ອ່າງພັກນ້ຳ (Forebay) ໃນລະບົບໄຟຟ້ານ້ຳຕົກ
ຄຳນິຍາມ ແລະ ຄວາມສຳຄັນ
ອ່າງພັກນ້ຳ (Forebay) ຫຼື ອ່າງເທິງ (Headpond) ແມ່ນໂຄງສ້າງທາງຊົນລະປະທານ ທີ່ຕັ້ງຢູ່ຈຸດສຸດທ້າຍຂອງຄອງສົ່ງນ້ຳ (Headrace Channel) ແລະ ເປັນຈຸດເລີ່ມຕົ້ນຂອງທໍ່ສົ່ງນ້ຳແຮງດັນ (Penstock) ກ່ອນນ້ຳຈະເຂົ້າສູ່ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າ. ມັນມີບົດບາດສຳຄັນຫຼາຍ ເພາະເປັນຕົວປ່ຽນຜ່ານຈາກການໄຫຼແບບຄອງເປີດ (open channel flow) ໄປສູ່ການໄຫຼແບບທໍ່ມີຄວາມດັນ (pressurized pipe flow). ການອອກແບບທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ ອາດເຮັດໃຫ້ເກີດການດູດອາກາດ (air entrainment) ເຂົ້າໄປໃນ Penstock ເຊິ່ງຈະຫຼຸດປະສິດທິພາບຂອງ turbine ແລະ ສ້າງຄວາມເສຍຫາຍ.
ໜ້າທີ່ຫຼັກຂອງ Forebay
ອ່າງພັກນ້ຳຖືກອອກແບບມາເພື່ອປະຕິບັດໜ້າທີ່ຫຼາຍຢ່າງປະສົມກັນ:
ຮັບປະກັນການປ່ຽນການໄຫຼ ແລະ ຄວາມເລິກໜ້ານ້ຳຕໍ່າສຸດ – Forebay ຮັບປະກັນວ່າບໍລິເວນປາກທາງເຂົ້າຂອງ Penstock ມີຄວາມເລິກຂອງນ້ຳພຽງພໍ ເພື່ອປ້ອງກັນການດູດອາກາດ (vortex). ຄວາມເລິກນີ້ເອີ້ນວ່າ "ຫົວນ້ຳຈົມ" (submergence head).
ຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບຈາກ Water Hammer – ເມື່ອມີການປ່ຽນແປງໂຫຼດຢ່າງກະທັນຫັນ (ຕົວຢ່າງ: ເຄື່ອງກຳເນີດໄຟຟ້າຢຸດທັນທີ), Forebay ຈະຊ່ວຍດູດຊັບພະລັງງານສ່ວນເກີນ ແລະ ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ຄື້ນຄວາມດັນ (pressure surge) ແຜ່ກະຈາຍຂຶ້ນໄປຕາມຄອງສົ່ງນ້ຳ.
ກັກເກັບນ້ຳຊົ່ວຄາວ – ເປັນແຫຼ່ງກັກເກັບນ້ຳຈຳນວນໜຶ່ງ ເພື່ອສະໜອງໃຫ້ແກ່ຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນກະທັນຫັນ ຫຼື ຮອງຮັບນ້ຳສ່ວນເກີນເມື່ອຄວາມຕ້ອງການຫຼຸດລົງ.
ດັກຕະກອນເພີ່ມເຕີມ – ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນ "ອ່າງຕົກຕະກອນ" ຊັ້ນສອງ, ດັກເອົາຕະກອນລະອຽດທີ່ຫຼົບຜ່ານອ່າງດັກຕະກອນຫຼັກ ຫຼື ຖືກເຊາະມາຈາກຄອງດິນ.
ຄວບຄຸມນ້ຳເກີນ – ນ້ຳທີ່ເກີນຄວາມຕ້ອງການ ຈະຖືກປ່ອຍອອກຜ່ານທາງລະບາຍນ້ຳ (Spillway) ຂ້າງໆ ເພື່ອບໍ່ໃຫ້ນ້ຳລົ້ນເຂື່ອນ ແລະ ສ້າງຄວາມເສຍຫາຍ.
ປະເພດຂອງ Forebay
ການເລືອກປະເພດ Forebay ທີ່ເໝາະສົມ ຂຶ້ນກັບຫຼາຍປັດໃຈ ເຊັ່ນ: ສະຖານທີ່ຕັ້ງ, ສະພາບພື້ນຖານ, ຂະໜາດໂຄງການ, ແລະ ງົບປະມານ. ປະເພດທີ່ພົບເລື້ອຍມີ 4 ແບບຄື:
1. ອ່າງປູນຜະສົມບົນພື້ນດິນ (Concrete on Foundation)
ແມ່ນຖັງຮູບສີ່ແຈສາກ ຫຼື ສີ່ຫຼ່ຽມຄາດ (trapezoidal) ທີ່ເຮັດດ້ວຍປູນຜະສົມ ມັກຈະກໍ່ສ້າງເທິງພື້ນດິນ ຫຼື ເທິງຕະກອນທີ່ຖືກອັດແໜ້ນ. ມັນມີຄວາມທົນທານສູງ ແລະ ບຳລຸງຮັກສາງ່າຍ, ແຕ່ຕ້ອງການວັດສະດຸກໍ່ສ້າງ ແລະ ການຂົນສົ່ງທີ່ດີ. ເປັນປະເພດທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດ ສຳລັບໂຄງການຂະໜາດກາງ ຫາ ໃຫຍ່.
2. ອ່າງກໍ່ສ້າງດ້ວຍຫີນກໍ່ (Stone Masonry)
ກໍ່ສ້າງດ້ວຍຫີນ ແລະ ປູນ, ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງປານກາງ. ມັນເໝາະສຳລັບໂຄງການຂະໜາດນ້ອຍ ແລະ ກາງ ເຊິ່ງສາມາດຫາຫີນໄດ້ງ່າຍໃນທ້ອງຖິ່ນ. ຕົ້ນທຶນຕໍ່າ, ໃຊ້ແຮງງານທ້ອງຖິ່ນໄດ້ດີ, ແຕ່ອາດຈະມີການຮົ່ວຊຶມຂອງນ້ຳ ແລະ ຕ້ອງການການບຳລຸງຮັກສາຫຼາຍກວ່າ.
3. ຖັງປູນຂະໜາດນ້ອຍ (Small Concrete Tank)
ເປັນຖັງປູນຂະໜາດນ້ອຍຫຼາຍ, ມັກໃຊ້ຮ່ວມກັບທໍ່ HDPE ຫຼື PVC. ອອກແບບງ່າຍ, ກໍ່ສ້າງໄດ້ໄວ, ຕົ້ນທຶນຕໍ່າຫຼາຍ. ເໝາະສຳລັບໂຄງການຈຸລະພະລັງງານນ້ຳ (micro-hydro) ຫຼື ບ່ອນທີ່ພື້ນທີ່ຈຳກັດ. ຂໍ້ເສຍຄືຄວາມຈຸໜ້ອຍ ແລະ ບໍ່ສາມາດຮອງຮັບການກັກເກັບນ້ຳໄດ້ຫຼາຍ.
4. ອ່າງພັກນ້ຳແບບ Surge Chamber (Forebay with Surge Chamber)
ມີການອອກແບບພິເສດ ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍຫ້ອງຕັ້ງ (vertical shaft) ເພື່ອເພີ່ມຄວາມສາມາດໃນການຮັບມືກັບ Surge. ສາມາດຈັດການກັບ Water Hammer ໄດ້ດີກວ່າ, ແຕ່ການອອກແບບລະບົບໄຮໂດຼລິກສັບຊ້ອນ ແລະ ຕ້ອງການການວິເຄາະທີ່ຊັດເຈນ. ເໝາະສຳລັບໂຄງການທີ່ມີຄອງສົ່ງນ້ຳຍາວ ແລະ ມີນ້ຳຕົກສູງ.
ອົງປະກອບພາຍໃນ Forebay
ອ່າງພັກນ້ຳທີ່ສົມບູນ ຈະປະກອບດ້ວຍອົງປະກອບຍ່ອຍຕໍ່ໄປນີ້, ເຊິ່ງແຕ່ລະອັນມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ການດຳເນີນງານທີ່ປອດໄພ ແລະ ມີປະສິດທິພາບ:
ຕາໜ່າງກັນຂີ້ເຫຍື້ອ (Trash Rack)
ເປັນດາກເຫຼັກ ຫຼື ສະແຕນເລດ ວາງຢູ່ທາງເຂົ້າຂອງ Penstock, ມີໜ້າທີ່ປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ສິ່ງປົນເປື້ອນ (debris) ເຊັ່ນ: ກິ່ງໄມ້, ໃບໄມ້, ຂີ້ເຫຍື້ອ ເຂົ້າໄປໃນ Penstock ແລະ turbine. ຕາໜ່າງຄວນວາງຢູ່ທີ່ຄວາມຄ້ອຍ 1:3 (ປະມານ 18.4 ອົງສາ) ເພື່ອຄວາມສະດວກໃນການທຳຄວາມສະອາດ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການສູນເສຍຫົວນ້ຳ. ໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງດາກ (bar spacing) ຄວນຢູ່ທີ່ 0.5 ເທົ່າຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງ nozzle (ສຳລັບ turbine Pelton) ຫຼື ຕາມຂໍ້ກຳນົດຂອງຜູ້ຜະລິດ turbine.
ທາງລະບາຍນ້ຳສ່ວນເກີນ (Spillway)
ເປັນທາງຜ່ານ (ອາດຈະມີປະຕູຮົ້ວ) ທີ່ຕັ້ງຢູ່ຂ້າງອ່າງ ເພື່ອປ່ອຍນ້ຳສ່ວນເກີນອອກ ເມື່ອສູງກວ່າລະດັບທີ່ກຳນົດ. ຄວາມສາມາດຂອງ Spillway ຕ້ອງສາມາດລະບາຍນ້ຳໄດ້ຢ່າງໜ້ອຍ 100% ຂອງອັດຕາການໄຫຼອອກແບບ (design flow) ເພື່ອຮັບມືກັບສະພາບການປະຕິເສດໂຫຼດ (load rejection).
ປະຕູຊະລ້າງຕະກອນ (Flushing Gate / Flush Pipe)
ຕັ້ງຢູ່ບໍລິເວນທ້ອງອ່າງທີ່ຕໍ່າສຸດ ເພື່ອໃຊ້ສຳລັບຊະລ້າງຕະກອນທີ່ຕົກຄ້າງ. ໂດຍທົ່ວໄປຈະມີທໍ່ ຫຼື ຊ່ອງທາງຂະໜາດນ້ອຍ ພ້ອມປະຕູປິດ-ເປີດ. ຈຸດຕໍ່ກັບ Penstock ຕ້ອງບໍ່ແມ່ນຈຸດຕ່ຳສຸດ ເພື່ອຫຼີກລ່ຽງການດູດຕະກອນເຂົ້າສູ່ turbine.
ລະບົບຄວບຄຸມນ້ຳເຂົ້າ (Intake Gate and Air Vent)
ປະຕູປິດ-ເປີດ (gate) ຕິດຕັ້ງຢູ່ປາກທາງເຂົ້າຂອງ Penstock ເພື່ອໃຊ້ຄວບຄຸມການໄຫຼຂອງນ້ຳ. ທໍ່ລະບາຍອາກາດ (air intake pipe) ຕິດຕັ້ງຢູ່ສ່ວນເທິງ ເພື່ອປ້ອງກັນການສ້າງສູນຍາກາດ (vacuum) ພາຍໃນ Penstock ເມື່ອປິດນ້ຳກະທັນຫັນ.
ພື້ນທີ່ສຳລັບການບຳລຸງຮັກສາ (Maintenance Access)
ຕ້ອງມີຊ່ອງທາງ ຫຼື ປະຕູສຳລັບໃຫ້ພະນັກງານສາມາດເຂົ້າໄປເຮັດຄວາມສະອາດ ແລະ ກວດກາພາຍໃນ Forebay ໄດ້. ຂະໜາດຄວາມກວ້າງສຸດຄວນຢ່າງໜ້ອຍ 1.0 ແມັດ ເພື່ອຄວາມສະດວກ ແລະ ປອດໄພ.
ການຄິດໄລ່ ແລະ ອອກແບບ Forebay
ການອອກແບບເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍການກຳນົດຄວາມເລິກຕ່ຳສຸດ ເພື່ອປ້ອງກັນການດູດອາກາດ, ຕາມສູດ:
h_s = (1.0 ຫາ 1.5) × (V² / 2g)ເຊິ່ງ:
h_s = ຄວາມເລິກຕໍ່າສຸດຂອງໜ້ານ້ຳ (ແມັດ)
V = ຄວາມໄວການໄຫຼພາຍໃນ Penstock (m/s)
g = ຄ່າແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (9.81 m/s²)
ເວລາກັກເກັບ (storage time) ຂັ້ນຕ່ຳທີ່ແນະນຳແມ່ນ 15 ວິນາທີ ເພື່ອໃຫ້ຜູ້ປະຕິບັດການມີເວລາຕອບສະໜອງ. ສຳລັບໂຄງການຂະໜາດນ້ອຍທີ່ມີຄວາມສ່ຽງສູງ, ອາດອອກແບບໃຫ້ 60 ວິນາທີ. ປະລິມານກັກເກັບທີ່ຕ້ອງການຄິດໄລ່ຈາກ:
V_storage = Q_design × t_storageບ່ອນທີ່ Q_design ແມ່ນອັດຕາການໄຫຼອອກແບບ (m³/s) ແລະ t_storage ແມ່ນເວລາກັກເກັບ (ວິນາທີ). ເມື່ອມີປະລິມານແລ້ວ, ພື້ນທີ່ໜ້າຕັດຂອງອ່າງ (A) ຈະຖືກຄິດໄລ່ຈາກ:
A = V_storage / Hເຊິ່ງ H ແມ່ນຄວາມສູງຂອງສ່ວນທີ່ໃຊ້ກັກເກັບນ້ຳ (water depth). ພື້ນທີ່ນີ້ສາມາດນຳມາກຳນົດຄວາມກວ້າງ (W) ແລະ ຄວາມຍາວ (L) ຕາມອັດຕາສ່ວນທີ່ເໝາະສົມ (L:W ຄວນຢູ່ລະຫວ່າງ 2:1 ຫາ 4:1 ສຳລັບຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງການໄຫຼ).
ການຄວບຄຸມ Surge ແລະ ການວິເຄາະ
ສຳລັບຄອງສົ່ງນ້ຳທີ່ຍາວ, ການວິເຄາະ Surge ເປັນສິ່ງຈຳເປັນ. ສາມາດແບ່ງອອກເປັນ 3 ລະດັບຄື:
ການຄິດໄລ່ດ້ວຍຕົນເອງ (Manual Calculation) – ໃຊ້ສູດງ່າຍໆ ສຳລັບໂຄງການຂະໜາດນ້ອຍ, ສາມາດປະເມີນລະດັບນ້ຳສູງສຸດ ແລະ ຕ່ຳສຸດ ເມື່ອມີການປ່ຽນໂຫຼດ.
ການວິເຄາະດ້ວຍຊອບແວ (Numerical Modeling) – ໃຊ້ຊອບແວເຊັ່ນ HEC-RAS ຫຼື ໂປຣແກຣມສະເພາະ ສຳລັບໂຄງການຂະໜາດກາງ ຫາ ໃຫຍ່, ເພື່ອຈຳລອງການໄຫຼ ແລະ ຄື້ນຄວາມດັນໄດ້ຢ່າງຖືກຕ້ອງ.
ການວິເຄາະແບບຈຳລອງທາງກາຍະພາບ (Physical Model Test) – ສຳລັບໂຄງການທີ່ສຳຄັນ ຫຼື ມີຄວາມສັບຊ້ອນສູງ, ການສ້າງແບບຈຳລອງຂະໜາດນ້ອຍໃນຫ້ອງທົດລອງ ຈະໃຫ້ຜົນທີ່ແນ່ນອນທີ່ສຸດ.
ການມີ Spillway ທີ່ອອກແບບຢ່າງຖືກຕ້ອງ ຈະຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄື້ນນ້ຳທີ່ລຸກຂຶ້ນ (positive surge) ໄດ້, ແລະ ການມີປະຕູຄວບຄຸມ (control gate) ຊ່ວຍຄວບຄຸມການໄຫຼ ແລະ ປ້ອງກັນຄື້ນນ້ຳທີ່ຫຼຸດລົງ (negative surge).
ມາດຕະຖານ ແລະ ກົດໝາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ
ການອອກແບບ Forebay ໃນ ສປປ ລາວ ຕ້ອງປະຕິບັດຕາມລະບຽບຂອງ ກົດໝາຍວ່າດ້ວຍໄຟຟ້າ 2012 (ມາດຕາ 14 ວ່າດ້ວຍຄວາມປອດໄພ ແລະ ການຈຳກັດຜົນກະທົບ, ມາດຕາ 35 ວ່າດ້ວຍຄວາມປອດໄພໃນການດຳເນີນງານ). ນອກນີ້, ຍັງຕ້ອງອີງໃສ່ ມາດຕະຖານເຕັກນິກໄຟຟ້າລາວ 2004 (ETSN) ໂດຍສະເພາະມາດຕາ 45. ສຳລັບມາດຕະຖານສາກົນ, ຄວນອ້າງອີງ ASCE Guidelines for Design of Intakes for Hydroelectric Plants, JICA Design Guidelines, ແລະ NB/T 11090—2023 (ຈີນ) ສຳລັບລາຍລະອຽດຄົບຖ້ວນ.
ສົນໃຈ ທີມງານຄຸນນະພາບ ໃຫ້ບໍລິການ:
✨ ທີ່ປຶກສາ ໂຄງການ
✨ ທີ່ປຶກສາ ການລົງທຶນ
✨ ດຳເນີນເອກະສານໂຄງການແທນ
✨ ຮັບຂຽນບົດຕ່າງໆ ຂອງໂຄງການ
🔸 ບົດສະເໜີໂຄງການລົງທຶນ
🔸 ບົດສຶກສາຄວາມເປັນໄປໄດ້ (FS)
🔸 ບົດວິພາກເສດຖະກິດ-ເຕັກນິກ
📞 ຊ່ອງທາງການຕິດຕໍ່ ແລະ ຕິດຕາມຂໍ້ມູນວິຊາການ
❶ ທ່ານ Anousone XAYYALATH
❷ 📱 ໂທລະສັບ / WhatsApp: 020 55296290
❸ 📧 ອີເມວ: anousone11@gmail.com
❹ 🌐 Blogger: anousonexayyalath.blogspot.com
❺ 📱 Facebook: Anousone XAYYALATH (ANSXYL)
❻ 📸 Instagram: anousone_xyl
❼ 🐦 X (Twitter): AnousoneChanel
❽ ✈️ Telegram: t.me/Anousone
❾ 🎵 TikTok: anousonechanel
ຄູ່ມືລາຍລະອຽດກ່ຽວກັບການອອກແບບ Forebay (ອ່າງພັກນ້ຳ) ສຳລັບໂຄງການໄຟຟ້ານ້ຳຕົກ ແບບ Run-of-River: ຄຳນິຍາມ, ໜ້າທີ່, ປະເພດ, ອົງປະກອບ, ສູດການຄິດໄລ່ ແລະ ມາດຕະຖານ.
#Forebay #HydropowerDesign #RunOfRiver #HydraulicEngineering #Penstock #TrashRack #Spillway #RenewableEnergy #LaoPDR #ANSXYL #AnousoneXAYYALATH
Forebay, Hydropower Design, Run-of-River, Headpond, Penstock, Trash Rack, Spillway, Water Hammer, Surge Control, Anousone XAYYALATH, ANSXYL
*ແຫຼ່ງອ້າງອີງ: ກົດໝາຍວ່າດ້ວຍໄຟຟ້າ ສປປ ລາວ 2012, ມາດຕະຖານເຕັກນິກໄຟຟ້າລາວ 2004, ASCE Guidelines, JICA Design Guidelines, NB/T 11090—2023, ແລະ ຄູ່ມືວິຊາການອື່ນໆ.*