Усан цахилгаан станцын системд ус хадгалах үр ашигтай усан сангийн зураг төсөл
Усан цахилгаан станцууд (УЦС) нь гол "түлш" болгон усыг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч агуулахад хадгалж болох чулуужсан түлшнээс ялгаатай нь усан цахилгаан станцын энерги нь тодорхой өндөрт хадгалагдах потенциал энерги хэлбэрээр хадгалагддаг. Тиймээс усан сан нь амин чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм: энэ нь зүгээр л хадгалах цөөрөм биш, харин цахилгаан хангамжийн найдвартай байдал, турбины ажиллагааны үр ашиг, системийн ган гачиг, үерт тэсвэртэй байдлыг тодорхойлдог эрчим хүч хадгалах систем юм. Энэхүү нийтлэлд усан цахилгаан станцын системд ус хадгалах үр ашигтай усан сангийн дизайны зарчмуудыг гидрологийн талаас эхлээд үйл ажиллагаа, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл хүртэл авч үзэх болно.
1. Усан цахилгаан станцын эрчим хүчний үр ашигт усан сангуудын үүрэг
Усан цахилгаан станцын үр ашгийг зөвхөн турбин болон генератороос гадна усан сангийн урсац болон даралтыг зохицуулах чадвараар тодорхойлдог. Усан сангийн усны түвшин тогтвортой байх тусам турбин руу орж буй даралтыг тогтвортой байлгаж, улмаар илүү тогтвортой үйлдвэрлэлийн гүйцэтгэлийг бий болгодог. Усан сан нь мөн эрчим хүчний "шилжилт"-ийг зөвшөөрдөг: голын урсгал ихтэй үед усыг хадгалж, дараа нь цахилгаан эрчим хүчний оргил ачааллын үед эсвэл голын урсгал буурах үед гаргадаг. Усан сангийн сайн загвар нь усны алдагдлыг бууруулж, тунадасжилтыг багасгаж, асгаралтын үйл ажиллагааг оновчтой болгож, тоног төхөөрөмж болон экосистемийг тасалдуулахаас зайлсхийхийн тулд усны чанарыг хадгалдаг.
2. Гидрологийн шинжилгээ: Усан сангийн багтаамжийн сан
Эхний зураг төслийн алхам бол голын онцлог шинж чанар болон түүний ус цуглуулах талбайг ойлгох явдал юм. Анхан шатны мэдээлэлд хур тунадас, өдөр тутмын/сарын урсац, хамгийн бага урсац, төлөвлөсөн үерийн урсац, улирлын хэлбэлзэл (муссон, Эль-Ниньо-Ла-Ниньо) орно. Энэ нь үр дүнтэй хадгалах багтаамж, үйлдвэрлэлд ашиглаж болох усны хэмжээг тодорхойлдог.
Практикт гидрологийн шинжилгээ нь хоёр зүйлд хариулах зорилготой:
1) Хэр их хэмжээний ус бэлэн байх баталгаатай вэ? (найдвартай байдлын гарц)
2) Тогтвортой хангамжийг хангахын тулд хэр их хадгалах шаардлагатай вэ?
Массын муруй эсвэл усны балансын симуляци зэрэг аргууд нь үерийн аюулгүй байдлыг алдагдуулахгүйгээр жилийн эрчим хүчний зорилт болон оргил үеийн эрчим хүчний хэрэгцээг хангахын тулд усан сангийн хэмжээг тодорхойлоход тусалдаг.
3. Хадгалах санг тодорхойлох: Үхсэн хадгалах сан, Идэвхтэй хадгалах сан, Үерийн хадгалах сан
Усан сан дахь ус хадгалах үр ашиг нь усан сангийн эзлэхүүний хуваарилалтаас хамаарна:
– Үхмэл хадгалах: турбин ашиглах боломжгүй хамгийн бага хэрэглээний өндрөөс доош эзэлхүүн. Энэ хэсгийг ихэвчлэн тунадас идэвхтэй хадгалах хэмжээг хурдан бууруулахаас сэргийлж "барих" зорилгоор ашигладаг.
– Идэвхтэй хадгалах: үйлдвэрлэлийг зохицуулахад ашигладаг үйл ажиллагааны хэмжээ. Энэ бол эрчим хүчний үр ашгийн мөн чанар юм.
– Үерийн хуримтлал: үерийн оргил үеийг бууруулах, далан болон урсгалын доод хэсгийг хамгаалах зай нөөцлөх.
Үр ашигтай дизайн гэдэг нь нийт эзэлхүүнийг хамгийн их байлгах гэсэн үг биш, харин орон зайн тархалтыг оновчтой болгох гэсэн үг юм. Хэт жижиг усан сан нь хуурай улиралд усан цахилгаан станцуудад усны хомсдол байнга учруулдаг. Үүний эсрэгээр, хэт том усан сан нь зардлыг нэмэгдүүлж, нийгэм-байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг нэмэгдүүлж, ууршилтаас үүдэлтэй усны алдагдлыг нэмэгдүүлдэг.
4. Усны алдагдлыг багасгах: Ууршилт, шүүрэлт ба ашиглалт
Усны алдагдал нь үр ашгийн дайсан юм. Гол эх үүсвэрүүд нь:
1. Ууршилт: халуун, салхитай газар болон усан сангийн гадаргуу томтой үед нэмэгддэг. Ууршилтыг дарахын тулд зураг төсөлд усан сангийн хэлбэрийг "өргөн" биш харин "гүн" гэж авч үзэж болно, учир нь гадаргуугийн талбай бага байх нь ижил эзэлхүүнтэй үед ууршилтыг бууруулдаг.
2. Нэвчилт: суурь, тулгуур эсвэл геологийн хагарлаар дамжин үүсдэг. Усан сангийн үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд геотехникийн зохих судалгаа, зуурмаг, таслах хана, дотоод ус зайлуулах хоолой шаардлагатай.
3. Үр ашиггүй ус алдагдах: Цахилгаан үүсгэлгүйгээр асгарсан ус нь эрчим хүчний үр ашгийг бууруулдаг. Тиймээс усан сангийн ашиглалтын стратеги, урсгалыг урьдчилан таамаглах, цахилгаан эрчим хүчний системтэй уялдуулах нь маш чухал юм.
5. Тунадасжилтын хяналт: Усан сангийн ашиглалтын хугацааг хадгалах
Тунадасжилт нь цаг хугацааны явцад үр ашигтай хадгалах багтаамж буурах гол шалтгаан болдог. Бууруулах арга хэмжээ авахгүй бол усан сангууд агшиж, улмаар эрчим хүчний үйлдвэрлэл буурч, хэрэглээ тасалдах эрсдэл нэмэгддэг. Үр ашигтай зураг төсөлд дараахь зүйлс орно.
– Усны хагалбарын элэгдэл, газрын ашиглалт, тунадасны шинж чанарт үндэслэн тунадасны хурдыг тооцоол.
– Хашаа руу тунадас орохыг багасгахын тулд оролт болон гаралтын нүхийг байрлуулах.
– Ус зайлуулах хаалга (нам түвшний гаралт) ашиглан өндөр урсацтай үед тунадасыг угаах эсвэл шүрших.
– Бүдүүн тунадасыг барихын тулд урсгалын дээд хэсэгт хамгаалалтын далан эсвэл сабо төлөвлө.
– Усны хагалбарын менежмент: ойжуулалт, дэнж, хөрс хамгаалах арга барил нь зөвхөн усан сан дахь техникийн шийдлүүдээс урт хугацаанд илүү үр дүнтэй байдаг.
Үр ашигтай усан сан гэдэг нь зөвхөн эхэндээ том хэмжээтэй төдийгүй хэдэн арван жилийн турш идэвхтэй хадгалалтаа хадгалдаг усан сан юм.
6. Далан болон асгаралтын зураг төсөл: Аюулгүй, найдвартай, хэмнэлттэй
Далангууд нь геологийн нөхцөл, материалын бэлэн байдал, бүтцийн шаардлагаас хамааран чулуун дүүргэлт, шороон дүүргэлт, таталцлын бетон эсвэл нуман бетон байж болно. Үр ашиг гэдэг нь энд оновчтой "амьдралын мөчлөгийн зардал"-ыг хэлнэ: барилга байгууламж, ашиглалт, засвар үйлчилгээ, эрсдэл.
Асгарсан ус нь далангийн тогтвортой байдалд заналхийлэлгүйгээр хэт их хэмжээний үерийг даван туулах чадвартай байх ёстой. Хэрэв асгарсан ус хэтэрхий жижиг бол давж гарах эрсдэл нэмэгддэг (маш аюултай нөхцөл байдал). Хэрэв хэтэрхий том бол зардал нэмэгддэг. Орчин үеийн асгарсан ус нь бүтцийг гэмтээж болзошгүй элэгдэл эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд хангалттай эрчим хүчний тархалтыг авч үздэг.
7. Оролтын хоолой, хогийн сав, турбины ажиллагаа: Толгой болон гадагшлуулах ажиллагааг оновчтой болгох
Оролтын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг тогтвортой урсгалыг хангах, эргүүлгийг багасгах, бөглөрөхөөс сэргийлэхээр зохион бүтээсэн байх ёстой. Хогийн сав нь хог хаягдал, модыг шүүдэг бол тармуурын систем нь найдвартай байдлыг сайжруулдаг. Эрчим хүчний үр ашгийн үүднээс авч үзвэл цэвэр усны даралтыг хадгалахын тулд ашиглалтын усны түвшинг оновчтой хязгаарт байлгах нь чухал юм. Усны түвшний хэлбэлзэл их байх тусам турбин хамгийн их үр ашгийн цэгээсээ давсан давтамжтайгаар ажилладаг.
Турбины төрлийг (Каплан, Фрэнсис, Пелтон) сонгох нь усан сангийн загвар болон даралттай холбоотой. Харьцангуй тогтмол даралттай усан сангууд нь илүү тогтвортой ажиллах боломжийг олгодог бол даралт ихтэй системүүд нь зохих хяналтын стратеги болон турбины сонголтыг шаарддаг.
8. Усны чанар ба байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл: Системийн үр ашгийн нэг хэсэг
Усан сангийн үр ашгийг зөвхөн кВт.ц-аар хэмждэггүй, мөн тогтвортой байдлаар хэмждэг. Том хэмжээний усан сангууд нь дулааны давхаргажилтыг үүсгэж, ёроолын давхаргад ууссан хүчилтөрөгчийг бууруулж, замагны өсөлтийг өдөөж болно. Усны чанар муу нь зэврэлтийг хурдасгаж, тоног төхөөрөмжийг эвдэж, урсгалын доод экосистемд асуудал үүсгэдэг.
Дизайны шийдлүүдэд олон түвшний ус зайлуулах хоолой (янз бүрийн гүнээс ус авах), агааржуулалт, урсгалын доод хэсгийн амьдрах орчныг хадгалахын тулд экологийн урсгалыг зохицуулах зэрэг орно. Нэмж дурдахад, загасны нүүдлийг хадгалахын тулд загасны шат эсвэл загасны гарцыг авч үзэж болно.
9. Усан сангийн үйл ажиллагааг цахилгааны системтэй нэгтгэх
Усан цахилгаан станцууд нь бусад цахилгаан болон эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн ачаалал (нүүрсээр ажилладаг цахилгаан станцууд, хийн түлшээр ажилладаг цахилгаан станцууд, нарны эрчим хүч, салхины эрчим хүч)-тэй нэгдсэн байдлаар ажиллах үед үнэ цэнийг нь хамгийн их байлгадаг "эрчим хүчний банкууд" юм. Цаг агаарт суурилсан урсгалын урьдчилсан мэдээ болон гидрологийн загваруудын тусламжтайгаар операторууд эрчим хүчний гарцыг хамгийн их байлгахын тулд усыг хэзээ хадгалах, гаргахаа, ялангуяа оргил ачааллын үед удирдах боломжтой.
Орчин үеийн системүүдийн хувьд SCADA, усны түвшний мэдрэгч, тунадасны мэдрэгч, хур тунадасны бодит цагийн урьдчилсан мэдээ нь шийдвэр гаргах үр ашгийг сайжруулдаг. Зарим төслүүдэд алгоритм дээр суурилсан оновчлолын арга нь хамгийн хэмнэлттэй, аюулгүй усан сангийн дүрмийн муруйг тодорхойлоход ч тусалдаг.
Дүгнэлт
Усан цахилгаан станцын усан сангийн үр ашигтай зураг төсөл нь зөвхөн хадгалах багтаамжийг нэмэгдүүлэхээс илүү ихийг хамардаг; мөн багтаамж, үерийн аюулгүй байдал, усны алдагдал, тунадасны хяналт, хэрэглээний найдвартай байдал, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг тэнцвэржүүлдэг. Үүний үндэс нь бат бөх гидрологийн шинжилгээ, хадгалах агуулахын зохистой хуваарилалт (үхсэн-идэвхтэй-үер), өөрчлөгдөж буй уур амьсгал болон цахилгаан эрчим хүчний ачааллын хэв маягт дасан зохицох үйл ажиллагааны стратегиуд юм. Үр ашигтайгаар зохион бүтээгдсэн усан сангууд нь илүү тогтвортой цахилгаан эрчим хүчээр хангаж, ашиглалтын хугацаа уртсаж, засвар үйлчилгээний зардал багасч, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг зохицуулдаг бөгөөд энэ нь тэдгээрийг тогтвортой, цэвэр эрчим хүчний шилжилтийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг болгодог.
Хэрэв та хүсвэл борооны болон хуурай улирлын аль алиных нь хувьд кейс судалгаа (жишээ нь олон зориулалттай усан сан ба усан цахилгаан станцын усан сан), дизайны параметрийн жишээ, эсвэл усан сангийн ашиглалтын дүрмийн муруйн хүрээг нэмж тусалж чадна.
