Усан цахилгаан станц гэдэг нь байгалийн голуудын усны энергийг хүмүүсийн хэрэглээнд зориулж цахилгаан болгон хувиргах явдал юм. Цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд нарны эрчим хүч, гол мөрний усны эрчим хүч, агаарын урсгалаар үүсгэгдсэн салхины эрчим хүч гэх мэт янз бүрийн эрчим хүчний эх үүсвэрийг ашигладаг. Усан цахилгаан станц ашиглан усан цахилгаан үйлдвэрлэх өртөг хямд бөгөөд усан цахилгаан станц барих ажлыг бусад ус хамгаалах төслүүдтэй хослуулж болно. Манай улс усан цахилгаан станцын нөөцөөр маш баялаг бөгөөд нөхцөл байдал нь маш сайн. Усан цахилгаан станц нь үндэсний эдийн засгийг бүтээхэд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Голын дээд урсгалын усны түвшин доод урсгалын усны түвшингээс өндөр байдаг. Голын усны түвшний зөрүүнээс болж усны энерги үүсдэг. Энэ энергийг потенциал энерги буюу потенциал энерги гэж нэрлэдэг. Голын усны өндрийн зөрүүг дусал гэж нэрлэдэг бөгөөд үүнийг усны түвшний зөрүү буюу усны толгой гэж нэрлэдэг. Энэ дусал нь гидравлик хүч үүсэх үндсэн нөхцөл юм. Үүнээс гадна гидравлик хүчний хэмжээ нь голын усны урсгалын хэмжээнээс хамаардаг бөгөөд энэ нь дусалтай адил чухал өөр нэг үндсэн нөхцөл юм. Уналт болон урсгал хоёулаа гидравлик хүчин чадалд шууд нөлөөлдөг; дуслын усны хэмжээ их байх тусам гидравлик хүч их байдаг; хэрэв дусал болон усны хэмжээ харьцангуй бага байвал усан цахилгаан станцын гарц бага байх болно.
Уналтыг ерөнхийдөө метрээр илэрхийлдэг. Градиент гэдэг нь уналт ба зайны харьцаа бөгөөд энэ нь уналтын концентрацийн түвшинг харуулж чадна. Уналт нь илүү төвлөрсөн бөгөөд гидравлик хүчийг ашиглах нь илүү тохиромжтой. Усан цахилгаан станцын ашигладаг уналт нь турбинаар дамжин өнгөрсний дараа усан цахилгаан станцын дээд урсгалын усны гадаргуу ба доод урсгалын усны гадаргуугийн зөрүү юм.
Урсгал гэдэг нь голын урсгалын нэгж хугацаанд урсаж буй усны хэмжээ бөгөөд үүнийг нэг секундэд куб метрээр илэрхийлдэг. Нэг куб метр ус нь нэг тонн юм. Голын урсгал ямар ч үед өөрчлөгддөг тул урсгалын тухай ярихдаа тухайн урсаж буй газрын цагийг тайлбарлах ёстой. Урсгал нь цаг хугацааны явцад маш их өөрчлөгддөг. Манай орны голууд зун, намрын улиралд борооны улиралд их урсгалтай, өвөл, хавар харьцангуй бага урсгалтай байдаг. Ерөнхийдөө голын урсгал дээд хэсэгт харьцангуй бага байдаг; цутгалууд нийлдэг тул доод урсгал аажмаар нэмэгддэг. Тиймээс дээд урсгалын уналт төвлөрсөн боловч урсгал бага байдаг; доод урсгалын урсгал их боловч уналт харьцангуй тархай бутархай байдаг. Тиймээс голын дунд хэсэгт гидравлик хүчийг ашиглах нь хамгийн хэмнэлттэй байдаг.
Усан цахилгаан станцын ашигладаг уналт болон урсгалыг мэдэж байгаа тул түүний гаралтыг дараах томъёогоор тооцоолж болно.
N= GQH
Томъёонд N-гаралтыг киловаттаар илэрхийлсэн чадлыг мөн гэж нэрлэж болно;
Q–урсгал, секундэд куб метрээр;
H – уналт, метрээр;
G = 9.8 , нь таталцлын хурдатгал, нэгж: Ньютон/кг
Дээрх томъёоны дагуу онолын чадлыг ямар ч алдагдлыг хасалгүйгээр тооцоолно. Үнэндээ усан цахилгаан станцын үйлдвэрлэлийн процесст турбин, дамжуулах төхөөрөмж, генератор гэх мэт бүх төхөөрөмжүүд гарцаагүй цахилгааны алдагдалтай байдаг. Тиймээс онолын чадлыг хасах ёстой, өөрөөр хэлбэл бидний ашиглаж болох бодит чадлыг үр ашгийн коэффициентоор үржүүлэх ёстой (тэмдэглэгээ: K).
Усан цахилгаан станцын генераторын тооцоолсон чадлыг нэрлэсэн чадлыг, бодит чадлыг бодит чадлыг гэж нэрлэдэг. Эрчим хүчний хувиргалтын явцад эрчим хүчний нэг хэсгийг алдах нь зайлшгүй юм. Усан цахилгаан үйлдвэрлэх явцад турбин болон генераторын алдагдал голчлон гардаг (шугам хоолойд ч алдагдал гардаг). Хөдөөгийн бичил усан цахилгаан станцын янз бүрийн алдагдал нь нийт онолын чадлын 40-50%-ийг эзэлдэг тул усан цахилгаан станцын гаралт нь онолын чадлын ердөө 50-60%-ийг л ашиглаж чаддаг, өөрөөр хэлбэл үр ашиг нь ойролцоогоор 0.5-0.60 байдаг (үүнээс турбины үр ашиг 0.70-0.85, генераторын үр ашиг 0.85-0.90, дамжуулах хоолой болон дамжуулах төхөөрөмжийн үр ашиг 0.80-0.85 байдаг). Тиймээс усан цахилгаан станцын бодит чадлыг (гаралт) дараах байдлаар тооцоолж болно.
K – усан цахилгаан станцын үр ашгийг (0.5～0.6) бичил усан цахилгаан станцын барагцаалсан тооцоонд ашигладаг; энэ утгыг дараах байдлаар хялбарчилж болно:
N=(0.5～0.6)QHG Бодит чадал=үр ашиг×урсгал×уналт×9.8
Усан цахилгаан станцын хэрэглээ нь усны эрчим хүчийг ашиглан машиныг хөдөлгөх явдал бөгөөд үүнийг усны турбин гэж нэрлэдэг. Жишээлбэл, манай улсад эртний усны дугуй нь маш энгийн усны турбин юм. Одоо ашиглагдаж буй янз бүрийн гидравлик турбинууд нь янз бүрийн тодорхой гидравлик нөхцөлд тохирсон тул илүү үр ашигтай эргэлдэж, усны энергийг механик энерги болгон хувиргах боломжтой. Өөр нэг төрлийн машин механизм болох генераторыг турбинд холбосон бөгөөд генераторын ротор нь турбинтай хамт эргэлдэж цахилгаан үүсгэдэг. Генераторыг хоёр хэсэгт хувааж болно: турбинтай хамт эргэлддэг хэсэг ба генераторын тогтмол хэсэг. Турбинтай холбогдож эргэлддэг хэсгийг генераторын ротор гэж нэрлэдэг бөгөөд роторын эргэн тойронд олон соронзон туйл байдаг; роторын эргэн тойронд байрлах тойрог нь генераторын статор гэж нэрлэгддэг генераторын тогтмол хэсэг бөгөөд статор нь олон зэс ороомогоор ороосон байдаг. Роторын олон соронзон туйлууд статорын зэс ороомгийн дунд эргэлдэх үед зэс утсан дээр гүйдэл үүсч, генератор нь механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг.
Цахилгаан станцаас үүссэн цахилгаан энергийг янз бүрийн цахилгаан тоног төхөөрөмж механик энерги (цахилгаан мотор эсвэл мотор), гэрлийн энерги (цахилгаан чийдэн), дулааны энерги (цахилгаан зуух) гэх мэт болгон хувиргадаг.
усан цахилгаан станцын бүтэц
Усан цахилгаан станцын найрлагад: гидравлик бүтэц, механик тоног төхөөрөмж, цахилгаан тоног төхөөрөмж орно.
(1) Гидравлик байгууламж
Энэ нь далан (далан), ус нэвтрүүлэх хаалга, суваг (эсвэл хонгил), даралтын урд сав (эсвэл зохицуулах сав), даралтын хоолой, цахилгаан станц болон сүүлний хоолой гэх мэттэй.
Голын усыг хааж, усны гадаргууг дээшлүүлж усан сан үүсгэхийн тулд голд далан (далан) барьдаг. Ийм байдлаар далан дээрх усан сангийн усны гадаргуу болон далангийн доорх голын усны гадаргуугийн хооронд төвлөрсөн дусал үүсч, дараа нь ус дамжуулах хоолой эсвэл хонгил ашиглан усан цахилгаан станц руу ус оруулдаг. Харьцангуй эгц голуудад голын ус зайлуулах суваг ашиглах нь дусал үүсгэж болно. Жишээлбэл: Ерөнхийдөө байгалийн голын нэг километр тутамд унах хэмжээ 10 метр байдаг. Хэрэв голын энэ хэсгийн дээд үзүүрт голын усыг оруулах суваг нээвэл голын дагуу суваг ухаж, сувгийн налуу нь тэгш болно. Хэрэв сувагт нэг километр тутамд уналт хийвэл ердөө 1 метрээр буурч, ус сувагт 5 километр урсаж, усны гадаргуу ердөө 5 метрээр буурсан бол байгалийн сувагт 5 километр явсны дараа ус 50 метрээр буурсан. Энэ үед сувгийн усыг голын дагуу ус дамжуулах хоолой эсвэл хонгилоор цахилгаан станц руу буцааж хүргэдэг бөгөөд цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох 45 метрийн төвлөрсөн дусал байдаг. Зураг 2
Төвлөрсөн уналттай усан цахилгаан станц байгуулахын тулд голын суваг, хонгил эсвэл усны хоолой (хуванцар хоолой, ган хоолой, бетон хоолой гэх мэт) ашиглахыг голын сувагтай усан цахилгаан станц гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь усан цахилгаан станцуудын ердийн зохион байгуулалт юм.
(2) Механик болон цахилгаан тоног төхөөрөмж
Дээр дурдсан гидравлик байгууламжуудаас (далан, суваг, урд талбай, даралтын хоолой, цех) гадна усан цахилгаан станцад дараах тоног төхөөрөмж шаардлагатай.
(1) Механик тоног төхөөрөмж
Турбин, зохицуулагч, хаалганы хавхлага, дамжуулах төхөөрөмж болон үүсгүүргүй тоног төхөөрөмж байдаг.
(2) Цахилгаан тоног төхөөрөмж
Генератор, түгээлтийн хяналтын самбар, трансформатор болон дамжуулах шугамууд байдаг.
Гэхдээ бүх жижиг усан цахилгаан станцууд дээр дурдсан гидравлик бүтэц, механик болон цахилгаан тоног төхөөрөмжтэй байдаггүй. Хэрэв нам даралтын усан цахилгаан станцын усны даралт 6 метрээс бага байвал усны чиглүүлэгч суваг болон задгай сувгийн усны сувгийг ерөнхийдөө ашигладаг бөгөөд даралтын урд хэсэг болон даралтын усны хоолой байдаггүй. Цахилгаан хангамжийн хүрээ бага, дамжуулах зай багатай цахилгаан станцуудын хувьд шууд цахилгаан дамжуулах аргыг ашигладаг бөгөөд трансформатор шаардлагагүй. Усан сантай усан цахилгаан станцууд далан барих шаардлагагүй. Гүн ус нэвтрүүлэх хоолой, далангийн дотор хоолой (эсвэл хонгил) болон асгаралтын хоолойг ашиглах нь далан, ус нэвтрүүлэх хаалга, суваг, даралтын урд хэсэг зэрэг гидравлик байгууламжийн хэрэгцээг арилгадаг.
Усан цахилгаан станц барихын тулд юуны өмнө сайтар судалгаа, зураг төслийн ажлыг хийх ёстой. Зураг төслийн ажилд зураг төслийн гурван үе шат байдаг: урьдчилсан зураг төсөл, техникийн зураг төсөл, барилгын нарийвчилсан зураг төсөл. Зураг төслийн ажлыг сайн хийхийн тулд эхлээд сайтар судалгааны ажил хийх, өөрөөр хэлбэл орон нутгийн байгалийн болон эдийн засгийн нөхцөл байдал - тухайлбал газарзүйн байршил, геологи, гидрологи, хөрөнгө гэх мэтийг бүрэн ойлгох шаардлагатай. Зураг төслийн зөв, найдвартай байдлыг зөвхөн эдгээр нөхцөл байдлыг эзэмшиж, дүн шинжилгээ хийсний дараа л баталгаажуулж болно.
Жижиг усан цахилгаан станцуудын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь усан цахилгаан станцын төрлөөс хамааран янз бүрийн хэлбэртэй байдаг.
3. Топографийн судалгаа
Топографийн судалгааны ажлын чанар нь инженерийн зохион байгуулалт болон инженерийн тоо хэмжээний тооцоонд ихээхэн нөлөөлдөг.
Геологийн хайгуул (геологийн нөхцөл байдлыг ойлгох) нь усны хагалбар болон голын дагуух геологийн талаарх ерөнхий ойлголт, судалгаанаас гадна машины өрөөний суурь бат бөх эсэхийг ойлгох шаардлагатай бөгөөд энэ нь цахилгаан станцын аюулгүй байдалд шууд нөлөөлдөг. Тодорхой хэмжээний усан сангийн далан нурсны дараа усан цахилгаан станцад хохирол учруулаад зогсохгүй, голын доод хэсэгт амь нас, эд хөрөнгийн асар их хохирол учруулна.
4. Гидрологийн туршилт
Усан цахилгаан станцуудын хувьд хамгийн чухал гидрологийн өгөгдөл нь голын усны түвшин, урсац, тунадасны агууламж, мөстлөгийн нөхцөл байдал, цаг уурын өгөгдөл болон үерийн судалгааны өгөгдөл юм. Голын урсацын хэмжээ нь усан цахилгаан станцын асгаралтын замын зохион байгуулалтад нөлөөлдөг. Үерийн ноцтой байдлыг дутуу үнэлэх нь далангийн эвдрэлд хүргэх бөгөөд голын авчирсан тунадас хамгийн муу тохиолдолд усан санг хурдан дүүргэж болзошгүй. Жишээлбэл, цутгах суваг нь сувгийг лаг шаварт автуулж, бүдүүн ширхэгтэй тунадас нь турбинаар дамжин өнгөрч, турбины элэгдэлд хүргэдэг. Тиймээс усан цахилгаан станц барихад хангалттай гидрологийн өгөгдөл байх ёстой.
Тиймээс усан цахилгаан станц барихаар шийдэхээсээ өмнө бид эхлээд эрчим хүчний хангамжийн бүсийн эдийн засгийн хөгжлийн чиглэл болон цахилгаан эрчим хүчний ирээдүйн эрэлтийг судлах ёстой. Үүний зэрэгцээ, хөгжлийн бүсийн бусад эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийн нөхцөл байдлыг тооцоолох хэрэгтэй. Дээрх нөхцөл байдлыг судалж, шинжилсний дараа л усан цахилгаан станц барих шаардлагатай эсэх, цар хүрээ нь хэр том байх ёстойг шийдэж чадна.
Ерөнхийдөө усан цахилгаан станцын судалгааны ажлын зорилго нь усан цахилгаан станцын зураг төсөл, барилга байгууламжид шаардлагатай үнэн зөв, найдвартай үндсэн мэдээллийг өгөх явдал юм.
5. Талбай сонгох ерөнхий нөхцөл
Талбай сонгох ерөнхий нөхцлийг дараах дөрвөн талаас тайлбарлаж болно.
(1) Сонгосон талбай нь усны эрчим хүчийг хамгийн хэмнэлттэй аргаар ашиглах, зардал хэмнэх зарчмыг дагаж мөрдөх ёстой, өөрөөр хэлбэл цахилгаан станц баригдаж дууссаны дараа хамгийн бага мөнгө зарцуулж, хамгийн их цахилгаан үйлдвэрлэх ёстой. Үүнийг ихэвчлэн жилийн цахилгаан үйлдвэрлэх орлого болон станц барихад оруулсан хөрөнгө оруулалтыг тооцоолж хэмжиж, хөрөнгө оруулалт хэр удаан хугацаанд нөхөгдөж болохыг харж болно. Гэсэн хэдий ч гидрологи, газарзүйн нөхцөл байдал өөр өөр газарт өөр өөр байдаг бөгөөд цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээ бас өөр өөр байдаг тул барилгын зардал болон хөрөнгө оруулалтыг тодорхой утгаар хязгаарлаж болохгүй.
(2) Сонгосон талбайн топографи, геологи, гидрологийн нөхцөл харьцангуй давуу байх ёстой бөгөөд зураг төсөл, барилгын ажилд боломж байх ёстой. Жижиг усан цахилгаан станц барихад барилгын материалыг аль болох "орон нутгийн материал"-ын зарчимд нийцүүлэн ашиглах ёстой.
(3) Цахилгаан дамжуулах тоног төхөөрөмжийн хөрөнгө оруулалт болон цахилгаан алдагдлыг бууруулахын тулд сонгосон талбай нь цахилгаан хангамж болон боловсруулах талбайд аль болох ойр байх шаардлагатай.
(4) Талбайг сонгохдоо одоо байгаа гидравлик байгууламжийг аль болох ашиглах хэрэгтэй. Жишээлбэл, усны дуслыг усалгааны сувагт усан цахилгаан станц барихад ашиглаж болно, эсвэл усалгааны усан сангийн хажууд усалгааны урсгалаас цахилгаан үйлдвэрлэх усан цахилгаан станц барьж болно гэх мэт. Эдгээр усан цахилгаан станцууд ус байгаа үед цахилгаан үйлдвэрлэх зарчимд нийцэж чаддаг тул тэдгээрийн эдийн засгийн ач холбогдол нь илүү тодорхой юм.
Нийтэлсэн цаг: 2022 оны 5-р сарын 19
