Усны урсгал болон эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг удирдах хяналтын системийн технологи
Усны менежмент нь орчин үеийн хөгжлийн хамгийн том сорилтуудын нэг бөгөөд ялангуяа хүний цэвэр ус, усжуулалт, эрчим хүчний хэрэгцээ тасралтгүй нэмэгдэж байгаатай холбоотой юм. Цаашилбал, уур амьсгалын өөрчлөлт нь хур тунадасны хэв маягийг улам тогтворгүй болгож, үер, ган гачгийн эрсдэлийг нэмэгдүүлж байна. Энэ нөхцөлд хяналтын системийн технологи нь усны урсгалын тогтвортой, аюулгүй, үр ашигтай менежментийг хангахын зэрэгцээ эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг, ялангуяа усан цахилгаан станц (УЦЭ) болон бусад усан суурьтай эрчим хүчний системд дэмжихэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
1. Усны дэд бүтцийн хяналтын системийн үндсэн ойлголтууд
Хяналтын систем гэдэг нь талбайн нөхцөл байдлыг хянах, өгөгдөлд суурилсан шийдвэр гаргах, дараа нь тодорхой зорилгод хүрэхийн тулд үйлдлүүдийг гүйцэтгэх зориулалттай технологийн багц (мэдрэгч, идэвхжүүлэгч, хянагч, програм хангамж) юм. Усны дэд бүтцийн хувьд эдгээр зорилтуудад далангийн усны түвшинг аюулгүй түвшинд байлгах, усалгааны сувгийн урсгалыг тогтворжуулах, эсвэл ундны усны түгээлтийн сүлжээнд даралтыг хадгалах зэрэг орно.
Хяналтын систем нь ерөнхийдөө дараахь зүйлсээс бүрдэнэ.
– Мэдрэгч: Усны түвшин, урсац, даралт, хөрсний чийг, усны чанар (рН, булингар), бүтцийн чичиргээ зэрэг параметрүүдийг хэмжинэ.
– Хөдөлгүүр: Жишээлбэл, усны хаалгыг нээх/хаах, турбины ирний өнцгийг өөрчлөх, насосыг асаах эсвэл хавхлагыг хянах зэрэг физик үйлдэл хийдэг төхөөрөмж.
– Хянагч: Системийн тархи нь PLC (Програмчлагдах Логик Хянагч), RTU (Алсын Терминалын Нэгж) эсвэл үйлдвэрлэлийн компьютер байж болно.
– Харилцаа холбоо ба хяналт: Алсын хяналт, мэдээлэл цуглуулах, тайлагнах зориулалттай SCADA (Хяналтын хяналт ба өгөгдөл цуглуулах) буюу IoT платформ.
Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэгтгэснээр усны урсгалыг зөвхөн "гараар зохицуулах" төдийгүй өгөгдөл болон алгоритмууд дээр үндэслэн оновчтой болгодог.
2. Усны урсгалын менежмент: Далангаас түгээлтийн сүлжээ хүртэл
а. Далан ба усан сангууд
Далангууд нь усны нөөц, үерийн хяналт, усан цахилгаан станц, усжуулалт, ахуйн хэрэгцээний усан хангамжийн үүргийг гүйцэтгэдэг. Гол бэрхшээл нь тэнцвэрийг хадгалах явдал юм: хуурай улиралд хангалттай ус хадгалах боловч оргил борооны үеэр аюулгүй байдлыг хангахын тулд хэт дүүргэхгүй байх.
Орчин үеийн хяналтын системүүд нь урсгалын өсөлтийг урьдчилан таамаглахын тулд усны түвшний мэдрэгч болон хур тунадасны мэдрэгчийг урсгалын дээд хэсэгт ашигладаг. Энэхүү өгөгдөл дээр үндэслэн хянагч нь асгаралтын хоолой эсвэл ус зайлуулах хаалгыг аажмаар нээх автомат командуудыг санал болгох эсвэл гүйцэтгэх боломжтой. Энэ нь урсгалын доод хэсэгт үерлэхийг улам хүндрүүлж болзошгүй гэнэтийн ус алдалтаас урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.
б. Усжуулалт ба суваг
Услалтын сүлжээнд усны зөв хуваарилалт нь хөдөө аж ахуйн бүтээмжийг тодорхойлдог. Хяналтын систем нь газрын хэрэгцээ, тариалалтын хуваарь, усны хүртээмжээс хамааран ус зайлуулах хоолойг тохируулах боломжийг олгодог. Зарим газарт хяналтын технологийг хөрсний чийгийн мэдрэгч болон цаг агаарын урьдчилсан мэдээтэй нэгтгэж, ургацын бодит хэрэгцээнд нийцүүлэн усыг нийлүүлдэг. Энэ арга нь хаягдлыг бууруулж, усны үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
в. Ундны усны хуваарилалт
Ундны усны хоолойд тогтвортой даралт, усны чанарыг хадгалах шаардлагатай. Хяналтын системүүд нь даралтыг тохируулах, илүүдэл даралтын улмаас үүссэн алдагдлыг бууруулахын тулд хувьсах давтамжийн хөтлөгч (VFD) ашиглан насосны хурдыг зохицуулж чаддаг. Цаашилбал, усны чанарын мэдрэгч нь рН эсвэл булингартай байдлын огцом өөрчлөлтийг илрүүлж, операторуудад ариутгалын бодисын тунг тохируулах эсвэл хоолойн хэсгүүдийг тусгаарлах зэрэг хурдан арга хэмжээ авах боломжийг олгодог.
3. Усан цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэлийн хяналтын систем
Уснаас цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэх нь усны урсгал ба даралт гэсэн хоёр үндсэн хувьсагчаас ихээхэн хамаардаг. Хяналтын систем нь тоног төхөөрөмжийн аюулгүй байдлыг хангахын зэрэгцээ эрчим хүчний гаралтыг хамгийн их байлгахын тулд хоёуланг нь оновчтой болгодог.
а. Турбин ба генераторын удирдлага
Усны турбинууд нь хаалга, ир (Каплан турбины хувьд) зэрэг хяналтын механизмтай байдаг. Хяналтын систем нь турбины урсгалын хурдыг тохируулахын тулд хаалганы нээлхийг зохицуулж, генераторын эргэлтийг хүссэн давтамж дээр (жишээлбэл, 50 Гц) тогтвортой байлгахыг баталгаажуулдаг. Энэхүү хяналт нь маш чухал бөгөөд учир нь сүлжээнд цахилгаан ачааллын өөрчлөлт хэдхэн секундын дотор гарч болзошгүй.
Үүнээс гадна, хянагч нь эвдрэлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд холхивчийн температур, чичиргээ, тосны даралт болон бусад параметрүүдийг хянадаг. Хэрэв ямар нэгэн эвдрэлийн шинж тэмдэг илэрвэл систем төхөөрөмжийг хамгаалахын тулд автоматаар унтардаг.
б. Усан цахилгаан станцын үйл ажиллагааг оновчтой болгох
Орчин үеийн усан цахилгаан станцууд зүгээр л "ус байхад турбин асаах"-аас гадна цахилгааны үнэ, оргил ачааллын шаардлага, ус хадгалах стратеги дээр үндэслэн оновчтой болгодог. Олон далантай системд зохицуулалттай хяналт нь оргил ачааллын үед цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд дээд усан сангаас доод усан сан руу ус гаргахыг зохицуулж, бусад хэрэглээнд ус нийлүүлдэг.
Энэ ойлголт нь шахуургатай агуулахын усан цахилгаан станцтай холбоотой бөгөөд энэ нь илүүдэл цахилгаан эрчим хүчийг (жишээлбэл, өдрийн цагаар нарны эрчим хүчнээс) ашиглан дээд усан сан руу ус шахаж, дараа нь шөнө эсвэл оргил ачааллын үед цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд дахин гаргадаг. Шахуургатай агуулахын хяналтын систем нь маш нарийн төвөгтэй байдаг, учир нь энэ нь ээлжлэн үйлдвэрлэх болон шахах горимуудыг агуулдаг.
4. SCADA, IoT болон Өгөгдлийн Аналитикийн үүрэг
SCADA
SCADA нь ус, эрчим хүчний дэд бүтцийн хяналтын гол тулгуур юм. Операторууд дэлгэцэн дээр бодит цагийн нөхцөл байдлыг харах, дохиолол хүлээн авах, төхөөрөмжийг алсаас хянах боломжтой. SCADA нь мөн түүхэн өгөгдлийг хадгалдаг бөгөөд энэ нь аудит, засвар үйлчилгээний төлөвлөлт, гүйцэтгэлийн шинжилгээнд хэрэгтэй.
IoT болон Edge Computing
IoT-ийн хөгжил нь мэдрэгчийг хямд, суурилуулахад хялбар болгосон. IoT мэдрэгчийг алслагдсан байршилд байрлуулж, үүрэн сүлжээ эсвэл LoRaWAN-аар дамжуулан өгөгдөл илгээж болно. Edge computing нь орон нутгийн төхөөрөмж дээр анхны шинжилгээ хийх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь интернетийн холболт тогтворгүй байсан ч системүүдийг үргэлжлүүлэн ажиллуулах боломжийг олгодог - уулархаг газар эсвэл голын эхэн хэсэгт чухал ач холбогдолтой.
Аналитик ба хиймэл оюун ухаан
Хангалттай өгөгдөлтэй бол аналитик болон хиймэл оюун ухаан дараахь зүйлийг тусалж чадна:
– Хур тунадас, хөрсний чийгшил, усны хагалбарын нөхцөл байдалд үндэслэн урсацын урьдчилсан тооцоо.
– Хоолойн гоожилт, хэт их тунадасжилт, эсвэл мэдрэгчийн буруу ажиллагаа зэрэг гажигийг илрүүлэх.
– Эрчим хүчний үр ашгийг хамгийн их байлгахын тулд турбины ажиллах хуваарийг оновчтой болгох.
– Эд анги эвдрэл гарахаас өмнө чичиргээ болон температурын хэв маягийг уншиж урьдчилан таамаглах засвар үйлчилгээ.
5. Аюулгүй байдал, найдвартай байдал, хэрэгжилтийн бэрхшээлүүд
Агуу давуу талуудтай хэдий ч хяналтын системүүд бодит бэрхшээлтэй тулгардаг.
а. Кибер аюулгүй байдал
Хяналтын системүүд сүлжээнд холбогдсон үед кибер халдлагын эрсдэл нэмэгддэг. Халдлага нь үйл ажиллагааны тасалдал, усны түвшний өгөгдлийг өөрчлөх, эсвэл үерийн хаалгыг зөвшөөрөлгүй хянах зэрэгт хүргэж болзошгүй. Тиймээс сүлжээний сегментчилэл, хүчтэй баталгаажуулалт, шифрлэлт, бүртгэлийн хяналт зэрэг кибер аюулгүй байдлын арга хэмжээг хэрэгжүүлэх нь чухал юм.
b. Мэдрэгчийн найдвартай байдал ба тохируулга
Бохирдсон, живсэн эсвэл гэмтсэн мэдрэгч нь алдаатай өгөгдөл үүсгэж, улмаар хяналтын буруу шийдвэр гаргахад хүргэдэг. Тогтмол засвар үйлчилгээ, тохируулга нь системийн чанарыг хадгалахад чухал үүрэгтэй.
в. Нийгэм ба засаглалын хүчин зүйлс
Усны менежментэд далангийн операторууд, фермерүүд, усны компаниуд, орон нутгийн засаг захиргаа, тэр ч байтугай цахилгаан станцууд гэх мэт олон тал оролцдог. Нарийн төвөгтэй хяналтын системийг тодорхой засаглал, ус түгээх журам, хүний нөөцийн сургалтаар дэмжих шаардлагатай бөгөөд ингэснээр технологийг зүгээр л "суурилуулаагүй", харин жинхэнэ утгаараа ашиглах боломжтой болно.
6. Хяналтын системд суурилсан ус, эрчим хүчний менежментийн ирээдүй
Ирээдүйд хяналтын системийн технологи улам бүр нэгтгэгдэж, дасан зохицох чадвартай, өгөгдөлд суурилсан болно. Бид далан болон усан цахилгаан станцуудад зориулсан дижитал ихэр төхөөрөмжүүдийг илүү ихээр харах бөгөөд энэ нь үерийн нөхцөл байдал эсвэл эрчим хүчний үйл ажиллагааг хээрийн нөхцөлд хэрэгжүүлэхээс өмнө симуляци хийх боломжийг олгоно. Цаашилбал, хиймэл дагуулын өгөгдөл, цаг агаарын радар, хээрийн мэдрэгчийг нэгтгэснээр гидрологийн урьдчилсан мэдээний нарийвчлал сайжирна.
Эцсийн дүнд эдгээр бүх инновацийн эцсийн зорилго нь аюулгүй, үр ашигтай, нөөцийн хэмнэлттэй, цаг уурын тодорхойгүй байдлыг тэсвэрлэх чадвартай системийг бий болгох явдал юм. Мэдрэгч, автоматжуулалт, SCADA, IoT, ухаалаг аналитикийг нэгтгэснээр усны урсгалын менежмент болон эрчим хүчний үйлдвэрлэлийг олон нийтийн хэрэгцээ болон байгаль орчны тогтвортой байдалд оновчтой болгож чадна.
-
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг илүү техникийн (жишээлбэл, PID алгоритм, PLC-SCADA архитектурын жишээ, эсвэл усан цахилгаан станцын кейс судалгааг оруулах) эсвэл ерөнхий уншигчдад илүү түгээмэл болгохын тулд өөрчилж болно.
