Дэпартамент дрэнажных паслуг урада Спецыяльнага адміністрацыйнага раёна Ганконг імкнецца дапамагчы ў змякчэнні наступстваў глабальнага змянення клімату. На працягу многіх гадоў на некаторых з яго заводаў былі ўсталяваныя энергазберагальныя і аднаўляльныя энергетычныя ўстаноўкі. З афіцыйным запускам «Плана ачысткі порта», фаза II А, Дэпартамент дрэнажных паслуг усталяваў на ачышчальнай станцыі сцёкавых вод Stonecutters Island (ачышчальнай станцыі з найбуйнейшай магутнасцю ачысткі сцёкавых вод у Ганконгу), сістэму выпрацоўкі энергіі з гідраўлічнай турбіны, якая выкарыстоўвае гідраўлічную энергію патоку сцёкавых вод для прывада турбагенератара, а затым выпрацоўвае электраэнергію для выкарыстання аб'ектаў станцыі. У гэтым артыкуле прадстаўлена сістэма, у тым ліку праблемы, якія ўзнікаюць пры рэалізацыі адпаведных праектаў, меркаванні і характарыстыкі праектавання і будаўніцтва сістэмы, а таксама эксплуатацыйныя характарыстыкі сістэмы. Сістэма не толькі дапамагае эканоміць выдаткі на электраэнергію, але і выкарыстоўвае ваду для скарачэння выкідаў вугляроду.
1 Уводзіны ў праект
Другі этап А «Плана ачысткі гавані» — гэта маштабны план, рэалізаваны ўрадам Спецыяльнага адміністрацыйнага раёна Ганконг па паляпшэнні якасці вады ў гавані Вікторыя. Ён быў афіцыйна ўведзены ў эксплуатацыю ў снежні 2015 года. Яго аб'ём работ уключае будаўніцтва глыбокага каналізацыйнага тунэля агульнай даўжынёй каля 21 км і глыбінёй 163 м пад зямлёй для транспарціроўкі сцёкавых вод, якія ўтвараюцца на поўначы і паўднёвым захадзе вострава, на ачышчальную станцыю сцёкавых вод вострава Стоўнкутэрс і павелічэнне магутнасці ачышчальнай станцыі да 245 × 105 м3/сут, што забяспечыць паслугі па ачыстцы сцёкавых вод для каля 5,7 мільёна грамадзян. З-за абмежаванасці зямлі ачышчальная станцыя сцёкавых вод вострава Стоўнкутэрс выкарыстоўвае 46 камплектаў двух'ярусных адстойнікаў для хімічна ўзмоцненай першаснай ачысткі сцёкавых вод, і кожныя два камплекты адстойнікаў будуць мець адну вертыкальную шахту (гэта значыць усяго 23 шахты) для адпраўкі ачышчаных сцёкавых вод у падземную дрэнажную трубу для канчатковай дэзінфекцыі, а затым у глыбокае мора.
2 Адпаведныя раннія даследаванні і распрацоўкі
Улічваючы вялікую колькасць сцёкавых вод, якія штодня ачышчаюцца на ачышчальных станцыях вострава Стоўнкутэрс, і ўнікальную двухслаёвую канструкцыю адстойніка, яны могуць забяспечыць пэўную колькасць гідраўлічнай энергіі пры скідзе ачышчаных сцёкавых вод для прывада турбагенератара, які выпрацоўвае электрычнасць. Затым у 2008 годзе каманда Дэпартамента дрэнажных паслуг правяла адпаведнае тэхніка-эканамічнае абгрунтаванне і серыю палявых выпрабаванняў. Вынікі гэтых папярэдніх даследаванняў пацвярджаюць магчымасць усталёўкі турбагенератараў.
Месца ўстаноўкі: у шахце адстойніка; Эфектыўны ціск вады: 4,5~6 м (канкрэтная канструкцыя залежыць ад рэальных умоў эксплуатацыі ў будучыні і дакладнага месцазнаходжання турбіны); Дыяпазон патоку: 1,1 ~ 1,25 м3/с; Максімальная выходная магутнасць: 45~50 кВт; Абсталяванне і матэрыялы: Паколькі ачышчаныя сцёкавыя воды ўсё яшчэ маюць пэўную каразійную актыўнасць, выбраныя матэрыялы і адпаведнае абсталяванне павінны мець адэкватную абарону і каразійную ўстойлівасць.
У сувязі з гэтым Дэпартамент дрэнажных паслуг зарэзерваваў месца для двух камплектаў адстойнікаў на ачышчальнай станцыі сцёкавых вод для ўстаноўкі сістэмы выпрацоўкі турбіны ў рамках праекта пашырэння «Праекта ачысткі порта, фаза II А».
3 Агляды і асаблівасці праектавання сістэмы
3.1 Выпрацоўваемая магутнасць і эфектыўны ціск вады
Суадносіны паміж электрычнай магутнасцю, якая выпрацоўваецца гідрадынамічнай энергіяй, і эфектыўным ціскам вады наступныя: выпрацоўваемая электрычная магутнасць (кВт) = [шчыльнасць ачышчаных сцёкавых вод ρ (кг/м3) × хуткасць патоку вады Q (м3/с) × эфектыўны ціск вады H (м) × пастаянная сілы цяжару g (9,807 м/с2)] ÷ 1000
× Агульная эфектыўнасць сістэмы (%). Эфектыўны ціск вады — гэта розніца паміж максімальна дапушчальным узроўнем вады ў шахце і ўзроўнем вады ў суседняй шахце ў праточнай вадзе.
Іншымі словамі, чым вышэй хуткасць патоку і эфектыўны ціск вады, тым большая выпрацоўваемая магутнасць. Такім чынам, каб выпрацоўваць больш магутнасці, адной з мэтаў праектавання з'яўляецца забеспячэнне максімальнай хуткасці патоку вады і эфектыўнага ціску вады ў турбіннай сістэме.
3.2 Ключавыя моманты праектавання сістэмы
Па-першае, з пункту гледжання праектавання, новаўсталяваная турбінная сістэма не павінна максімальна ўплываць на нармальную працу ачышчальных збудаванняў. Напрыклад, сістэма павінна мець адпаведныя ахоўныя прылады, каб прадухіліць перапаўненне адстойніка, размешчанага вышэй па плыні, ачышчанымі сцёкавымі водамі з-за няправільнага кіравання сістэмай. Рабочыя параметры, вызначаныя падчас праектавання: хуткасць патоку 1,06 ~ 1,50 м3/с, эфектыўны дыяпазон ціску вады 24 ~ 52 кПа.
Акрамя таго, паколькі сцёкавыя воды, ачышчаныя адстойнікам, усё яшчэ ўтрымліваюць некаторыя каразійныя рэчывы, такія як серавадарод і соль, усе матэрыялы кампанентаў турбіннай сістэмы, якія кантактуюць з ачышчанымі сцёкавымі водамі, павінны быць устойлівымі да карозіі (напрыклад, дуплексныя нержавеючыя сталі, якія часта выкарыстоўваюцца для абсталявання для ачысткі сцёкавых вод), каб павысіць даўгавечнасць сістэмы і скараціць колькасць тэхнічнага абслугоўвання.
Што тычыцца праектавання энергасістэмы, паколькі выпрацоўка энергіі каналізацыйнай турбіны па розных прычынах не цалкам стабільная, уся сістэма вытворчасці электраэнергіі падключаецца паралельна да сеткі для забеспячэння надзейнага электразабеспячэння. Падключэнне да сеткі павінна быць арганізавана ў адпаведнасці з тэхнічнымі рэкамендацыямі па падключэнні да сеткі, выдадзенымі энергакампаніяй і Дэпартаментам электрамеханічных паслуг урада Спецыяльнага адміністрацыйнага раёна Ганконг.
Што тычыцца размяшчэння трубаправодаў, акрамя існуючых абмежаванняў на пляцоўцы, таксама ўлічваецца неабходнасць тэхнічнага абслугоўвання і рамонту сістэмы. У сувязі з гэтым першапачатковы план усталёўкі гідраўлічнай турбіны ў шахце адстойніка, прапанаваны ў даследчым праекце, быў зменены. Замест гэтага ачышчаныя сцёкавыя воды выводзяцца з шахты праз гарлавіну і накіроўваюцца ў гідраўлічную турбіну, што значна зніжае складанасць і час тэхнічнага абслугоўвання і памяншае ўплыў на нармальную працу ачышчальных збудаванняў.
Улічваючы, што адстойнік перыядычна трэба падвешваць для тэхнічнага абслугоўвання, гарлавіна турбіннай сістэмы злучана з двума валамі чатырох камплектаў двух'ярусных адстойнікаў. Нават калі два камплекты адстойнікаў спыняць працу, два іншыя камплекты адстойнікаў таксама могуць забяспечваць ачышчаныя сцёкавыя воды, прыводзіць у рух турбінную сістэму і працягваць выпрацоўваць электраэнергію. Акрамя таго, каля ствала адстойніка № 47/49 было зарэзервавана месца для ўстаноўкі другой гідраўлічнай турбіннай сістэмы выпрацоўкі энергіі ў будучыні, каб пры нармальнай працы чатырох камплектаў адстойнікаў дзве турбінныя сістэмы выпрацоўкі энергіі маглі выпрацоўваць энергію адначасова, дасягаючы максімальнай магутнасці.
3.3 Выбар гідраўлічнай турбіны і генератара
Гідраўлічная турбіна з'яўляецца ключавым абсталяваннем усёй сістэмы вытворчасці электраэнергіі. Турбіны можна падзяліць на дзве катэгорыі ў залежнасці ад прынцыпу працы: імпульсныя і рэактыўныя. Імпульсныя турбіны заключаюцца ў тым, што вадкасць падаецца да лапаткі турбіны з высокай хуткасцю праз некалькі соплаў, а затым прыводзіць у рух генератар для выпрацоўкі энергіі. Рэактыўныя турбіны праходзяць праз лапатку турбіны праз вадкасць і выкарыстоўваюць ціск узроўню вады для прывада генератара для выпрацоўкі энергіі. У гэтай канструкцыі, зыходзячы з таго факту, што ачышчаныя сцёкавыя воды могуць забяспечваць нізкі ціск вады пры патоку, была абраная турбіна Каплана, адзін з найбольш прыдатных рэакцыйных тыпаў, таму што гэтая турбіна мае высокую эфектыўнасць пры нізкім ціску вады і адносна тонкая, што больш падыходзіць для абмежаванай прасторы на аб'екце.
Што тычыцца генератара, абраны сінхронны генератар з пастаяннымі магнітамі, які прыводзіцца ў рух гідраўлічнай турбінай пастаяннай хуткасці. Гэты генератар можа выдаваць больш стабільнае напружанне і частату, чым асінхронны генератар, таму ён можа палепшыць якасць электразабеспячэння, спрасціць паралельную сетку і патрабаваць менш тэхнічнага абслугоўвання.
4 Асаблівасці канструкцыі і эксплуатацыі
4.1 Паралельнае размяшчэнне сеткі
Падключэнне да сеткі павінна ажыццяўляцца ў адпаведнасці з тэхнічнымі рэкамендацыямі па падключэнні да сеткі, выдадзенымі энергакампаніяй і Дэпартаментам электратэхнічных і механічных паслуг урада Спецыяльнага адміністрацыйнага раёна Ганконг. Згодна з рэкамендацыямі, сістэма вытворчасці электраэнергіі з аднаўляльных крыніц энергіі павінна быць абсталявана функцыяй абароны ад аварыйнай працы, якая можа аўтаматычна адлучаць адпаведную сістэму вытворчасці электраэнергіі з аднаўляльных крыніц энергіі ад размеркавальнай сістэмы, калі электрасетка па любой прычыне спыняе падачу электраэнергіі, каб сістэма вытворчасці электраэнергіі з аднаўляльных крыніц энергіі не магла працягваць падачу электраэнергіі ў размеркавальную сістэму, каб забяспечыць бяспеку персаналу-электрыка, які працуе ў сетцы або размеркавальнай сістэме.
Што тычыцца сінхроннай працы электразабеспячэння, сістэма вытворчасці энергіі з аднаўляльных крыніц энергіі і сістэма размеркавання могуць быць сінхранізаваны толькі тады, калі напружанне, фазавы кут або розніца частаты кантралююцца ў дапушчальных межах.
4.2 Кантроль і абарона
Сістэма выпрацоўкі энергіі гідраўлічнай турбінай можа кіравацца ў аўтаматычным або ручным рэжыме. У аўтаматычным рэжыме валы адстойнікаў 47/49 # або 51/53 # могуць выкарыстоўвацца ў якасці крыніцы гідраўлічнай энергіі, і сістэма кіравання будзе запускаць розныя рэгулюючыя клапаны ў адпаведнасці з дадзенымі па змаўчанні, каб выбраць найбольш прыдатны адстойнік, каб аптымізаваць выпрацоўку энергіі гідраўлічнай турбінай. Акрамя таго, рэгулюючы клапан будзе аўтаматычна рэгуляваць узровень сцёкавых вод вышэй па плыні, каб адстойнік не перапаўняўся ачышчанымі сцёкавымі водамі, тым самым павялічваючы выпрацоўку энергіі да максімальнага ўзроўню. Сістэма турбагенератара можа рэгулявацца ў галоўнай дыспетчарскай або на месцы.
Што тычыцца абароны і кіравання, то калі блок харчавання або рэгулюючы клапан турбіннай сістэмы выйдзе з ладу, або ўзровень вады перавысіць максімальна дапушчальны ўзровень вады, гідраўлічная сістэма выпрацоўкі энергіі турбіны таксама аўтаматычна спыніць працу і скіне ачышчаныя сцёкавыя воды праз абводную трубу, каб прадухіліць перапаўненне адстойніка вышэй па плыні з-за няспраўнасці сістэмы.
5 Прадукцыйнасць сістэмы
Гэтая сістэма выпрацоўкі электраэнергіі з дапамогай гідраўлічных турбін была ўведзена ў эксплуатацыю ў канцы 2018 года, з сярэднемесячнай прадукцыйнасцю больш за 10000 кВт·г. Эфектыўны ціск вады, які можа прыводзіць у рух сістэму выпрацоўкі электраэнергіі з дапамогай гідраўлічных турбін, таксама змяняецца з часам з-за высокага і нізкага патоку сцёкавых вод, якія штодня збіраюцца і ачышчаюцца на ачышчальных збудаваннях. Каб максымізаваць магутнасць, якая выпрацоўваецца турбіннай сістэмай, Дэпартамент дрэнажных паслуг распрацаваў сістэму кіравання для аўтаматычнай рэгулявання крутоўнага моманту турбіны ў залежнасці ад штодзённага патоку сцёкавых вод, тым самым павышаючы эфектыўнасць вытворчасці электраэнергіі. На малюнку 7 паказана сувязь паміж сістэмай выпрацоўкі электраэнергіі і патокам вады. Калі паток вады перавышае зададзены ўзровень, сістэма аўтаматычна ўключаецца для выпрацоўкі электраэнергіі.
6 праблем і рашэнняў
Дэпартамент дрэнажных паслуг сутыкнуўся з многімі цяжкасцямі пры рэалізацыі адпаведных праектаў і распрацаваў адпаведныя планы ў адказ на гэтыя праблемы.
7 Выснова
Нягледзячы на розныя цяжкасці, гэты камплект гідраўлічных турбінных сістэм вытворчасці энергіі быў паспяхова ўведзены ў эксплуатацыю ў канцы 2018 года. Сярэдняя штомесячная выпрацоўка магутнасці сістэмы складае больш за 10 000 кВт·г, што эквівалентна сярэднямесячнаму спажыванню электраэнергіі каля 25 хатніх гаспадарак Ганконга (сярэднямесячнае спажыванне электраэнергіі кожнай хатняй гаспадаркай Ганконга ў 2018 годзе складала каля 390 кВт·г). Дэпартамент дрэнажных паслуг імкнецца «забяспечваць паслугі па ачыстцы і дрэнажы сцёкавых вод сусветнага класа для садзейнічання ўстойліваму развіццю Ганконга», адначасова прасоўваючы праекты па ахове навакольнага асяроддзя і змяненні клімату. Пры выкарыстанні аднаўляльных крыніц энергіі Дэпартамент дрэнажных паслуг выкарыстоўвае біягаз, сонечную энергію і энергію патоку ачышчаных сцёкавых вод для вытворчасці аднаўляльнай энергіі. За апошнія некалькі гадоў сярэднегадавая вытворчасць аднаўляльнай энергіі Дэпартаментам дрэнажных паслуг складае каля 27 мільёнаў кВт·г, што можа задаволіць патрэбы ў энергіі каля 9% Дэпартамента дрэнажных паслуг. Дэпартамент дрэнажных паслуг будзе працягваць свае намаганні па ўмацаванні і прасоўванні выкарыстання аднаўляльных крыніц энергіі.
Час публікацыі: 22 лістапада 2022 г.
