U Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu di u Guvernu di a Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong s'impegna à aiutà à mitigà u cambiamentu climaticu mundiale. Annantu à l'anni, sò state installate installazioni di risparmiu energeticu è di energie rinnuvevuli in alcune di e so centrale. Cù u lanciu ufficiale di u "Pianu di Purificazione di u Portu Fase II A" di Hong Kong, u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hà installatu un sistema di generazione di energia à turbina idraulica à l'Impianto di Trattamentu di l'Acque di Scarico di Stonecutters Island (l'impianto di trattamentu di l'acque di scarico cù a più grande capacità di trattamentu di l'acque di scarico in Hong Kong), chì utilizza l'energia idraulica di l'acque di scarico chì scorrenu per azionà u generatore di turbine, è poi genera elettricità per l'usu di l'installazioni in l'impianto. Questu documentu presenta u sistema, cumprese e sfide incontrate in l'implementazione di i prughjetti pertinenti, e cunsiderazioni è e caratteristiche di a cuncepzione è a custruzzione di u sistema, è e prestazioni operative di u sistema. U sistema ùn solu aiuta à risparmià i costi di l'elettricità, ma utilizza ancu l'acqua per riduce l'emissioni di carbonu.
1 Introduzione à u prugettu
A seconda fase A di u "Pianu di Purificazione di u Portu" hè un pianu à grande scala messu in opera da u Guvernu di a Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong per migliurà a qualità di l'acqua di u Portu Victoria. Hè statu ufficialmente messu in pienu usu in dicembre 2015. U so scopu di travagliu include a custruzzione di una galleria di fognature prufonda cù una lunghezza tutale di circa 21 km è 163 m sottu terra, per trasportà l'acque reflue generate in u nordu è u suduveste di l'isula à l'Impianto di Trattamentu di l'Acque Reflue di Stonecutters Island, è per aumentà a capacità di trattamentu di l'impianto di fognature à 245 × 105 m3/g, furnendu servizii di trattamentu di l'acque reflue per circa 5,7 milioni di citadini. A causa di limitazioni di terra, l'Impianto di Trattamentu di l'Acque Reflue di Stonecutters Island utilizza 46 insiemi di serbatoi di sedimentazione à dui piani per u trattamentu primariu chimicamente miglioratu di l'acque reflue, è ogni dui insiemi di serbatoi di sedimentazione sparteranu un pozzu verticale (vale à dì, un tutale di 23 pozzi) per mandà l'acque reflue purificate à u tubu di drenaggiu sutterraniu per a disinfezione finale, è dopu in mare prufondu.
2 Ricerca è sviluppu iniziale pertinenti
Vista a grande quantità di acque reflue trattate ogni ghjornu da a Stazione di Trattamentu di l'Acque Reflue di Stonecutters Island è u disignu unicu à doppiu stratu di u so serbatu di sedimentazione, pò furnisce una certa quantità di energia idraulica mentre scarica l'acque reflue purificate per azionà u generatore di turbina per generà elettricità. A squadra di u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hà tandu realizatu un studiu di fattibilità pertinente in u 2008 è hà realizatu una seria di testi in u campu. I risultati di sti studii preliminari cunfermanu a fattibilità di l'installazione di generatori di turbina.
Locu d'installazione: in u pozzu di u serbatu di sedimentazione; Pressione effettiva di l'acqua: 4,5 ~ 6 m (u disignu specificu dipende da e cundizioni operative attuali in u futuru è da a pusizione esatta di a turbina); Gamma di flussu: 1,1 ~ 1,25 m3 / s; Potenza massima di uscita: 45 ~ 50 kW; Attrezzatura è materiali: Siccomu l'acqua di scaricu purificata hà sempre una certa corrosività, i materiali selezziunati è l'attrezzatura cunnessa devenu avè una prutezzione è una resistenza à a corrosione adeguate.
À questu riguardu, u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hà riservatu spaziu per dui insemi di serbatoi di sedimentazione in l'impianto di trattamentu di l'acque reflue per installà un sistema di generazione di energia à turbine in u prughjettu di espansione di u "Prughjettu di Purificazione di u Portu Fase II A".
3 Cunsiderazioni è caratteristiche di cuncepimentu di u sistema
3.1 Putenza generata è pressione effettiva di l'acqua
A relazione trà l'energia elettrica generata da l'energia idrodinamica è a pressione effettiva di l'acqua hè a seguente: energia elettrica generata (kW) = [densità di l'acqua di scaricu purificata ρ (kg/m3) × Portata d'acqua Q (m3/s) × Pressione effettiva di l'acqua H (m) × Costante di gravità g (9,807 m/s2)] ÷ 1000
× Efficienza generale di u sistema (%). A pressione effettiva di l'acqua hè a differenza trà u livellu massimu di l'acqua permessu di u pozzu è u livellu di l'acqua di u pozzu adiacente in l'acqua chì scorre.
In altre parolle, più alta hè a velocità di u flussu è a pressione effettiva di l'acqua, più grande hè a putenza generata. Dunque, per generà più putenza, unu di l'ubbiettivi di cuncepimentu hè di permette à u sistema di turbine di riceve a più alta velocità di flussu d'acqua è a pressione effettiva di l'acqua.
3.2 Punti chjave di a cuncepzione di u sistema
Prima di tuttu, in termini di cuncepimentu, u sistema di turbine appena installatu ùn deve micca influenzà u funziunamentu nurmale di l'impianto di trattamentu di l'acque reflue u più pussibule. Per esempiu, u sistema deve avè dispositivi di prutezzione adatti per impedisce chì u serbatu di sedimentazione à monte trabocchi di l'acque reflue purificate per via di un cuntrollu incorrectu di u sistema. Parametri di funziunamentu determinati durante a cuncepimentu: portata 1,06 ～ 1,50 m3/s, intervallu di pressione effettiva di l'acqua 24 ～ 52 kPa.
Inoltre, postu chì l'acqua di scaricu purificata da u serbatu di sedimentazione cuntene sempre alcune sustanze currusive, cum'è l'idrogenu sulfuratu è u sale, tutti i materiali di i cumpunenti di u sistema di turbina in cuntattu cù l'acqua di scaricu purificata devenu esse resistenti à a currusione (cum'è i materiali in acciaio inox duplex spessu usati per l'apparecchiature di trattamentu di l'acqua di scaricu), in modu da migliurà a durabilità di u sistema è riduce u numeru di manutenzione.
In termini di cuncepimentu di u sistema energeticu, postu chì a generazione di energia di a turbina di fognatura ùn hè micca cumpletamente stabile per diverse ragioni, tuttu u sistema di generazione di energia hè cunnessu in parallelu cù a rete per mantene un approvvigionamentu energeticu affidabile. A cunnessione à a rete deve esse urganizata in cunfurmità cù e linee guida tecniche per a cunnessione à a rete emesse da a cumpagnia elettrica è da u Dipartimentu di i Servizi Elettrici è Meccanichi di u Guvernu di a Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong.
In termini di tracciamentu di e tubature, in più di e restrizioni esistenti di u situ, si tene ancu contu di a necessità di manutenzione è riparazione di u sistema. À questu riguardu, u pianu originale di stallazione di a turbina idraulica in u pozzu di u decantatore prupostu in u prugettu R&S hè statu cambiatu. Invece, l'acqua di scaricu purificata hè guidata fora di u pozzu da una gola è mandata à a turbina idraulica, ciò chì riduce assai a difficultà è u tempu di manutenzione è riduce l'impattu nantu à u funziunamentu nurmale di l'impianto di trattamentu di l'acqua di scaricu.
In vista di u fattu chì u tank di sedimentazione hà bisognu di esse suspesu à volte per a manutenzione, a gola di u sistema di turbina hè cunnessa à dui alberi di quattru gruppi di tank di sedimentazione à doppiu ponte. Ancu s'è dui gruppi di tank di sedimentazione smettenu di funziunà, l'altri dui gruppi di tank di sedimentazione ponu ancu furnisce acque residue purificate, alimentà u sistema di turbina è cuntinuà à generà elettricità. Inoltre, un locu hè statu riservatu vicinu à l'alberu di u tank di sedimentazione 47/49 # per l'installazione di u secondu sistema di generazione di energia di turbina idraulica in u futuru, affinchì quandu i quattru gruppi di tank di sedimentazione funzionanu nurmalmente, i dui sistemi di generazione di energia di turbina possinu generà energia à u listessu tempu, righjunghjendu a capacità massima di putenza.
3.3 Selezzione di turbina idraulica è generatore
A turbina idraulica hè l'equipaggiu chjave di tuttu u sistema di generazione d'energia. E turbine ponu generalmente esse divise in duie categurie secondu u principiu di funziunamentu: tipu à impulsi è tipu à reazione. U tipu à impulsi hè chì u fluidu spara à a pala di a turbina à alta velocità attraversu parechji ugelli, è poi aziona u generatore per generà energia. U tipu à reazione passa per a pala di a turbina attraversu u fluidu, è usa a pressione di u livellu di l'acqua per aziona u generatore per generà energia. In questu cuncepimentu, basatu annantu à u fattu chì l'acqua di scaricu purificata pò furnisce una bassa pressione di l'acqua quandu scorre, a turbina Kaplan, unu di i tipi di reazione più adatti, hè scelta, perchè sta turbina hà una alta efficienza à bassa pressione di l'acqua è hè relativamente fina, chì hè più adatta per u spaziu limitatu in situ.
In termini di generatore, hè statu sceltu un generatore sincronu à magneti permanenti azionatu da una turbina idraulica à velocità costante. Stu generatore pò pruduce una tensione è una frequenza più stabili cà u generatore asincronu, dunque pò migliurà a qualità di l'alimentazione elettrica, rende a rete parallela più simplice è richiede menu manutenzione.
4 Caratteristiche di custruzzione è funziunamentu
4.1 Disposizione parallela di a griglia
A cunnessione à a rete deve esse realizata in cunfurmità cù e linee guida tecniche per a cunnessione à a rete emesse da a cumpagnia elettrica è da u Dipartimentu di i Servizi Elettrici è Meccanichi di u Guvernu di a Regione Amministrativa Speciale di Hong Kong. Sicondu e linee guida, u sistema di generazione di energia rinnuvevule deve esse dotatu di una funzione di prutezzione anti-isulazione, chì pò separà automaticamente u sistema di generazione di energia rinnuvevule pertinente da u sistema di distribuzione quandu a rete elettrica smette di furnisce energia per qualsiasi ragione, in modu chì u sistema di generazione di energia rinnuvevule ùn possa micca cuntinuà à furnisce energia à u sistema di distribuzione, in modu da assicurà a sicurezza di u persunale di l'ingegneria elettrica chì travaglia nantu à a rete o u sistema di distribuzione.
In termini di funziunamentu sincronu di l'alimentazione elettrica, u sistema di generazione di energia rinnuvevule è u sistema di distribuzione ponu esse sincronizati solu quandu l'intensità di tensione, l'angulu di fase o a differenza di frequenza sò cuntrullati in limiti accettabili.
4.2 Cuntrollu è prutezzione
U sistema di generazione di energia di a turbina idraulica pò esse cuntrullatu in modu automaticu o manuale. In modu automaticu, l'alberi di u serbatu di sedimentazione 47/49 # o 51/53 # ponu esse aduprati cum'è fonte d'energia idraulica, è u sistema di cuntrollu avvierà diverse valvole di cuntrollu secondu i dati predefiniti per selezziunà u serbatu di sedimentazione più apprupriatu, in modu da ottimizà a generazione di energia di a turbina idraulica. Inoltre, a valvula di cuntrollu aghjusterà automaticamente u livellu di l'acqua di scaricu à monte in modu chì u serbatu di sedimentazione ùn trabocchi micca l'acqua di scaricu purificata, aumentendu cusì a generazione di energia à u livellu più altu. U sistema di generatore di turbina pò esse regulatu in a sala di cuntrollu principale o in situ.
In termini di prutezzione è cuntrollu, se a scatula di alimentazione o a valvula di cuntrollu di u sistema di turbina falla o u livellu di l'acqua supera u livellu massimu di l'acqua permessu, u sistema di generazione di energia di a turbina idraulica fermerà ancu automaticamente u funziunamentu è scaricherà l'acqua di scaricu purificata attraversu u tubu di bypass, in modu da impedisce chì u serbatu di sedimentazione à monte trabocchi l'acqua di scaricu purificata per via di un fallimentu di u sistema.
5 Prestazione di u funziunamentu di u sistema
Stu sistema di generazione di energia à turbina idraulica hè statu messu in funzione à a fine di u 2018, cù una pruduzzione mensile media di più di 10000 kW · h. A pressione effettiva di l'acqua chì pò fà funziunà u sistema di generazione di energia à turbina idraulica cambia ancu cù u tempu per via di u flussu altu è bassu di fognature raccolte è trattate da a stazione di trattamentu di e acque reflue ogni ghjornu. Per massimizà a putenza generata da u sistema di turbine, u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hà cuncipitu un sistema di cuntrollu per aghjustà automaticamente a coppia di funziunamentu di a turbina secondu u flussu di fognature cutidianu, migliurendu cusì l'efficienza di a pruduzzione di energia. A Figura 7 mostra a relazione trà u sistema di generazione di energia è u flussu d'acqua. Quandu u flussu d'acqua supera u livellu stabilitu, u sistema funziona automaticamente per generà elettricità.
6 Sfide è Soluzioni
U Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hà scontru parechje sfide in a realizazione di prughjetti pertinenti, è hà furmulatu piani currispondenti in risposta à queste sfide,
7 Cunclusione
Malgradu diverse sfide, questu inseme di sistemi di generazione di energia à turbine idrauliche hè statu messu in funzione cù successu à a fine di u 2018. A pruduzzione media mensile di putenza di u sistema hè più di 10000 kW · h, chì hè equivalente à u cunsumu mediu mensile di energia di circa 25 famiglie di Hong Kong (u cunsumu mediu mensile di energia di ogni famiglia di Hong Kong in u 2018 hè di circa 390 kW · h). U Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu s'impegna à "furnisce servizii di trattamentu è di drenaggiu di l'acqua di scaricu è di pioggia di classe mundiale per prumove u sviluppu sustenibile di Hong Kong", mentre prumove prughjetti di prutezzione ambientale è di cambiamentu climaticu. In l'applicazione di l'energie rinnuvevuli, u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu utilizza u biogas, l'energia solare è l'energia da u flussu di acque di scaricu purificate per generà energia rinnuvevule. In l'ultimi anni, l'energia rinnuvevule media annuale prodotta da u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu hè di circa 27 milioni di kW · h, chì pò risponde à i bisogni energetichi di circa u 9% di u Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu. U Dipartimentu di i Servizii di Drenaggiu continuerà i so sforzi per rinfurzà è prumove l'applicazione di l'energie rinnuvevuli.
Data di publicazione: 22 di nuvembre di u 2022
