Fukushima'nın Güç Izgarasını Geri Alma: Extreme Koşulları altında Mühendislik
11 Mart 2011'de Japonya'yı vuran deprem ve tsunami, bölgenin güç şebekesinin ve temel sistemlerinin modern çağın en zorlu mühendislik operasyonlarının ötesinde bir felaketi tetikledi - Tohoku bölgesinin genelinde kritik altyapıyı sarstı ve on yıl sonra milyonlarca insan temiz su, iletişim veya tıbbi hizmetten sonra, restorasyon çalışmalarını yeniden inşa etmek için gereken bir görev, on binlerce yıllık bir süre boyunca artan bir şekilde iyileştirmeye devam etti.
Altyapının Ölçeği Destruction
2:46 s.m. yerel zaman, Fukushima Daiichi bitkisi, bir istasyon karaout ve üç reaktör çekirdeğinin daha sonraki erimesi oldu.Bir saat içinde, tsunami dalgaları kıyı şeridine 40 metreden fazla. Fukushima Daiichi bitkisi, 150.000 insanı dışsal güç tedarikini ve dizel jeneratörlerini kaybetti ve büyük ölçüde ulaşılamayan 20 kilometrelik bir patlamayla patlamaları kırdı.
Bitkinin ötesinde, deprem ve tsunami 66.000 binayı tahrip etti veya ağır hasar gördü, 2.000 yol ve yüzlerce köprüyü yaşadı. Elektrik şebekesi - ilk gün içinde yüksek gerilimli iletim hatlarından - konvansiyonel restorasyonu yapılan felaket hasar gördü, ancak bölgeye hizmet eden Tohoku Electric network, aslında geniş alanlarda çalışmaya son verdi. Six prefectures, ve yaklaşık 4.4 milyon haneden ilk gün içinde kayboldu.
Power Grid Restorasyonunda Benzersiz Mühendislik Meydanları
Radyoaktif Contaminasyon ve İşer Güvenlik
Radyosal malzemelerin dağılımı, geniş bir alanda bile, ekin dışlama alanı dışında, herhangi bir onarım çalışması başlamadan önce, yarı zamanlı mühendislere yönelik 30 yıl boyunca, toprak, bitki örtüsü ve altyapı yüzeylere karşı yapılan bir hıza karşı yapılan bir işlem ortamı yarattı.
İşçiler, her bir tedaviden birkaç saat daha fazla yararlanabilecek bir işlemdi ve bu önlemler fiziksel iş akışını ve özelleştirilmiş koruyucu malzemelerinin hızını sağladı - yoldaki her araç ve araç hasar gören alt istasyonlarda doz oranlarına kadar daha düşük dozlara sahipti.
Kitlesel Fiziksel Altyapının Yıkılması
Depremin oer fiziksel gücü, elektrik ağının çoğunu sarstı. Transrosive deniz suları ile sualtına döküldü ve tuzlu su immersion ve sedisyonun birleşimi bakır ve alüminyum iletkenlerin korozyonunu hızlandıran agresif bir ortam yarattı ve transformatörler, transformatör rüzgarlı rüzgarlar ve hızlayıcılar, gelişmiş akışlarla kaplıcalar.
Restorasyon başlamadan önce, mürettebatlar, uzak ağaçlar ve yollardan uzak durmalılar ve doğru yollardan kaynaklanmışlardı.Tükleer Prefecture; Aomori enerji bölümlerinden Chiba'ya kadar genişleyen tsunami, bazı durumlarda, geri dönüşümlü devreler ve devre kesiciler ve devre dışı bırakıldılar, kısmen tamir edilen betonlar üzerinde büyük bir sualtına döküldüler.
Seismic Instability ve Geoteknik Endişeler
Deprem, manzarayı kalıcı olarak değiştirdi. Birçok alanda, bir metreye kadar arazi sübvansiyonunu yeniden inşa etmek için sel risk artırdı. Liquefaksiyon - doy sandıy topraklar titrerken güç kaybediyor - temellerin eğime ve yeraltı kablolara kadar uzanır. Aftershocks aylarca, her biri onarımları geri almak ve yakın zamanda taze denetimleri gerektiren bir miktar.
Geoteknik mühendisler, yeni kutupları veya dönüştürücü pedleri yanlış yere yerleştirmenin güvenli olduğunu belirlemek için kone penetrasyon testleri ve zemin temizleme radarını kullanarak hızlı stabilite değerlendirmeleri gerçekleştirdiler. Bazı kısımları takip edebilir, geleceğe dönük sismik olaylar için sadece uygulanabilir çözüm, 1995 Kobe depreminden ders eklemeye zorlandı, benzer zemindeki dersleri de dahil etti.
Logistical ve Supply Chain Disruptions
Restorasyon, bölgesel yakıt ve ulaşım ağlarının yakın bir kesintisi ile daha karmaşıktı. Birçok yol katlanabilir ve dizel ve benzin sıkıntısı onarım ekipleri ve ağır makineler hareketi ile sınırlıydı. Japon Kendi savunma güçleri geçici rotalara erişimdi, ancak en hasarlı kıyı alt istasyonlara erişim genellikle başka bölgelerden sevk edildi.
İletişim karaouts, Avrupa ve Kuzey Amerika'daki üreticileri içeren acil bir tedarik çabası arasında koordinasyon sağladı. İlk 72 saatte dengeli tıbbi ve hükümetsel ihtiyaçlar ve SF6 gaz dolu devre kesiciler, küresel olarak kısa sürede tedarik edildi, Avrupa ve Kuzey Amerika'da üreticileri içeren acil bir tedarik çabasına yol açtı - dünya çapında felakete karşı yapılan yardımlara karşı dengeli bir şekilde restorasyonu öncelik vermek zorunda kaldı.
Elektrik Ötesinde Temel Hizmetler
Güç ızgarası, daha büyük bir altyapı bulmacasının bir parçasıydı. Güvenilir elektrik olmadan, diğer yaşam sistemleri yeniden başlatılamazdı. Interence, şebekedeki ilerlemenin su, iletişim ve tıbbi hizmetlerle dengelenmesi gerektiği anlamına geliyordu.Bu sistemlerin restorasyonu genellikle paralel olarak devam etti, çapraz-zor koordinasyon toplantıları günlük olarak programları hizalamak ve çatışmaları çözmek için oturum açmaları gerekiyordu.
Su ve Atıksu Tedavisi
Deprem ve tsunami binlerce su anasını batırdı, çökmüş tedavi bitki alımı yapıları ve kontenjanları tuzlu su ve enkazlarla kirletti. Fukushima City ve kasabalarda, su basıncı sıfırdan inmek için iki görevle karşılaştı. - sık sık sık binalar altında gömülü binalar altında gömülüyordu - ve sisteme pompalanan herhangi bir su pompasının radyolojik kirliliğinden güvenli olduğunu garanti altına aldı. Leak algılama ekipleri akustik sensörler ve izleyici gaz yöntemleri kullandı.
İlk düzenleyici odak hava yoluyla serbest bırakıldığından, bazı yüzey su kaynakları iodine-131 ve cesium'a maruz kaldı. Su kaynakları mühendisleri mobil ters-kozme birimleri, aktif karbon filtreleri ve zeolit bazlı adorpsiyon sütunları şüpheli malzemeleri tedavi etmeye başladı.Bu arada, elektrikçiler, hastaneler ve acil barınaklar, sanitasyon için en az 200 dolarlık onarımlar için gerekli olan su tasarrufundan daha fazla tasarruf sağladı.
Telekomünikasyon ve İnternet Bağımlılığı
tsunami, hücre kulelerini ve altmış merkezi ofis ekipmanlarını yıkadığında, tüm topluluklar acil uyarılardan kesildi ve kurtarmaları koordine etme yeteneğinden yoksundu. Fiber optik gövde hatları onlarca yerde ağırlandı. Telekomünikasyon mühendisleri, taşınabilir uydu dünya istasyonlarını ve mikrodalga arka servislerini kurdular.
Radyasyon noktaları dinamik olduğundan, cep telefonuna dayanıklı makineler, robotların ve sensör dizilerinin TEPCO'nun bütünleşik Radyasyon İzleme Sistemine geri gönderilmesine izin verdi. Dışlama bölgesinde genişletilmiş bant genişliğine sahip olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan ve yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan bir alandır.
Sağlık Altyapısı ve Acil Yanıt
Felaket bölgesinde hastaneler, hemen ızgara gücünü kaybetti ve bazı durumlarda, yedek jeneratörleri selâm edildi. Aşı soğuk zincirler, işletim yaşam destekli ekipman ve cerrahi aletlerin sterilize edilmesi, Japonya'nın Kendi savunma güçlerinden ve faydalı şirketlerinden elektrik olmadan imkansız hale geldi.
Fukushima Medical Üniversitesi ve diğer büyük tesislerde, mobil jeneratör setleri saat içinde yapıştırıldı, ancak tutarlı tedarikin haftalar boyunca devam etmesi meydan okuma meydan okuma meydan okuması için devam etti.Tukushima Health Management Survey), diğer acil bölümlerden ayrı olarak yapılan kirleticiler ve işçiler için uzun vadeli bir kontrole sahip olan hava elleme sistemleri tasarlamaya yardımcı oldu.
Ulaşım ve Yol Ağları
Tesisin geri alınması ekipman ve personel teslim etmek temeldi. Tohoku Expressway ve diğer büyük arterler köprü çökmüş, embankment başarısızlıkları ve enkaz tıkanıklıkları. Sivil mühendisler önceden belirlenmiş köprü elemanları ve hızlı başlangıç betonu dahil olmak üzere hızlandırılmış köprü teknikleri kullandı - toplam olarak, binden fazla yol bölümü ilk altı ay içinde tamir edildi.
Tohoku Shinkansen'in restorasyonu, yüksek hızlı tren hattı boyunca 1.200 hasarlı yeri tamir etti ve sadece 49 gün boyunca tam hizmet verdi.Fon dışlama alanı içinde yollar için, LiDAR ve optik kameralar haritaladı:0) koridor programı: yüzeyler yüksek basınçlı su jetleri ve vakum sistemleri ile terk edildi ve yeni onarım araçlarının birleşimine izin verildi.
Yenilikçi Mühendislik Çözümleri Deployed
Uzak kontrol ve Robotik Sistemler
Yüksek radyasyon alanları içeride ve reaktör binaları etrafındaki yüksek radyasyon alanları olağanüstü tehlikeli bir şekilde müdahale yaptı. Japon şirketleri ve uluslararası ortaklar, hava yoluyla kondüktörlerin yer aldığı yerlerdeki hasarları ve taramaları için, yüksek istasyonlardan zararlı dozlara kadar temizlenen operatörlerin tahrip edilmesi gerekiyor.
Sualtı ROV'ler yeraltı tonlarını ve kablo tünellerini incelediler, kontenjat ortamlardaki sınırlı bir alana ihtiyacı azaltırlar.Bu robotik sistemler sadece bir çıkışlı gösteriler değil, ancak TEPCO ve diğer hizmetler şimdi gelecekteki olaylar için ayakta tutuyordu.
Mobile and Modüler Power Solutions
Çünkü birçok alt istasyonlar hemen onarımın ötesindeydi, hizmetler sürekli olarak enerjik kritik yüklere adım atarak mobil çözümlere döndüler - dönüştürücüler, geçişler ve koruma rötleri ile tamamlandı - Avrupa'daki üreticilerden sevk edildi ve esnek yüksek gerilim kabloları ile bağlantılıydı. Bu birimler kalıcı bir ağa doğru adım atarak taşınabiliyordu.
Kamyonlarda orta gerilimli dizel jeneratörler, Japonya'nın felaket planlarının standart bileşenleri haline geldiğini kanıtladılar ve düzenli olarak, mobil alt istasyonlarda test edildiler.
Gelişmiş Radyasyon Shielding ve İzleme
Onarım sırasında dış radyasyon maruz kalma, bir dizi koruyucu yenilik gerektiriyordu. İşçiler çelikten yapılmış geçici duvarları kurdular ve bazı konfigürasyonlarda% 90'dan fazla doz azaltabildiler, işçiler daha uzun süre istasyonda kalabilmelerine izin verdi.
Simultane, binlerce statik monitör ve araç destekli dedektörleri kullanarak kapsamlı bir izleme ağı: 0, Çevre Acil Durum Dose Bilgileri (SPEEDI)), restorasyon işçileri için yeni kurulan 20 mSv/yr iş için uygun bir şekilde ayarlanmış ve izleme teknikleri, alan denetimleri tarafından kullanılan merkezi bir Coğrafi Bilgi Sistemine dönüştürüldü.
Geçici ve Kalıcı Altyapı Yeniden Tasarım
Sadece aynı kırılgan yerlerde hasar görmüş varlıklar yerine, felaket, altyapı düzeninin temel bir yeniden düşünülmesi için yol açtı. Yeni iletim hatları, tsunami inundasyon bölgesinden uzak ve daha yüksek rüzgar- ve sis-yükleme standartları ile tasarlanmıştır. Alt istasyonlar güçlendirilmiş platformlara karşı mühürlendi ve kontrol binaları daha yüksek yere taşındı.
Yeraltı dağıtım kabloları birçok kıyı kasabalarında, gelecekteki fırtınalardan korumak ve görsel klişeleri azaltmak için, otomatik hata dedektörleri ve uzaktan kumandanları kullanarak, daha hızlı kendi kendine özgüleme sağlamak için ağ oluşturmaları için, gelecekteki rahatsızlıklar sonrasındaki derslerin korunması ve yeni bulutların çeliklerine entegre edilmesi, aynı zamanda yeni bir bulut çiftlikleri kullanarak, yeni bir bulut çiftlikleri ve bu yükselten sistemler için tasarım kriterlerine geri beslemeye devam etmektedir.
Vaka Çalışması: Tohoku Shinkansen ve Bölgesel Grid
Belki hızlı kurtarmanın en görünür sembolü, Tohoku Shinkansen'in restorasyonu oldu, Tokyo'yu kuzey Honshu ile birleştiren yüksek hızlı tren hattını kurdu. Deprem, Shinkansen, bölgesel şebekeden 25 kV AC gücü tedarik etti.
İlk 48 saat içinde, demiryolu mühendisleri, sadece yedi hafta içinde sınırlı hizmet için geri bildirimde bulundular ve bu çaba doğrudan güç ızgara onarımına bağlıydılar çünkü Shinkansen operasyonlarının gerektirdiği yüksek kapasiteli elektrik ağı Tohoku Elektrik güç ağı.
Dersler Öğrendi ve Future Hazırlandı
Fukushima felaketi altyapı direnci için kural defterini yeniden yazdı. Acil bir sonuç, Japonya'nın Elektrik İşletme Yasasının tüm hizmetler için katı sismik ve tsunami risk değerlendirmelerini sağlamak için genişletildi.
Güç ızgarası için, bu, ada modunda çalışan beklenen maksimum tsunaminin üst düzeye çıkmasını, eşzamanlı rüzgar ve deprem yüklerine karşı iletim yapılarını güçlendirmek ve daha fazla dağıtılmış kuşak kaynaklarını inşa etmek anlamına geliyordu.
Japon hükümeti ayrıca, Fukushima Management ve Resilient Altyapısı için Konsey'i kurdu, bu da erken uyarı sistemleri, tamir için kendi kendine özgü malzemeler ve robotikler.ETHFLT:0)A BBC, Fukushima kurtarma standartlarına göre geri döndü). Japonya'nın yatırımını güçlü bir şekilde artırmayı başardı.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Fukushima bölgesine olan güç ızgarası ve temel hizmetleri geri almak, insan kaynaklarına yönelik kalıcı bir yenilik talep eden anıtsal bir mühendislik taahhüdüdür, robotik, modüler güç, gelişmiş kalkan ve akıllı ağ tasarımı. Kurtarma ile ilgili olarak, yüzlerce teknik makalede belgelenmiş ve dünya çapındaki bir temel çalışma haline gelmiştir.
Çalışma, 11 Mart 2011 tarihinden sonra, Pasifik'in etrafındaki altyapı yatırımlarını yeniden şekillendiren ve yeniden inşa etmek için yapılan çalışmalarla ilgili mühendislik yanıtlarının, felaketin karşısında bile devam ettiğini gösteriyor.