D'Drainage Services Department vun der Regierung vun der spezieller administrativer Regioun Hong Kong setzt sech dofir an, de globale Klimawandel ze bekämpfen. Iwwer d'Jore goufen an e puer vun hiren Anlagen energiespuerend an erneierbar Energieanlagen installéiert. Mam offiziellen Start vum "Harbour Purification Plan Phase II A" vun Hong Kong huet d'Drainage Services Department en hydraulescht Turbinen-Stroumproduktiounssystem an der Kläranlag Stonecutters Island (der Kläranlag mat der gréisster Kläranlag zu Hong Kong) installéiert, dat d'hydraulesch Energie vum fléissenden Ofwaasser benotzt fir den Turbinengenerator unzedreiwen an dann Stroum fir d'Benotzung vun den Anlagen an der Anlag generéiert. Dëse Pabeier stellt de System vir, inklusiv d'Erausfuerderungen, déi bei der Ëmsetzung vu relevante Projeten entstinn, d'Aspekter an d'Charakteristike vum Systemdesign a Bau, an d'Betribsleistung vum System. De System hëlleft net nëmmen Stroumkäschten ze spueren, mä benotzt och Waasser fir d'Kuelestoffemissiounen ze reduzéieren.
1 Projetvirstellung
Déi zweet Phase A vum "Harbour Purification Plan" ass e groussflächege Plang, dee vun der Regierung vun der Hong Kong Special Administrative Region ëmgesat gouf, fir d'Waasserqualitéit vum Victoria Harbour ze verbesseren. E gouf am Dezember 2015 offiziell a voller Benotzung agefouert. Säin Aarbechtsëmfang ëmfaasst de Bau vun engem déiwen Ofwaassertunnel mat enger Gesamtlängt vu ronn 21 km an 163 m ënnerierdesch, fir d'Ofwaasser, dat am Norden a Südwesten vun der Insel entsteet, an d'Kläranlag Stonecutters Island ze transportéieren, an d'Kläranlag op 245 × 105 m3/d ze erhéijen, wat d'Kläranlag fir ongeféier 5,7 Millioune Bierger ubitt. Wéinst Landbeschränkungen benotzt d'Kläranlag Stonecutters Island 46 Sätz vun Duebeldeck-Sedimentatiounsbehälter fir d'chemesch verbessert Primärbehandlung vum Ofwaasser, an all zwee Sätz vu Sedimentatiounsbehälter deelen e vertikale Schacht (dat heescht am Ganzen 23 Schächte), fir dat gereinegt Ofwaasser an d'ënnerierdesch Drainageleitung fir déi lescht Desinfektioun ze schécken, an dann an d'Déifmier.
2 Relevant fréi Fuerschung an Entwécklung
Wéinst der grousser Quantitéit u Kläranlag, déi all Dag vun der Kläranlag Stonecutters Island behandelt gëtt, an dem eenzegaartegen Duebelschicht-Design vun hirem Sedimentatiounstank, kann se eng gewëssen Quantitéit un hydraulescher Energie liwweren, während se dat gereinegt Kläranlag ofleet, fir den Turbinnegenerator unzedreiwen, fir Stroum ze produzéieren. D'Team vum Drainage Services Department huet duerno am Joer 2008 eng relevant Machbarkeetsstudie duerchgefouert an eng Serie vu Feldtester duerchgefouert. D'Resultater vun dëse Virstudien bestätegen d'Machbarkeet vun der Installatioun vun Turbinnegeneratoren.
Installatiounsplaz: am Schacht vum Sedimentatiounstank; Effektiven Waasserdrock: 4,5~6m (den spezifeschen Design hänkt vun den tatsächlechen zukünftegen Operatiounsbedingungen an der exakter Positioun vun der Turbin of); Duerchflussberäich: 1,1 ～ 1,25 m3/s; Maximal Ausgangsleistung: 45~50 kW; Ausrüstung a Materialien: Well dat gereinegt Ofwaasser nach ëmmer eng gewësse Korrosiounsfäegkeet huet, mussen déi gewielte Materialien an déi domat verbonne Ausrüstung en adäquate Schutz a Korrosiounsbeständegkeet hunn.
An dësem Kontext huet d'Drainageverwaltung Plaz fir zwou Sedimentatiounstanks an der Kläranlag reservéiert, fir eng Turbinen-Energieerzeugungssystem am Erweiderungsprojet vum "Hafenreinigungsprojet Phase II A" z'installéieren.
3 Iwwerleeungen a Funktiounen zum Systemdesign
3.1 Generéiert Leeschtung an effektiven Waasserdrock
D'Bezéiung tëscht der duerch hydrodynamescher Energie generéierter elektrescher Leeschtung an dem effektiven Waasserdrock ass wéi follegt: generéiert elektresch Leeschtung (kW) = [Dicht vum gereinegten Ofwaasser ρ (kg/m3) × Waasserduerchflussquote Q (m3/s) × Effektiven Waasserdrock H (m) × Schwéierkraaftkonstant g (9,807 m/s2)] ÷ 1000
× Gesamteffizienz vum System (%). Den effektiven Waasserdrock ass d'Differenz tëscht dem maximal zulässege Waasserstand vum Schacht an dem Waasserstand vum Nopeschschacht am fléissende Waasser.
An anere Wierder, wat méi héich d'Stroumgeschwindegkeet an den effektiven Waasserdrock ass, wat méi grouss d'generéiert Leeschtung ass. Dofir ass et, fir méi Leeschtung ze generéieren, dem Turbinensystem z'erméiglechen, déi héchst Waasserstroumgeschwindegkeet an den effektiven Waasserdrock ze kréien.
3.2 Schlësselpunkte vum Systemdesign
Éischtens, wat den Design ugeet, däerf dat nei installéiert Turbinensystem den normale Betrib vun der Kläranlag net sou vill wéi méiglech beaflossen. Zum Beispill muss de System entspriechend Schutzvorrichtungen hunn, fir ze verhënneren, datt den virgesteierten Sedimentatiounstank dat gereinegt Ofwaasser wéinst enger falscher Systemsteierung iwwerlaascht. Betribsparameter, déi beim Design festgeluecht goufen: Duerchflussquote 1,06 ～ 1,50 m3/s, effektiven Waasserdrockberäich 24 ～ 52 kPa.
Zousätzlech, well d'Ofwaasser, dat vum Sedimentatiounstank gereinegt gëtt, nach ëmmer e puer korrosiv Substanzen enthält, wéi Waasserstoffsulfid a Salz, mussen all Materialien vun den Turbinensystemkomponenten, déi mam gereinegten Ofwaasser a Kontakt kommen, korrosiounsbeständeg sinn (wéi z.B. Duplex-Edelstolmaterialien, déi dacks fir Kläranlagen benotzt ginn), fir d'Haltbarkeet vum System ze verbesseren an d'Zuel vun den Ënnerhaltsaarbechten ze reduzéieren.
Wat den Design vum Stroumnetz ugeet, well d'Stroumproduktioun vun der Ofwaasserturbinn aus verschiddene Grënn net komplett stabil ass, ass dat ganzt Stroumproduktiounssystem parallel mam Netz ugeschloss, fir eng zouverlässeg Stroumversuergung ze garantéieren. D'Netzverbindung muss am Aklang mat den technesche Richtlinne fir d'Netzverbindung vum Stroumnetz an dem Electrical and Mechanical Services Department vun der Hong Kong Special Administrative Region Regierung arrangéiert ginn.
Wat d'Päiflayout ugeet, gëtt nieft de bestehenden Aschränkungen um Site och de Besoin fir Systemënnerhalt a Reparatur berécksiichtegt. An dësem Kontext gouf deen urspréngleche Plang fir d'Installatioun vun der hydraulescher Turbin am Siedlungstankschacht, deen am Fuerschungs- a Entwécklungsprojet virgeschloe gouf, geännert. Amplaz gëtt dat gereinegt Ofwaasser iwwer eng Hals aus dem Schacht erausgefouert an an d'hydraulesch Turbin geschéckt, wat d'Schwieregkeet an d'Zäit vun der Ënnerhaltung däitlech reduzéiert an den Impakt op den normale Betrib vun der Kläranlag reduzéiert.
Well de Sedimentatiounstank heiansdo fir Ënnerhaltsaarbechten muss opgehaange ginn, ass den Hals vum Turbinensystem mat zwou Wellen vu véier Sätz vun Duebeldeck-Sedimentatiounstank verbonnen. Och wann zwou Sätz vu Sedimentatiounstanks ausser Betrib sinn, kënnen déi aner zwou Sätz vu Sedimentatiounstanks och gereinegt Ofwaasser liwweren, d'Turbinensystem undreiwen a weider Stroum generéieren. Zousätzlech gouf eng Plaz beim Welle vum 47/49 # Sedimentatiounstank fir d'Installatioun vum zweete hydraulesche Turbinen-Stroumgeneréierungssystem an Zukunft reservéiert, sou datt wann déi véier Sätz vu Sedimentatiounstanks normal funktionéieren, déi zwou Turbinen-Stroumgeneréierungssystemer gläichzäiteg Stroum generéiere kënnen an déi maximal Leeschtung erreechen.
3.3 Auswiel vun hydraulescher Turbinn a Generator
Hydraulesch Turbinnen sinn déi wichtegst Ausrüstung vum ganze Stroumproduktiounssystem. Turbinnen kënnen allgemeng an zwou Kategorien no hirem Funktionsprinzip agedeelt ginn: Pulstyp an Reaktiounstyp. Den Impulstyp bedeit, datt d'Flëssegkeet mat héijer Geschwindegkeet duerch verschidde Düsen op d'Turbinneblat geschoss gëtt an dann den Generator ugedriwwen huet fir Energie ze generéieren. Den Reaktiounstyp leeft duerch d'Turbinneblat duerch d'Flëssegkeet a benotzt den Drock vum Waasserniveau fir den Generator unzedreiwen fir Energie ze generéieren. An dësem Design, baséiert op der Tatsaach, datt dat gereinegt Ofwaasser beim Floss e niddrege Waasserdrock liwwere kann, gouf d'Kaplan-Turbinn, ee vun de méi passenden Reaktiounstypen, ausgewielt, well dës Turbinn eng héich Effizienz bei niddregem Waasserdrock huet a relativ dënn ass, wat besser fir de limitéierte Raum um Site gëeegent ass.
Wat de Generator ugeet, gëtt e Permanentmagnet-Synchrongenerator gewielt, deen vun enger hydraulescher Turbin mat konstanter Geschwindegkeet ugedriwwe gëtt. Dëse Generator kann eng méi stabil Spannung a Frequenz ausginn wéi en asynchrone Generator, sou datt en d'Qualitéit vun der Stroumversuergung verbessert, e parallelt Netz méi einfach mécht a manner Ënnerhalt brauch.
4 Bau- a Betribsmerkmale
4.1 Rasterparallell Uerdnung
D'Netzverbindung muss am Aklang mat den technesche Richtlinne fir d'Netzverbindung duerchgefouert ginn, déi vum Stroumnetz an dem Electrical and Mechanical Services Department vun der Hong Kong Special Administrative Region Government erausginn goufen. Geméiss de Richtlinne muss d'Stroumproduktiounssystem fir erneierbar Energien mat enger Schutzfunktioun géint Inselen ausgestatt sinn, déi dat jeeweilegt Stroumproduktiounssystem fir erneierbar Energien automatesch vum Verdeelungssystem trenne kann, wann d'Stroumnetz aus iergendengem Grond ophält mat Stroum ze liwweren, sou datt d'Stroumproduktiounssystem fir erneierbar Energien net weider Stroum un d'Verdeelungssystem liwwere kann, fir d'Sécherheet vum Elektrotechnikerpersonal ze garantéieren, dat um Netz oder am Verdeelungssystem schafft.
Wat de synchrone Betrib vun der Stroumversuergung ugeet, kënnen d'Stroumproduktiounssystem an d'Verdeelungssystem fir erneierbar Energien nëmme synchroniséiert ginn, wann d'Spannungsintensitéit, de Phasenwénkel oder d'Frequenzdifferenz bannent akzeptablen Grenzen kontrolléiert ginn.
4.2 Kontroll a Schutz
D'Stroumgeneratiounssystem vun der hydraulescher Turbin kann automatesch oder manuell gesteiert ginn. Am automatesche Modus kënnen d'Wellen vum Sedimentatiounstank 47/49 # oder 51/53 # als Quell vun der hydraulescher Energie benotzt ginn, an de Kontrollsystem start verschidde Kontrollventile jee no den Standarddaten, fir de passendsten Sedimentatiounstank ze wielen, fir d'Stroumgeneratioun vun der hydraulescher Turbin ze optimiséieren. Zousätzlech passt de Kontrollventil automatesch den Niveau vun der Ofwaasser virum Sedimentatiounstank un, sou datt de gereinegten Ofwaasser net iwwerlaascht gëtt, wouduerch d'Stroumgeneratioun op den héchsten Niveau eropgeet. Den Turbinengeneratorsystem kann am Haaptkontrollraum oder op der Plaz geregelt ginn.
Wat de Schutz a Kontroll ugeet, wann d'Stroumversuergungskëscht oder d'Steierventil vum Turbinensystem ausfällt oder de Waasserstand den maximal zulässege Waasserstand iwwerschreit, stoppt d'hydraulesch Turbinen-Stroumgeneratiounssystem och automatesch de Betrib an entléisst dat gereinegt Ofwaasser duerch d'Bypassrouer, fir ze verhënneren datt den uewenstroumse Sedimentatiounstank dat gereinegt Ofwaasser wéinst engem Systemausfall iwwerlaascht.
5 Leeschtung vum Systembetrieb
Dëst hydraulescht Turbinen-Stroumproduktiounssystem gouf Enn 2018 a Betrib geholl a bitt eng duerchschnëttlech monatlech Leeschtung vu méi wéi 10000 kW·h. Den effektiven Waasserdrock, deen d'hydraulescht Turbinen-Stroumproduktiounssystem undreiwe kann, ännert sech och mat der Zäit wéinst dem héijen an niddrege Floss vum Ofwaasser, dat all Dag vun der Kläranlag gesammelt a behandelt gëtt. Fir d'Leeschtung, déi vum Turbinensystem generéiert gëtt, ze maximéieren, huet d'Drainage-Service-Ofdeelung e Kontrollsystem entwéckelt, fir den Drehmoment vun der Turbin automatesch un den deegleche Ofwaasserfloss unzepassen an doduerch d'Effizienz vun der Stroumproduktioun ze verbesseren. Figur 7 weist d'Bezéiung tëscht dem Stroumproduktiounssystem an dem Waasserfloss. Wann de Waasserfloss den agestallte Wäert iwwerschreit, funktionéiert de System automatesch fir Stroum ze generéieren.
6 Erausfuerderungen a Léisungen
D'Drainage-Servicer-Servicer sinn bei der Ëmsetzung vun de relevante Projeten op vill Erausfuerderunge gestouss an hunn entspriechend Pläng als Äntwert op dës Erausfuerderunge entwéckelt.
7 Conclusioun
Trotz verschiddenen Erausfuerderungen gouf dëst hydraulescht Turbinen-Energiesystem Enn 2018 erfollegräich a Betrib geholl. Déi duerchschnëttlech monatlech Leeschtung vum System ass méi wéi 10000 kW·h, wat dem duerchschnëttleche monatleche Stroumverbrauch vu ronn 25 Stéit zu Hongkong entsprécht (den duerchschnëttleche monatleche Stroumverbrauch vun all Stéit zu Hongkong am Joer 2018 ass ongeféier 390 kW·h). D'Drainage Services Department engagéiert sech fir "Weltklass-Ofwaasser- a Reewaasserbehandlungs- an Drainage-Servicer ze bidden, fir déi nohalteg Entwécklung vun Hongkong ze fërderen", a gläichzäiteg Ëmweltschutz- a Klimawandelprojeten ze fërderen. Bei der Uwendung vun erneierbaren Energien benotzt d'Drainage Services Department Biogas, Solarenergie an d'Energie aus dem Floss vu gereinegtem Ofwaasser fir erneierbar Energien ze generéieren. An de leschte Joren ass déi duerchschnëttlech jäerlech erneierbar Energie, déi vun der Drainage Services Department produzéiert gëtt, ongeféier 27 Millioune kW·h, wat den Energiebedarf vu ronn 9% vun der Drainage Services Department decken kann. D'Drainage Services Department wäert seng Efforte weiderféieren, fir d'Uwendung vun erneierbaren Energien ze stäerken a fërderen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. November 2022
