Ministerium Servitiorum Exhauriendi (Drainage Services Department) Gubernationis Regionis Administrativae Specialis Hong Kongensis se dedicat ad mitigandam mutationem climatis globalis. Per annos, instrumenta energiae conservandae et energiae renovabilis in nonnullis ex eius stationibus instituta sunt. Cum officiali "Consilii Purificationis Portus Phase II A" Hong Kongensis initiatione, Ministerium Servitiorum Exhauriendi systema turbinis hydraulicis generationis potentiae in Statione Purificationis Cloacarum Insulae Stonecutters (statione purgationis cloacarum cum maxima capacitate purgationis cloacarum in Hong Kong) instituit, quod energiam hydraulicam cloacarum fluentium ad turbinem generatorem movendum utitur, deinde electricitatem ad usum instrumentorum in statione generat. Haec dissertatio systema introducit, cum difficultatibus in exsecutione proiectorum pertinentium occurrentibus, considerationibus et proprietatibus designationis et constructionis systematis, et effectu operationis systematis. Systema non solum adiuvat ad sumptus electricitatis conservandos, sed etiam aquam ad emissiones carbonis minuendas utitur.
1 Introductio Proiecti
Secunda pars A "Consilii Purificationis Portus" est consilium amplum a Gubernatione Regionis Administrativae Specialis Hong Kong ad qualitatem aquae Portus Victoriae emendandam adhibitum. Officialiter in usum plenum mense Decembri anni 2015 inductum est. Eius operis ambitus includit constructionem cuniculi cloacarum profundi, longitudine totali circiter 21 km et 163 m sub terra, ad transportandum aquas cloacarum in septentrione et austro-occidente insulae generatas ad Stationem Purificationis Cloacarum Insulae Stonecutters, et ad augendam capacitatem purgationis stationis cloacarum ad 245 × 10⁵ m³/d, officia purgationis cloacarum praebens circiter 5.7 millionibus civium. Ob limitationes terrae, Statio Purificationis Cloacarum Insulae Stonecutters 46 series cisternarum sedimentationis duplicis tabulati ad purificationem primariam chemice auctam cloacarum utitur, et singulae duae series cisternarum sedimentationis puteum verticalem (hoc est, in summa 23 puteorum) communicabunt ad mittendum aquas cloacarum purificatas ad tubum subterraneum exhauriendi ad disinfectionem finalem, et deinde ad mare profundum.
2 Investigationes et progressiones primae pertinentes
Ob magnam copiam cloacarum quae a Stonecutters Island Secatorum Insulae quotidie purgatur et singulari duplici strato cisternae sedimentationis designo, certam energiae hydraulicae copiam praebere potest dum cloacas purificatas emittit ut turbinam generatricem ad electricitatem generandam impellat. Deinde turma Departamenti Servitiorum Drainagiorum studium de possibilitate pertinens anno 2008 perfecit et seriem experimentorum in agro perfecit. Resultata horum studiorum praeliminarium possibilitatem instituendi turbinas generatricum confirmant.
Locus institutionis: in puteo cisternae sedimentationis; Pressio aquae efficax: 4.5~6m (forma specifica a condicionibus operationis futuris et loco exacto turbinis pendet); Ambitus fluxus: 1.1 ～ 1.25 m3/s; Maxima potentia producta: 45~50 kW; Apparatus et materiae: Quoniam aqua cloacalis purificata adhuc quandam corrosivitatem habet, materiae selectae et apparatus adnexi sufficientem protectionem et resistentiam corrosionis habere debent.
Hoc respectu, Departmentum Servitiorum Drainagiorum spatium duobus ordinibus cisternarum sedimentationis in statione purgationis aquarum cloacarum reservavit, ut systema turbinarum potentiae generandae in opere expansionis "Opus Purificationis Portus Phase II A" instituatur.
3 Considerationes et Proprietates Designandi Systematis
3.1 Potentia generata et pressio aquae effectiva
Relatio inter vim electricam energia hydrodynamica generatam et pressionem aquae effectivam haec est: vis electrica generata (kW) = [densitas cloacarum purificatarum ρ (kg/m3) × fluxus aquae Q (m3/s) × pressio aquae effectiva H (m) × constans gravitatis g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× Efficacia systematis generalis (%). Pressio aquae efficax est differentia inter maximum gradum aquae permissum putei et gradum aquae putei adiacentis in aqua fluente.
Aliis verbis, quo altior est velocitas fluxus et pressio aquae efficax, eo maior vis generatur. Ergo, ut plus vis generetur, unum ex propositis designandi est ut systema turbinis maximam celeritatem fluxus aquae et pressionem aquae efficax recipiat.
3.2 Puncta principalia designationis systematis
Primum omnium, quod ad designum attinet, systema turbinarum nuper institutum operationem normalem stationis purgationis cloacarum quam maxime impedire non debet. Exempli gratia, systema instrumenta tutelaria idonea habere debet ne cisterna sedimentationis anterioris, propter incorrectam gubernationem systematis, cloacas purificatas redundet. Parametri operationis tempore designationis determinati: fluxus celeritas 1.06 ～ 1.50m3/s, pressio aquae efficax 24 ～ 52kPa.
Praeterea, cum cloaca a cisterna sedimentationis purificata adhuc aliquas substantias corrosivas, ut hydrogenii sulfur et salem, contineat, omnes materiae partium systematis turbinis quae cum cloacis purificatis in contactu sunt corrosioni resistentes esse debent (sicut materiae chalybis inoxidabilis duplex saepe ad apparatum curationis cloacarum adhibentur), ut firmitas systematis augeatur et numerus sustentationis minuatur.
Quod ad designationem systematis potentiae attinet, cum generatio potentiae turbinis cloacarum ob varias causas non omnino stabilis sit, totum systema generationis potentiae paralleliter cum reti coniungitur ut copia potentiae certa servetur. Conexio reti secundum normas technicas de connexione reti a societate electrica et Ministerio Servitiorum Electricorum et Mechanicorum Gubernationis Regionis Administrativae Specialis Hong Kong editas disponenda est.
Quod ad dispositionem tuborum attinet, praeter restrictiones situs exstantes, etiam necessitas conservationis et reparationis systematis consideratur. Hac in re, consilium originale turbinam hydraulicam in puteo cisternae sedimentationis, quod in proiecto investigationis et progressionis propositum erat, collocandi mutatum est. Potius, aqua cloacalis purificata per faucem e puteo educitur et ad turbinam hydraulicam mittitur, quod difficultatem et tempus conservationis magnopere minuit et impulsum in operationem normalem stationis purgationis cloacalis minuit.
Quoniam cisterna sedimentationis interdum propter sustentationem suspendi debet, fauces systematis turbinis cum duobus puteis quattuor serierum cisternarum sedimentationis duplicis tabulati coniunguntur. Etiam si duae series cisternarum sedimentationis operationem desinunt, aliae duae series cisternarum sedimentationis etiam cloacas purificatas praebere, systema turbinis movere, et electricitatem generare pergere possunt. Praeterea, locus prope puteum cisternae sedimentationis 47/49 reservatus est ad institutionem secundi systematis generationis potentiae turbinis hydraulicae in futuro, ut cum quattuor series cisternarum sedimentationis normaliter operabuntur, duo systemata generationis potentiae turbinis simul potentiam generare possint, maximam capacitatem potentiae attingentes.
3.3 Selectio turbinae hydraulicae et generatoris
Turbina hydraulica instrumentum principale totius systematis generationis energiae est. Turbinae secundum principium operationis plerumque in duas categorias dividi possunt: genus impulsivum et genus reactionis. Genus impulsivum est quod fluidum per plures fistulas ad alam turbinis magna celeritate propellitur, deinde generatorem impellit ad energiam generandam. Genus reactionis per alam turbinis per fluidum transit, et pressionem aquae utitur ad generatorem impellit ad energiam generandam. In hoc consilio, quia aqua cloacalis purificata pressionem aquae humilem praebere potest cum fluit, turbina Kaplan, unum ex generibus reactionis aptioribus, eligitur, quia haec turbina altam efficientiam habet sub pressione aquae humili et relative tenuis est, quae magis apta est spatio limitato in situ.
Quod ad generatorem attinet, generator synchronus magnetis permanentis, turbina hydraulica celeritatis constantis actus, electus est. Hic generator tensionem et frequentiam stabiliorem quam generator asynchronus emittere potest, ita qualitatem copiarum electricarum emendare, reticulum parallelum simplicius reddere, et minorem curam requirere potest.
4 Proprietates Constructionis et Operationis
4.1 Dispositio parallela reticuli
Conexio retiaria peragenda est secundum normas technicas de conexu retiario a societate electrica et a Ministerio Servitiorum Electricorum et Mechanicorum Gubernationis Regionis Administrativae Specialis Hong Kong editas. Secundum normas, systema generationis energiae renovabilis muniendum est functione tutelae contra insulationem, quae systema generationis energiae renovabilis a systemate distributionis sponte separare potest cum rete electricum, quacumque de causa, energiam suppeditandam desinit, ita ut systema generationis energiae renovabilis energiam systemati distributionis suppeditare non possit, ut salus electricorum in reti vel systemate distributionis laborantium servetur.
Quod ad operationem synchronam copiae electricae attinet, systema generationis et systema distributionis energiae renovabilis synchronizari potest tantum cum intensitas tensionis, angulus phasis, vel differentia frequentiae intra limites acceptabiles reguntur.
4.2 Imperium et protectio
Systema generationis potentiae turbinis hydraulicis modo automatico vel manuali regi potest. In modo automatico, axes cisternae sedimentationis 47/49# vel 51/53# ut fons energiae hydraulicae adhiberi possunt, et systema moderationis varias valvas moderationis secundum data praedefinita incipiet ut cisternam sedimentationis aptissimam eligat, ita ut generatio potentiae turbinis hydraulicis optimizetur. Praeterea, valva moderationis gradum cloacarum ascendentes automatice adaptabit, ita ut cisterna sedimentationis cloacas purificatas non superfluat, ita generationem potentiae ad summum gradum augendo. Systema turbinis generatoris in principali conclavi moderationis vel in situ regi potest.
Quod ad protectionem et moderationem attinet, si arca potentiae vel valvula moderatrix systematis turbinis deficit vel aquae gradum maximum permissum excedit, systema turbinis hydraulicae generationis potentiae etiam operationem sponte sistet et cloacam purificatam per tubum derivationis emittet, ne cisterna sedimentationis anterioris propter defectum systematis cloacam purificatam redundaret.
5 Efficacia operationis systematis
Hoc systema turbinis hydraulicis generandi potentiam in fine anni 2018 in usum inductum est, cum productione menstrua media plus quam 10000 kW·h. Pressio aquae efficax quae systema turbinis hydraulicis generandi potentiam movere potest etiam tempore mutatur propter fluxum magnum et parvum cloacarum a statione purgationis cloacarum collectarum et tractatarum cotidie. Ut potentia a systemate turbinis generata quam maxime augeatur, Departmentum Servitiorum Drainagii systema moderationis designavit ad momentum operationis turbinis secundum fluxum cloacarum cotidianum automatice accommodandum, ita efficientiam productionis potentiae augens. Figura 7 relationem inter systema generandi potentiam et fluxum aquae ostendit. Cum fluxus aquae limitem statutum excedit, systema automatice operabitur ad electricitatem generandam.
Sex Provocationes et Solutiones
Departmentum Servitiorum Drainandi multas difficultates in perficiendis inceptis pertinentibus offendit, et consilia congruentia his difficultatibus ad respondendum composuit.
VII Conclusio
Variis difficultatibus non obstantibus, hoc systema turbinarum hydraulicarum ad vim generandam feliciter in fine anni 2018 in usum inductum est. Media menstrua vis systematis plus quam 10000 kW·h est, quod aequivalet medio menstruae energiae consumptioni circiter 25 familiarum Hongcongensium (media menstrua vis consumptionis cuiusque familiaris Hongcongensis anno 2018 est circiter 390 kW·h). Departmentum Servitiorum Exhauriendi se dedicat ad "praebendum servitia purgationis et exhauriendi aquarum cloacarum et pluvialium summae classis ad promovendum progressum sustinendum Hongcongensem", simul promovendo incepta tutelae environmentalis et mutationis climatis. In applicatione energiae renovabilis, Departmentum Servitiorum Exhauriendi biogas, energia solari et energia ex fluxu aquarum cloacarum purificatarum ad generandam energiam renovabilem utitur. Annis proximis, media annua energia renovabilis a Departmento Servitiorum Exhauriendi producta est circiter 27 miliones kW·h, quae necessitatibus energiae circiter 9% Departamenti Servitiorum Exhauriendi satisfacere potest. Departmentum Servitiorum Exhauriendi conatus suos perget ad applicationem energiae renovabilis roborandam et promovendam.
Tempus publicationis: XXII Novembris MMXXII
