даланг хүчтэй үерээс хамгаалах чадвартай асгаралтын хоолойноос хамаарна.
Шороон далан нь зөвхөн "усны усан сан"-аас илүү аюулгүй байдал, эрчим хүчний хэрэгцээ, усны нөөцийн менежментийг тэнцвэржүүлдэг инженерийн систем юм. Шороон далан нь сайтар төлөвлөлт, сахилга баттай ажиллагаа, тасралтгүй засвар үйлчилгээ хийснээр урт хугацааны цэвэр эрчим хүчний хангамжийг дэмжиж чадна.
