ජල විදුලි බලාගාර​

ජල විදුලිය කියන්නේ ලෝකයේ විදුලිය උත්පාදනය කරන්න භාවිතා කරපු පැරණිම ක්‍රමයක්. ඒ වගේම තාක්‍ෂනික, ආර්ථික සහ පාරිසරික පැත්තෙන් බැලුවම ජල විදුලිය තමයි විදුලිය උත්පාදනයට සුදුසුම ක්‍රමය​. ඒක ඉතාම ලාබදායික​, සාපේක්‍ෂව පරිසර දූෂනය අඩු සහ තාක්‍ෂනික වශයෙන් ඉතාමත් නම්‍යශීලී ශක්ති ප්‍රභවයක්.

2014 දී ලෝක විදුලිබල උත්පාදනයෙන් 17% ක් සිදු කෙරුනේ ජල විදුලියෙන්. ලංකාවේ හොඳින් වැසි ලැබෙන අවුරුද්දක ජාතික විදුලිබල උත්පාදනයෙන් 40% ක පමණ පංගුවක් සපයන්නේ ජල විදුලිය​. නියං අවුරුදු වල මේක 20% තරම් පහත වැටෙන්න පුළුවන්.

මේ ලිපියෙන් කියන්න යන්නේ ජල විදුලි බලාගාරයක විදුලිය උත්පාදනය සිදුවෙන ආකාරය​.

ජල විදුලි බලාගාරයක විදුලිය නිපදවීමේ ක්‍රියාවලිය ගල් අඟුරු බලාගාරයකට සාපේක්‍ෂව සරළයි. එතනදී කරන්නේ ඉහළ උස මට්ටමක ඇති ජලාශයක රඳවාගන්නා වතුර පහල මට්ටමක ඇති බලාගාරය වෙත අරගෙන ඇවිත්, එහි ඇති බමණයක් කරකවලා එමගින් ජනන යන්ත්‍රයක් ක්‍රියාත්මක කරවීමෙන්. මෙතැනදි විද්‍යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය වෙන්නේ ඉහළ උසක ඇති ජලයේ විභව ශක්තිය​. ඒක හැඳින්වෙන්නේ ජල හිස (water head) කියලා.

ජල විදුලි බලාගාරයක ප්‍රධාන කොටස්

ජල විදුලි බලාගාරයක් ප්‍රධාන කොටස් 18 කින් සමන්විතයි.

1. වේල්ල (dam)
2. ජලාශය (reservoir)
3. වාන් දොරටු (spillway gates)
4. තුළුමග​ (intake)

5. කසළ රඳවනය​ (trash racks)
6. පෙරාර උමඟ​ (head race tunnel)
7. කැලඹුම් ළිඳ​ (surge tank)
8. ගල් රඳවනය​ (rock trap)
9. කොටුදොර​ (penstock)
10. ප්‍රධාන පිවිසුම් කපාටය​ (main inlet valve)
11. බමණය​ (water turbine)
12. පිටවුම් නළය​ (draft tube)
13. අවරාර උමඟ​ (tail race tunnel)
14. අවරාරය​ (tail race)
15. ජනන යන්ත්‍රය​ (generator)
16. පරිණාමකය​ (transformer)
17. වහරු අංගනය​ (switch yard)
18. සම්ප්‍රේෂන රැහැන් (transmission lines)

1. වේල්ල (dam)

ජල විදුලි බලාගාරයට අවශ්‍යය ජලය ලබාගන්නේ තෝරාගත් ස්ථානයකදී ගඟක් හරහා වේල්ලක් බැඳීමෙන් ජලාශයක් නිර්මානය කිරීමෙන්. මේ වගේ හදන වේල්ලක් තනි කොන්ක්‍රීට් වලින් හෝ ගල් වලින් හදලා වටේට කොන්ක්‍රීට් තට්ටුවක් යෙදීමෙන් නිම කරනවා. සමහර අවස්ථාවලදී ජලාශයක් තැනීම කෙරෙන්නෙ නෑ. ගඟ හැරවීම පමණයි කෙරෙන්නේ. එවැනි අවස්ථා වලදී වේල්ල හැඳින්වෙන්නේ අමුණ (diversion weir) විදිහට​.

2. ජලාශය (reservoir)

ජලාශයෙන් කරන්නෙ අවශ්‍යය පරිදි භාවිතයට ගන්න පුළුවන් විදිහට ජලය එක්‍ රැස් කරලා තබා ගැනීම​. ප්‍රමානයෙන් කුඩා ජලාශ පොකුණක් (pond) විදිහට හැඳින්වෙනවා.

3. වාන් දොරටු (spillway gates)

ජලාශයේ උපරිම වතුර රඳවා ගත හැකි සීමාවක් තියෙනවා. ඒකට කියන්නෙ "පිටාර මට්ටම​" (spill level) කියලා. පිටාර මට්ටමට වඩා වතුර පිරෙන අවස්ථාවකදී වැඩිපුර වතුර නිදහස් කරන්න තමයි වාන් දොරටු තියෙන්නෙ. වාන් දොරටු එසවීමෙන් වැඩිපුර එන ජලය මුදා හරින්න පුළුවන්. සමහර ජලාශ වල වාන් දොරටු නෑ. ඒ වෙනුවට තියෙන්නෙ තව්වක්. එතකොට වැඩිපුර එන වතුර ඉබේම පිටාර ගලනවා.

4. තුළුමග​ (intake)

තුළුමග කියන්නේ ජලාශයේ තියෙන වතුර  එළියට ගන්න තැන. මේක හැම වෙලේම වතුරෙන් යට තියාගන්න අවශ්‍යයයි. ඒ නිසා තුළුමගේ මට්ටමට වඩා ජලාශයේ වතුර මට්ටම අඩු වෙන්න දෙන්නෙ නෑ. ඒක හඳුන්වන්නේ "අවම මෙහෙයුම් මට්ටම​" (minimum operation level) කියලා. අවශ්‍යය විටෙක වහ ගන්න තුළුමගේ ගේට්ටුවක් තියෙනවා. ඒක හැඳින්වෙන්නේ තුළුමග ගේට්ටුව (intake gate) කියල​. සාමාන්‍යය තත්වය යටතේ තුළුමග ගේට්ටුව හැම වෙලේම සම්පූර්නයෙන්ම ඇරල තියෙන්නෙ.

5. කසළ රඳවනය​ (trash racks)

ජලාශයේ එක් රැස් වෙන නොයෙකුත් කසල තුළුමගට ඇතුල් වීම වැලැක්වීම සඳහා තුළුමගේ කටේ යකඩ දැලක් තියෙනවා. මේ යකඩ දැල තමයි කසල රඳවනය කියල හැඳින්වෙන්නේ. කසල රඳවනයෙන් රඳවාගන්නා කසල දැල දිගේ උඩට අරගෙන බැහැර කරන්න පුළුවන්.

6. පෙරාර උමඟ​ (head race tunnel)

ජලාශයේ තියෙන වතුර බලාගාරය වෙත ගෙනියන්නේ පෙරාර උමඟ ඔස්සේ. ඇත්තෙන්ම තුළුමග කියන්නේ පෙරාර උමඟේ කට​. පෙරාර උමඟේ හරස්කඩ අශ්ව ලාඩමක හැඩයට හදල තියෙන්නේ ඇතුලේ පීඩනය සමව බෙදී යන විදිහට​. පෙරාර උමඟේ ඇතුල් බිත්තිය කොන්ක්‍රීට් වලින් ආවරණය කරල හදනවා. නමුත් ගල ශක්තිමත් තැන්වල කොන්ක්‍රීට් නොකර තියෙන්නත් පුළුවන්. තුළුමග හැම වෙලාවෙම වතුර මට්ටමෙන් යට තියෙන නිසා පෙරාර උමඟ හැම වෙලාවෙම සම්පූර්නයෙන්ම වතුරෙන් පිරිල තියෙන්නෙ. ඒ වගේම පෙරාර උමඟ හදන්නෙ ඉතාම අඩු බෑවුමක් තියෙන විදිහට​. ඒ උමඟ ඇතුලේ ජල පීඩනය අවම කරගන්න​.

 7. කැලඹුම් ළිඳ​ (surge tank)

පෙරාර උමඟ ඇතුලේ පීඩන සර්ජනයක් (pressure surge) ඇති වුනොත් එමගින් උමඟට හානි ඇතිවෙන්න පුළුවන්. ඒ නිසා උමඟේ එක තැනක් වායුගෝලයට විවර කරල තියෙනවා. පීඩන සර්ජනයක් ඇති වුනොත් ඒ පීඩනය එතැනින් වායුගෝලයට මුදා හැරෙනවා.

8. ගල් රඳවනය​ (rock trap)

පෙරාර උමඟ දිගේ එන ගලක් බමණයට ඇතුල් වුනොත් එයට හානි වෙන්න පුළුවන්. ඒ නිසා පෙරාර උමඟේ කෙලවර ලොකු වලක් තියෙනවා ගල් රඳවා ගන්න​.

 9. කොටුදොර​ (penstock)

පෙරාර උමඟේ දිගේ අඩු බෑවුමකින් අරගෙන එන වතුර බමණයට ලබා දෙන්න කලින් එක පාරටම විශාල බෑවුමක් සහිත වානේ නල තුලින් යවනවා. ඒ බෑවුමත් එක්ක ජලයේ පීඩනයේ වැඩි කරගන්න​. මේ වානේ නල තමයි කොටු දොර විදිහට හැඳින්වෙන්නේ. කොටු දොර සමහර විට පොළව මතුපිටින් යන වානේ නල විදිහට තියෙන අතර සමහර විට භූගත නල විදිහට තියෙනවා.

10. ප්‍රධාන පිවිසුම් කපාටය​ (main inlet valve)

කොටු දොරෙන් එන වතුර බමණයට ඇතුල් වෙන්න පෙර විශාල කපාටයක් තියෙනවා. ඒක හැඳින්වෙන්නේ ප්‍රධාන පිවිසුම් කපාටය කියල​. බමණයට වතුර දෙනවද නැද්ද කියල එක තීරණය වෙන්නෙ ප්‍රධාන පිවිසුම් කපාටයෙන්.

ජල හිස වැඩි බලාගාර වල ප්‍රධාන පිවිසුම් කපාටය ගෝලීය කපාටයක් විදිහටත් (spherical valve) ජල හිස අඩු බලාගාර වල සමනළ කපාටයක් (butterfly valve) විදිහටත් යොදා ගන්නවා.

11. බමණය​ (water turbine)

බමණය තමයි ජල විදුලි බලාගාරයක වැදගත්ම කොටස​.

බලාගාරයේ ජල හිස අනුව වර්ග කීපයක බමණ යොදාගන්නවා. ඒ අතරින් බහුලව යොදාගන්නේ බමණ වර්ග තුනක්.

1. පෙල්ටන් - විශාල ජල හිසක් සහිත බලාගාර (මීටර් 300 ට වැඩි)
2. ෆ්‍රැන්සිස් - මධ්‍යම ජල හිසක් සහිත බලාගාර (මීටර් 30 ට වැඩි)
3. කප්ලාන් - කුඩා ජල හිසක් සහිත බලාගාර (මීටර් 30 ට අඩු)

පෙල්ටන් බමණය

පෙල්ටන් බමණය සමන්විත වෙන්නේ කෝප්ප හැඩයේ බමණ පෙති ගණනාවකින්. මේවා බකට්ටු (bucket) කියල හැඳින්වෙනවා. ජල තුඩු (nozzel) කීපයකින් මේවාට අධික වේගයකින් යුත් ජල ධාරාවක් විදිනවා. ඒ ජල ධාරාව බකට්ටු වල ගැටීමෙන් තමයි බමණය කරකැවෙන්නෙ සලස්වන්නේ.

ලංකාවේ ලක්‍ෂපාන සහ උමා ඔය බලාගාර වල තියෙන්නෙ පෙල්ටන් බමණ​.

ෆ්‍රැන්සිස් බමණය​

ඉතාම බහුලව භාවිතා වෙන බමණය වෙන්නේ ෆ්‍රැන්සිස්. ෆ්‍රැන්සිස් බමණය සමන්විත වෙන්නේ වානේ වලින් හදපු තැටියක් ඇතුලෙන් කපන ලද වතුර ගමන් කල හැකි මාර්ග රැසකින්. වතුර පාර මේ මාර්ග ඇතුලෙන් ගමන් කරන්නේ බමණය කරකවමින්. පෙල්ටන් බමණයක් කැරකෙන්නේ වතුර පහරේ වේගයට වුනත්, ෆ්‍රැන්සිස් බමණයක් කැරකෙන්නේ වතුරේ පීඩනයට සහ වේගයට යන දෙකටම​.

මේ නිසා වතුරේ පීඩනය ඉහළ අගයක තබා ගැනීම වැදගත් වෙනවා. ඒ නිසා ෆ්‍රැන්සිස් බමණය පෙල්ටන් බමණය වගේ වායුගෝලීය පීඩනයේ නෙවෙයි තියන්නේ. ෆ්‍රැන්සිස් බමණය තියල තියෙන්නේ සම්පූර්නයෙන්ම මුද්‍රා තැබූ සර්පිල හැඩයේ කසුවක් තුල​. මේක සර්පිල කසුව (spiral casing) කියල හැඳින්වෙනවා.

බමණයට වතුර ඇතුල් වෙන්නේ සර්පිල කසුවේ ඇතුල් පැත්තේ බිත්ති වල කපන ලද මාර්ග හරහා. වතුර පාරේ සැර පාලනය කරන්න මේ මාර්ග වලට ගේට්ටු තියල තියෙනවා. මේ ගේට්ටු හැඳින්වෙන්නේ නියමු තල (guide vein) කියලා. ජනන යන්ත්‍රයේ උත්පාදනය වෙන මෙගාවොට් ප්‍රමානය පාලනය කරන්නේ මේ වතුර පාරේ සැර මගින්.

කප්ලාන් බමණය​

අඩු ජල හිසක් සහිත බලාගාර වලට යොදා ගන්නේ කප්ලාන් බමණය​. කප්ලාන් බමණය හැඩයෙන් නැවක අවර පෙති වලට සමානයි. වතුර පාර ගලාගෙන යන මාර්ගයේ කප්ලාන් බමණය තියල තියෙන්නේ වතුර පාර මගින් බමණය කරකැවෙන ආකාරයට​.

කප්ලාන් බමණයේ තල වල ඇලය වෙනස් කරන්න පුළුවන්. මේ නිසා ඒ ඒ වතුර පාරේ සැර අනුව වඩාත්ම කාර්‍යක්‍ෂම ඇලය සහිතව බමණය කරකැවීමේ හැකියාව තියෙනවා.

ලංකාවේ උඩ වලවේ සහ ඉඟිනියාගල බලාගාර වල තියෙන්නේ කප්ලාන් බමණ​.

12. පිටවුම් නළය​ (draft tube)

බමණය කරකවලා ඉවත් වෙන වතුර යන්නේ පිටවුම් නලය ඔස්සේ. පිටවුම් නලය නැම්මක් සහිතව විශේෂ හැඩයකින් හදල තියෙන්නෙ ශක්ති හානිය අවම කරගන්න​.

13. අවරාර උමඟ​ (tail race tunnel)

පිටවුම් නළයෙන් ඉවත් වෙන වතුර යොමු කෙරෙන්නේ අවරාර උමඟට​. අවරාර උමඟ ඒ වතුර නැවතත් ගඟ දක්වා රැගෙන යනවා. අවරාර උමඟ ගොඩක් දිගයි නම් පෙරාර උමඟේ වගේම පීඩන සර්ජනයක් නිදහස් කරන්න කැළඹුම් ළිඳකුත් තියෙනවා.

14. අවරාරය​ (tail race)

 අවරාර උමඟ දිගේ එන වතුර ගඟට නිදහස් වෙන්නේ අවරාරයේදී.

 15. ජනන යන්ත්‍රය​ (generator)

 

බමණය ඊෂාවක් (shaft) හරහා ජනන යන්ත්‍රයට සම්බන්ධ කරල තියෙන්නේ. එමගින් බමණය කැරකෙන වේගයෙන්ම ජනන යන්ත්‍රයත් කැරකෙනවා. ජනන යන්ත්‍රය සමන්විත වෙන්නේ විශාල දඟර දෙකකින්. එක දඟරයක් ඊෂාව මත සවි කරල තියෙනවා. ඒ දඟරය හැඳින්වෙන්නේ භ්‍රමකය (rotor) කියලා. අනෙක් දඟරය භ්‍රමකයට වටා සවි කරල තියෙනවා. ඒක හැඳින්වෙන්නේ ස්ථායුකය (stator) කියල. භ්‍රමකය තමයි බමණයත් එක්ක කැරකෙන්නේ. භ්‍රමකයට සරළ ධාරාවක් ලබා දුන්නම ස්ථායුකයේ ප්‍රත්‍යාවර්ථ ධාරවක් ජනනය වෙනවා. ඒ ප්‍රත්‍යාවර්ථ ධාරාව තමයි අපි ප්‍රයෝනයට ගන්නේ. 

 16. පරිණාමකය​ (transformer)

ජනන යන්ත්‍රයේ ජනනය වෙන ධාරාවේ වෝල්ටීයතාවය කිලෝ වෝල්ට් 10-20 අතර ප්‍රමානයේ වෙනවා. මේ අඩු වෝල්ටීයතාවයෙන් විදුලිය සම්ප්‍රේෂනය කරොත් අධික ශක්ති හානියක් සිදු වෙන නිසා ඊට කලින් වෝල්ටීයතාවය වැඩි කරගන්න පරිණාමකයක් භාවිතා කෙරෙනවා. පරිණාමකයේදී වෝල්ටීයතාවය කිලෝ වෝල්ට් 200 - 400 අතර ප්‍රමානයකට වැඩි කෙරෙනවා (ලංකාවේ නම් කිලෝ වෝල්ට් 220).

පරිණාමකය සමන්විත වෙන්නෙ එකිනෙකට ඉතා ළඟින් සවි කල දඟර දෙකකින්. මේ දඟර වල පොට ගනනේ අනුපාතයට සමාන අනුපාතයකින් එක දඟරයකට සපයන ධාරාවේ වෝල්ටීයතාවය අනෙක් දඟරයේ ප්‍රේරණය වෙනවා.  

17. වහරු අංගනය​ (switch yard)

පරිණාකයෙන් වෝල්ටීයතාවය ඉහළ නැංවූ විදුලිය ඊළඟට යන්නේ වහරු අංගනයට​. වහරු අංගනය භාවිතා වෙන්නේ පරිණාමක සහ සම්ප්‍රේෂන රැහැන් සම්බන්ධ කරගන්න​​. වහරු අංගනයේ ඇති උපාංග භාවිතයෙන් අපිට පුළුවන් සම්ප්‍රේෂන රැහනක් හෝ පරිණාමකයක් අවශ්‍යය පරිදි සක්‍රීය හෝ අක්‍රිය කරන්න​.

පැරණි වහරු අංගන එළිමහනේ ඇති උපාංග වලින් සමන්විත වුනත්, නවීන වහරු අංගන සම්පූර්නයෙන්ම සීල් කරන ලද උපාංග වලින් සමන්විත ගෘහස්ත වහරු අංගන (GIS) විදිගට දකින්න පුළුවන්. 

 18. සම්ප්‍රේෂන රැහැන් (transmission lines)

සම්ප්‍රේෂන රැහැන් වලින් කරන්නේ විදුලිය රට පුරා බෙදා හැරීම​.