Hongkongi erihalduspiirkonna valitsuse drenaažiteenuste osakond on pühendunud globaalsete kliimamuutuste leevendamisele. Aastate jooksul on mõnda selle jaama paigaldatud energiasäästlikke ja taastuvenergia seadmeid. Hongkongi „Sadama puhastuskava II A etapi” ametliku käivitamisega paigaldas drenaažiteenuste osakond Stonecutters Islandi reoveepuhastusjaama (Hongkongi suurima reoveepuhastusvõimsusega reoveepuhastusjaam) hüdraulilise turbiinienergia genereerimissüsteemi, mis kasutab voolava reovee hüdraulilist energiat turbiingeneraatori käitamiseks ja seejärel toodab elektrit jaama seadmete tarbeks. Käesolev artikkel tutvustab süsteemi, sealhulgas asjakohaste projektide elluviimisel esinevaid väljakutseid, süsteemi projekteerimise ja ehitamise kaalutlusi ja omadusi ning süsteemi tööomadusi. Süsteem mitte ainult ei aita säästa elektrienergia kulusid, vaid kasutab ka vett süsinikdioksiidi heitkoguste vähendamiseks.
1 Projekti tutvustus
„Sadama puhastuskava” teine A-etapp on Hongkongi erihalduspiirkonna valitsuse ellu viidud ulatuslik plaan Victoria sadama vee kvaliteedi parandamiseks. See võeti ametlikult täielikult kasutusele 2015. aasta detsembris. Selle töö hõlmab umbes 21 km pikkuse ja 163 m maapinnast sügavama sügava kanalisatsioonitunneli ehitamist, et transportida saare põhja- ja edelaosas tekkiv reovesi Stonecuttersi saare reoveepuhastusjaama ning suurendada reoveepuhastusjaama puhastusvõimsust 245 × 105 m3/d-ni, pakkudes reoveepuhastusteenuseid umbes 5,7 miljonile kodanikule. Maapinna piirangute tõttu kasutab Stonecuttersi saare reoveepuhastusjaam reovee keemiliseks täiustamiseks 46 kahekorruselist settepaaki ja iga kahe settepaagi komplekti vahel on ühine vertikaalne šaht (st kokku 23 šahti), et suunata puhastatud reovesi maa-alusesse drenaažitorusse lõplikuks desinfitseerimiseks ja seejärel süvamere.
2 Asjakohane varajane uurimis- ja arendustegevus
Arvestades Stonecutters Islandi reoveepuhastusjaama iga päev töödeldava suure reoveehulga ja settepaagi ainulaadset kahekihilist konstruktsiooni, suudab see puhastatud reovee väljalaskmisel anda teatud koguse hüdraulilist energiat, et käitada turbiingeneraatorit elektri tootmiseks. Seejärel viis drenaažiteenuste osakonna meeskond 2008. aastal läbi asjakohase teostatavusuuringu ja rea välikatseid. Nende eeluuringute tulemused kinnitavad turbiingeneraatorite paigaldamise teostatavust.
Paigalduskoht: settepaagi šahtis; Efektiivne veesurve: 4,5–6 m (konkreetne konstruktsioon sõltub tulevastest tegelikest töötingimustest ja turbiini täpsest asukohast); Vooluhulk: 1,1–1,25 m3/s; Maksimaalne väljundvõimsus: 45–50 kW; Seadmed ja materjalid: Kuna puhastatud reoveel on endiselt teatav söövitav toime, peavad valitud materjalid ja nendega seotud seadmed olema piisavalt kaitstud ja korrosioonikindlad.
Sellega seoses on drenaažiteenuste osakond reserveerinud reoveepuhastusjaamas ruumi kahele settepaakide komplektile, et paigaldada „Sadama puhastusprojekti II A etapi” laiendusprojekti raames turbiinenergia tootmise süsteem.
3 Süsteemi kujundamise kaalutlused ja omadused
3.1 Genereeritud võimsus ja efektiivne veesurve
Hüdrodünaamilise energia abil toodetud elektrienergia ja efektiivse veesurve vaheline seos on järgmine: toodetud elektrienergia (kW) = [puhastatud reovee tihedus ρ (kg/m3) × veevoolukiirus Q (m3/s) × efektiivne veesurve H (m) × raskuskonstant g (9,807 m/s2)] ÷ 1000
× Süsteemi üldine efektiivsus (%). Efektiivne veesurve on šahti maksimaalselt lubatud veetaseme ja külgneva šahti veetaseme vahe voolavas vees.
Teisisõnu, mida suurem on voolukiirus ja efektiivne veesurve, seda suurem on genereeritud energia. Seega, et genereerida rohkem energiat, on üks projekteerimiseesmärke võimaldada turbiinisüsteemil vastu võtta suurim veevoolukiirus ja efektiivne veesurve.
3.2 Süsteemi kujundamise põhipunktid
Esiteks, projekteerimise seisukohast ei tohi äsja paigaldatud turbiinisüsteem võimalikult palju mõjutada reoveepuhasti normaalset tööd. Näiteks peavad süsteemil olema sobivad kaitseseadmed, et vältida puhastatud reovee ülevoolu ülesvoolu settepaagist süsteemi ebaõige juhtimise tõttu. Projekteerimise käigus määratud tööparameetrid: voolukiirus 1,06 ～ 1,50 m3/s, efektiivne veesurve vahemik 24 ～ 52 kPa.
Lisaks, kuna settepaagis puhastatud reovesi sisaldab endiselt mõningaid söövitavaid aineid, näiteks vesiniksulfiidi ja soola, peavad kõik puhastatud reoveega kokkupuutuvad turbiinisüsteemi komponendid olema korrosioonikindlad (näiteks dupleks-roostevabast terasest materjalid, mida sageli kasutatakse reoveepuhastusseadmetes), et parandada süsteemi vastupidavust ja vähendada hooldustööde arvu.
Elektrisüsteemi projekteerimise osas, kuna reoveeturbiini elektritootmine ei ole erinevatel põhjustel täiesti stabiilne, on kogu elektritootmissüsteem ühendatud elektrivõrguga paralleelselt, et säilitada usaldusväärne elektrivarustus. Võrguühendus tuleb korraldada vastavalt elektriettevõtte ja Hongkongi erihalduspiirkonna valitsuse elektri- ja mehaanikateenuste osakonna välja antud elektrivõrguühenduse tehnilistele suunistele.
Torude paigutuse osas arvestatakse lisaks olemasolevatele kohapealsetele piirangutele ka süsteemi hoolduse ja remondi vajadusega. Sellega seoses on muudetud teadus- ja arendusprojektis kavandatud hüdraulilise turbiini paigaldamise algset plaani settepaagi šahti. Selle asemel juhitakse puhastatud reovesi šahtist välja suu kaudu ja suunatakse hüdraulilisele turbiinile, mis vähendab oluliselt hoolduse keerukust ja aega ning vähendab mõju reoveepuhasti normaalsele tööle.
Kuna settepaaki tuleb hoolduse tõttu aeg-ajalt üles tõsta, on turbiinisüsteemi suu ühendatud nelja kahekorruselise settepaagi komplekti kahe võlliga. Isegi kui kaks settepaaki peatavad töö, saavad ülejäänud kaks settepaaki pakkuda puhastatud reovett, käitada turbiinisüsteemi ja jätkata elektrienergia tootmist. Lisaks on 47/49 # settepaagi võlli lähedale reserveeritud koht teise hüdraulilise turbiini elektritootmissüsteemi paigaldamiseks tulevikus, et kui neli settepaaki töötavad normaalselt, saaksid kaks turbiini elektritootmissüsteemi samaaegselt elektrit toota, saavutades maksimaalse võimsuse.
3.3 Hüdraulilise turbiini ja generaatori valik
Hüdrauliline turbiin on kogu elektritootmissüsteemi põhiseade. Turbiine saab tööpõhimõtte järgi üldiselt jagada kahte kategooriasse: impulssturbiin ja reaktsiooniturbiin. Impulssturbiini puhul voolab vedelik suurel kiirusel läbi mitme düüsi turbiinilabale ja seejärel paneb generaatori energiat tootma. Reaktsiooniturbiin läbib vedelikku läbi turbiinilaba ja kasutab veetaseme rõhku generaatori panustamiseks energia tootmiseks. Selles konstruktsioonis, lähtudes asjaolust, et puhastatud reovesi suudab voolamisel pakkuda madalat veesurvet, valiti Kaplani turbiin, mis on üks sobivamaid reaktsioonitüüpe, kuna sellel turbiinil on madala veesurve korral kõrge efektiivsus ja see on suhteliselt õhuke, mis sobib paremini kohapealse piiratud ruumi jaoks.
Generaatorina valiti püsimagnetiga sünkroongeneraator, mida käitab konstantse kiirusega hüdrauliline turbiin. See generaator suudab väljastada stabiilsemat pinget ja sagedust kui asünkroonne generaator, parandades seega elektrivarustuse kvaliteeti, lihtsustades paralleelvõrku ja nõudes vähem hooldust.
4 Ehitus- ja tööomadused
4.1 Võrgu paralleelne paigutus
Võrguühendus tuleb teostada vastavalt elektriettevõtte ja Hongkongi erihalduspiirkonna valitsuse elektri- ja mehaanikateenuste osakonna välja antud võrguühenduse tehnilistele suunistele. Suuniste kohaselt peab taastuvenergia tootmissüsteem olema varustatud saarestumise vastase kaitsefunktsiooniga, mis suudab automaatselt eraldada asjakohase taastuvenergia tootmissüsteemi jaotusvõrgust, kui elektrivõrk mis tahes põhjusel elektrienergia tarnimise lõpetab, nii et taastuvenergia tootmissüsteem ei saa enam jaotusvõrku elektrienergiaga varustada, et tagada võrgus või jaotusvõrgus töötavate elektrotehnika töötajate ohutus.
Toiteallika sünkroonse töö seisukohast saab taastuvenergia elektritootmissüsteemi ja jaotussüsteemi sünkroniseerida ainult siis, kui pinge intensiivsust, faasinurka või sageduse erinevust kontrollitakse vastuvõetavates piirides.
4.2 Kontroll ja kaitse
Hüdraulilise turbiini energiatootmissüsteemi saab juhtida automaatselt või käsitsi. Automaatrežiimis saab hüdraulilise energia allikana kasutada settepaagi 47/49 # või 51/53 # võlle ning juhtimissüsteem käivitab vastavalt vaikesätetele erinevad juhtventiilid, et valida kõige sobivam settepaak hüdraulilise turbiini energiatootmise optimeerimiseks. Lisaks reguleerib juhtventiil automaatselt ülesvoolu reovee taset nii, et settepaak ei aja puhastatud reovett üle, suurendades seeläbi energiatootmist kõrgeimale tasemele. Turbiinigeneraatori süsteemi saab reguleerida peajuhtimisruumis või kohapeal.
Kaitse ja juhtimise osas, kui turbiinisüsteemi toitekast või juhtventiil rikki läheb või veetase ületab maksimaalset lubatud veetaset, peatab hüdraulilise turbiini elektritootmissüsteem automaatselt töö ja juhib puhastatud reovee möödavoolutoru kaudu, et vältida ülesvoolu settepaagi ülevoolu puhastatud reoveega süsteemi rikke tõttu.
5 Süsteemi toimimise toimivus
See hüdroturbiiniga elektritootmissüsteem võeti kasutusele 2018. aasta lõpus ning selle keskmine kuutoodang oli üle 10 000 kW · h. Efektiivne veesurve, mis suudab hüdroturbiiniga elektritootmissüsteemi käitada, muutub aja jooksul ka reoveepuhastusjaamas iga päev kogutava ja töödeldava reovee suure ja väikese vooluhulga tõttu. Turbiinisüsteemi toodetud energia maksimeerimiseks on drenaažiteenuste osakond projekteerinud juhtimissüsteemi, mis reguleerib turbiini töömomenti automaatselt vastavalt päevasele reoveevoolule, parandades seeläbi energiatootmise efektiivsust. Joonis 7 näitab elektritootmissüsteemi ja veevoolu vahelist seost. Kui veevool ületab seatud taseme, hakkab süsteem automaatselt elektrit tootma.
6 väljakutset ja lahendust
Drenaažiteenuste osakond on asjakohaste projektide elluviimisel silmitsi seisnud paljude väljakutsetega ning on nendele väljakutsetele vastamiseks koostanud vastavad plaanid,
7 Kokkuvõte
Vaatamata mitmesugustele väljakutsetele võeti see hüdrauliliste turbiinide elektritootmissüsteem 2018. aasta lõpus edukalt kasutusele. Süsteemi keskmine kuuvõimsus on üle 10 000 kW · h, mis on samaväärne umbes 25 Hongkongi leibkonna keskmise kuuenergia tarbimisega (iga Hongkongi leibkonna keskmine kuuenergia tarbimine oli 2018. aastal umbes 390 kW · h). Drenaažiteenuste osakond on pühendunud „pakkuma maailmatasemel reovee- ja vihmavee puhastamise ja drenaažiteenuseid Hongkongi säästva arengu edendamiseks“, edendades samal ajal keskkonnakaitse ja kliimamuutuste projekte. Taastuvenergia rakendamisel kasutab drenaažiteenuste osakond biogaasi, päikeseenergiat ja puhastatud reovee voolust saadavat energiat taastuvenergia tootmiseks. Viimastel aastatel on drenaažiteenuste osakonna keskmine aastane taastuvenergia toodang olnud umbes 27 miljonit kW · h, mis suudab rahuldada umbes 9% drenaažiteenuste osakonna energiavajadusest. Drenaažiteenuste osakond jätkab jõupingutusi taastuvenergia rakendamise tugevdamiseks ja edendamiseks.
Postituse aeg: 22. november 2022
