Die Dreineringsdienste-departement van die Hong Kong Spesiale Administratiewe Streekregering is daartoe verbind om globale klimaatsverandering te help verminder. Oor die jare is energiebesparende en hernubare energiefasiliteite in sommige van sy aanlegte geïnstalleer. Met die amptelike bekendstelling van Hong Kong se "Hawe Suiweringsplan Fase II A", het die Dreineringsdienste-departement 'n hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel by die Stonecutters Island Rioolsuiweringsaanleg (die rioolsuiweringsaanleg met die grootste rioolsuiweringskapasiteit in Hong Kong) geïnstalleer, wat die hidrouliese energie van vloeiende riool gebruik om die turbine-generator aan te dryf, en dan elektrisiteit opwek vir die gebruik van fasiliteite in die aanleg. Hierdie referaat stel die stelsel bekend, insluitend die uitdagings wat ondervind word in die implementering van relevante projekte, die oorwegings en eienskappe van stelselontwerp en -konstruksie, en die bedryfsprestasie van die stelsel. Die stelsel help nie net om elektrisiteitskoste te bespaar nie, maar gebruik ook water om koolstofvrystellings te verminder.
1 Projekinleiding
Die tweede fase A van die "Hawe Suiweringsplan" is 'n grootskaalse plan wat deur die Hong Kong Spesiale Administratiewe Streek Regering geïmplementeer is om die watergehalte van Victoria Harbour te verbeter. Dit is amptelik in Desember 2015 ten volle in gebruik geneem. Die omvang van die werk sluit die konstruksie van 'n diep riooltunnel met 'n totale lengte van ongeveer 21 km en 163 m onder die grond in, om riool wat in die noorde en suidweste van die eiland gegenereer word na die Stonecutters Island Rioolsuiweringsaanleg te vervoer, en om die behandelingskapasiteit van die rioolsuiweringsaanleg te verhoog tot 245 × 105 m3/d, wat rioolsuiweringsdienste vir ongeveer 5,7 miljoen burgers bied. As gevolg van grondbeperkings gebruik die Stonecutters Island Rioolsuiweringsaanleg 46 stelle dubbeldek-sedimentasietenks vir chemies verbeterde primêre behandeling van riool, en elke twee stelle sedimentasietenks sal 'n vertikale skag deel (dit wil sê 'n totaal van 23 skagte) om die gesuiwerde riool na die ondergrondse dreineringspyp te stuur vir finale ontsmetting, en dan na die diepsee.
2 Relevante vroeë navorsing en ontwikkeling
In die lig van die groot hoeveelheid riool wat daagliks deur Stonecutters Island Rioolsuiweringsaanleg behandel word en die unieke dubbellaag-ontwerp van sy sedimentasietenk, kan dit 'n sekere hoeveelheid hidrouliese energie verskaf terwyl die gesuiwerde riool ontlaai word om die turbine-generator aan te dryf om elektrisiteit op te wek. Die span van die Dreineringsdienste-afdeling het toe in 2008 'n relevante haalbaarheidsstudie uitgevoer en 'n reeks veldtoetse uitgevoer. Die resultate van hierdie voorlopige studies bevestig die haalbaarheid van die installering van turbine-generators.
Installasieplek: in die skag van die sedimentasietenk; Effektiewe waterdruk: 4.5~6m (die spesifieke ontwerp hang af van die werklike bedryfstoestande in die toekoms en die presiese posisie van die turbine); Vloeireeks: 1.1 ～ 1.25 m3/s; Maksimum uitsetkrag: 45~50 kW; Toerusting en materiale: Aangesien die gesuiwerde rioolwater steeds 'n sekere korrosiwiteit het, moet die gekose materiale en verwante toerusting voldoende beskerming en korrosieweerstand hê.
In hierdie verband het die Dreineringsdienste-afdeling ruimte gereserveer vir twee stelle sedimentasietenks in die rioolbehandelingsaanleg om 'n turbine-kragopwekkingstelsel te installeer in die uitbreidingsprojek van die "Hawe-suiweringsprojek Fase II A".
3 Stelselontwerp-oorwegings en -kenmerke
3.1 Opgewekte krag en effektiewe waterdruk
Die verband tussen elektriese krag opgewek deur hidrodinamiese energie en effektiewe waterdruk is soos volg: elektriese krag opgewek (kW) = [digtheid van gesuiwerde rioolwater ρ (kg/m3) × Watervloeitempo Q (m3/s) × Effektiewe waterdruk H (m) × Swaartekragkonstante g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× Algehele stelseldoeltreffendheid (%). Die effektiewe waterdruk is die verskil tussen die maksimum toelaatbare watervlak van die skag en die watervlak van die aangrensende skag in die vloeiende water.
Met ander woorde, hoe hoër die vloeisnelheid en die effektiewe waterdruk, hoe groter is die krag wat opgewek word. Om dus meer krag op te wek, is een van die ontwerpdoelwitte om die turbinestelsel in staat te stel om die hoogste watervloeisnelheid en effektiewe waterdruk te ontvang.
3.2 Sleutelpunte van stelselontwerp
Eerstens, wat ontwerp betref, moet die nuut geïnstalleerde turbinestelsel nie die normale werking van die rioolsuiweringsaanleg soveel as moontlik beïnvloed nie. Die stelsel moet byvoorbeeld oor toepaslike beskermingsmaatreëls beskik om te verhoed dat die stroomop sedimentasietenk die gesuiwerde riool oorstroom as gevolg van verkeerde stelselbeheer. Bedryfsparameters wat tydens ontwerp bepaal is: vloeitempo 1.06 ～ 1.50m3/s, effektiewe waterdrukbereik 24 ～ 52kPa.
Daarbenewens, aangesien die riool wat deur die sedimentasietenk gesuiwer word steeds korrosiewe stowwe bevat, soos waterstofsulfied en sout, moet alle turbinestelselkomponentmateriale wat in kontak is met die gesuiwerde riool korrosiebestand wees (soos dupleks vlekvrye staalmateriale wat dikwels vir rioolbehandelingstoerusting gebruik word), om die duursaamheid van die stelsel te verbeter en die aantal onderhoudswerk te verminder.
Wat die ontwerp van die kragstelsel betref, aangesien die kragopwekking van die rioolturbine om verskeie redes nie heeltemal stabiel is nie, word die hele kragopwekkingstelsel parallel met die netwerk gekoppel om betroubare kragtoevoer te handhaaf. Die netwerkverbinding moet gereël word in ooreenstemming met die tegniese riglyne vir netwerkverbinding wat uitgereik is deur die kragmaatskappy en die Departement Elektriese en Meganiese Dienste van die Hong Kong Spesiale Administratiewe Streekregering.
Wat die pypuitleg betref, word, benewens die bestaande terreinbeperkings, ook die behoefte aan stelselonderhoud en -herstel in ag geneem. In hierdie verband is die oorspronklike plan om die hidrouliese turbine in die besinkingstankskag te installeer, wat in die O&O-projek voorgestel is, verander. In plaas daarvan word die gesuiwerde riool deur 'n keel uit die skag gelei en na die hidrouliese turbine gestuur, wat die moeilikheidsgraad en tyd van onderhoud aansienlik verminder en die impak op die normale werking van die rioolbehandelingsaanleg verminder.
Aangesien die sedimentasietenk soms vir onderhoud opgeskort moet word, is die keel van die turbinestelsel gekoppel aan twee skagte van vier stelle dubbeldek-sedimentasietenks. Selfs al staak twee stelle sedimentasietenks die werking, kan die ander twee stelle sedimentasietenks ook gesuiwerde riool voorsien, die turbinestelsel aandryf en voortgaan om elektrisiteit op te wek. Daarbenewens is 'n plek naby die skag van die 47/49 # sedimentasietenk gereserveer vir die installering van die tweede hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel in die toekoms, sodat wanneer die vier stelle sedimentasietenks normaal werk, die twee turbine-kragopwekkingstelsels gelyktydig krag kan opwek en die maksimum kragkapasiteit kan bereik.
3.3 Keuse van hidrouliese turbine en kragopwekker
Hidrouliese turbines is die sleuteltoerusting van die hele kragopwekkingstelsel. Turbines kan oor die algemeen in twee kategorieë verdeel word volgens die werkingsprinsipe: pulstipe en reaksietipe. Impulstipe beteken dat die vloeistof teen hoë spoed deur verskeie spuitpunte na die turbinelem skiet en dan die kragopwekker aandryf om energie op te wek. Die reaksietipe beweeg deur die turbinelem deur die vloeistof en gebruik die watervlakdruk om die kragopwekker aan te dryf om energie op te wek. In hierdie ontwerp, gebaseer op die feit dat die gesuiwerde rioolwater lae waterdruk kan verskaf wanneer dit vloei, word die Kaplan-turbine, een van die meer geskikte reaksietipes, gekies, omdat hierdie turbine hoë doeltreffendheid by lae waterdruk het en relatief dun is, wat meer geskik is vir die beperkte ruimte op die perseel.
Wat die kragopwekker betref, word 'n permanente magneet-sinchrone kragopwekker gekies wat deur 'n konstante spoed-hidrouliese turbine aangedryf word. Hierdie kragopwekker kan meer stabiele spanning en frekwensie lewer as 'n asynchrone kragopwekker, dus kan dit die kragtoevoerkwaliteit verbeter, die parallelle netwerk eenvoudiger maak en minder onderhoud benodig.
4 Konstruksie- en Bedryfskenmerke
4.1 Rooster parallelle rangskikking
Die netwerkverbinding moet uitgevoer word in ooreenstemming met die tegniese riglyne vir netwerkverbinding wat uitgereik is deur die kragmaatskappy en die Departement Elektriese en Meganiese Dienste van die Hong Kong Spesiale Administratiewe Streekregering. Volgens die riglyne moet die hernubare energie-kragopwekkingstelsel toegerus wees met 'n anti-eilandbeskermingsfunksie, wat die betrokke hernubare energie-kragopwekkingstelsel outomaties van die verspreidingstelsel kan skei wanneer die kragnetwerk om enige rede ophou om krag te lewer, sodat die hernubare energie-kragopwekkingstelsel nie kan voortgaan om krag aan die verspreidingstelsel te lewer nie, om die veiligheid van elektriese ingenieurspersoneel wat aan die netwerk of verspreidingstelsel werk, te verseker.
In terme van sinchrone werking van kragtoevoer, kan die hernubare energie-kragopwekkingstelsel en verspreidingstelsel slegs gesinchroniseer word wanneer die spanningsintensiteit, fasehoek of frekwensieverskil binne aanvaarbare perke beheer word.
4.2 Beheer en beskerming
Die hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel kan in outomatiese of handmatige modus beheer word. In outomatiese modus kan die skagte van die sedimentasietenk 47/49 # of 51/53 # as die bron van hidrouliese energie gebruik word, en die beheerstelsel sal verskillende beheerkleppe volgens die standaarddata begin om die mees geskikte sedimentasietenk te kies, om sodoende die hidrouliese turbine-kragopwekking te optimaliseer. Daarbenewens sal die beheerklep outomaties die stroomop rioolvlak aanpas sodat die sedimentasietenk nie die gesuiwerde riool sal oorloop nie, wat die kragopwekking tot die hoogste vlak verhoog. Die turbine-generatorstelsel kan in die hoofbeheerkamer of op die perseel gereguleer word.
Wat beskerming en beheer betref, indien die kragtoevoerkas of beheerklep van die turbinestelsel faal of die watervlak die maksimum toelaatbare watervlak oorskry, sal die hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel ook outomaties stop en die gesuiwerde riool deur die omleidingspyp afvoer, om te verhoed dat die stroomop sedimentasietenk die gesuiwerde riool oorstroom as gevolg van stelselversaking.
5 Werkverrigting van stelselwerking
Hierdie hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel is aan die einde van 2018 in werking gestel, met 'n gemiddelde maandelikse uitset van meer as 10000 kW · h. Die effektiewe waterdruk wat die hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsel kan aandryf, verander ook met verloop van tyd as gevolg van die hoë en lae vloei van riool wat daagliks deur die rioolbehandelingsaanleg versamel en behandel word. Om die krag wat deur die turbinestelsel opgewek word, te maksimeer, het die Dreineringsdienste-afdeling 'n beheerstelsel ontwerp om die turbine se werkingsmoment outomaties aan te pas volgens die daaglikse rioolvloei, waardeur die kragproduksiedoeltreffendheid verbeter word. Figuur 7 toon die verband tussen die kragopwekkingstelsel en die watervloei. Wanneer die watervloei die ingestelde vlak oorskry, sal die stelsel outomaties werk om elektrisiteit op te wek.
6 Uitdagings en Oplossings
Die Dreineringsdienste-afdeling het baie uitdagings teëgekom met die uitvoering van relevante projekte, en het ooreenstemmende planne geformuleer in reaksie op hierdie uitdagings,
7 Gevolgtrekking
Ten spyte van verskeie uitdagings, is hierdie stel hidrouliese turbine-kragopwekkingstelsels suksesvol aan die einde van 2018 in werking gestel. Die gemiddelde maandelikse kraglewering van die stelsel is meer as 10000 kW · h, wat gelykstaande is aan die gemiddelde maandelikse kragverbruik van ongeveer 25 huishoudings in Hong Kong (die gemiddelde maandelikse kragverbruik van elke huishouding in Hong Kong in 2018 is ongeveer 390 kW · h). Die Dreineringsdienste-afdeling is daartoe verbind om "wêreldklas riool- en reënwaterbehandelings- en dreineringsdienste te lewer om die volhoubare ontwikkeling van Hong Kong te bevorder", terwyl omgewingsbeskerming en klimaatsveranderingsprojekte bevorder word. In die toepassing van hernubare energie gebruik die Dreineringsdienste-afdeling biogas, sonenergie en die energie van die vloei van gesuiwerde riool om hernubare energie op te wek. In die afgelope paar jaar is die gemiddelde jaarlikse hernubare energie wat deur die Dreineringsdienste-afdeling geproduseer word ongeveer 27 miljoen kW · h, wat in die energiebehoeftes van ongeveer 9% van die Dreineringsdienste-afdeling kan voorsien. Die Dreineringsdienste-afdeling sal voortgaan met sy pogings om die toepassing van hernubare energie te versterk en te bevorder.
Plasingstyd: 22 Nov 2022
