Одделот за услуги за одводнување на Владата на Специјалниот административен регион на Хонг Конг е посветен на помагање во ублажувањето на глобалните климатски промени. Со текот на годините, во некои од неговите постројки се инсталирани постројки за заштеда на енергија и обновлива енергија. Со официјалното започнување на „Планот за прочистување на пристаништето, фаза II А“ на Хонг Конг, Одделот за услуги за одводнување инсталираше систем за производство на хидраулична турбина во постројката за третман на отпадни води на островот Стоункатерс (постројката за третман на отпадни води со најголем капацитет за третман на отпадни води во Хонг Конг), која ја користи хидрауличната енергија на течечката канализација за да го погонува турбинскиот генератор, а потоа генерира електрична енергија за користење на постројките во постројката. Овој труд го претставува системот, вклучувајќи ги предизвиците со кои се соочуваат при имплементацијата на релевантните проекти, размислувањата и карактеристиките на дизајнот и изградбата на системот и оперативните перформанси на системот. Системот не само што помага да се заштедат трошоците за електрична енергија, туку користи и вода за намалување на емисиите на јаглерод.
1 Вовед во проектот
Втората фаза А од „Планот за прочистување на пристаништето“ е план од големи размери имплементиран од Владата на Специјалниот административен регион на Хонг Конг за подобрување на квалитетот на водата во пристаништето Викторија. Официјално беше пуштен во целосна употреба во декември 2015 година. Неговиот обем на работа вклучува изградба на длабок тунел за отпадни води со вкупна должина од околу 21 км и 163 метри под земјата, за транспорт на отпадните води генерирани на север и југозапад од островот до постројката за третман на отпадни води на островот Стоункатерс и за зголемување на капацитетот за третман на постројката за отпадни води на 245 × 105 м3/д, обезбедувајќи услуги за третман на отпадни води за околу 5,7 милиони граѓани. Поради ограничувањата на земјиштето, постројката за третман на отпадни води на островот Стоункатерс користи 46 комплети двокатни резервоари за седиментација за хемиски подобрен примарен третман на отпадни води, а на секои два комплета резервоари за седиментација ќе делат вертикално вратило (односно вкупно 23 вратила) за испраќање на прочистената отпадна вода до подземната дренажна цевка за финална дезинфекција, а потоа и во длабокото море.
2 Релевантно рано истражување и развој
Со оглед на големата количина на отпадни води што се третираат од страна на пречистителната станица за отпадни води на островот Стоункатерс секој ден и уникатниот двослоен дизајн на нејзиниот резервоар за седиментација, таа може да обезбеди одредена количина на хидраулична енергија додека ја испушта прочистената отпадна вода за да го погонува турбинскиот генератор за производство на електрична енергија. Потоа, тимот на Одделот за услуги за одводнување спроведе релевантна студија за изводливост во 2008 година и спроведе серија теренски тестови. Резултатите од овие прелиминарни студии ја потврдуваат изводливоста на инсталирање на турбински генератори.
Локација на инсталација: во шахтата на резервоарот за седиментација; Ефективен притисок на водата: 4,5~6m (специфичниот дизајн зависи од реалните работни услови во иднина и точната позиција на турбината); Опсег на проток: 1,1 ~ 1,25 m3/s; Максимална излезна моќност: 45~50 kW; Опрема и материјали: Бидејќи прочистената отпадна вода сè уште има одредена корозивност, избраните материјали и сродната опрема мора да имаат соодветна заштита и отпорност на корозија.
Во овој поглед, Одделот за услуги за одводнување резервираше простор за два сета резервоари за седиментација во постројката за третман на отпадни води за инсталирање на систем за производство на турбина во проектот за проширување на „Проектот за прочистување на пристаништето, фаза II А“.
3 Размислувања и карактеристики за дизајн на системот
3.1 Генерирана моќност и ефективен притисок на водата
Односот помеѓу електричната енергија генерирана од хидродинамичка енергија и ефективниот притисок на водата е како што следува: генерирана електрична енергија (kW) = [густина на прочистена отпадна вода ρ (kg/m3) × Проток на вода Q (m3/s) × Ефективен притисок на водата H (m) × Гравитациона константа g (9,807 m/s2)] ÷ 1000
× Вкупна ефикасност на системот (%). Ефективниот притисок на водата е разликата помеѓу максималното дозволено ниво на водата на шахтата и нивото на водата на соседната шахта во течечката вода.
Со други зборови, колку е поголема брзината на проток и ефективниот притисок на водата, толку е поголема генерираната моќност. Затоа, за да се генерира поголема моќност, една од целите на дизајнот е да се овозможи турбинскиот систем да ја прими највисоката брзина на проток на вода и ефективен притисок на водата.
3.2 Клучни точки на дизајнот на системот
Прво на сите, во однос на дизајнот, новоинсталираниот турбински систем не смее колку што е можно повеќе да влијае на нормалното работење на постројката за третман на отпадни води. На пример, системот мора да има соодветни заштитни уреди за да се спречи прелевање на прочистената отпадна вода од резервоарот за таложење на горниот тек поради неправилна контрола на системот. Работни параметри утврдени за време на дизајнот: проток 1,06 ~ 1,50m3/s, ефективен опсег на притисок на водата 24 ~ 52kPa.
Дополнително, бидејќи отпадните води прочистени од резервоарот за седиментација сè уште содржат некои корозивни супстанции, како што се водород сулфид и сол, сите материјали од компонентите на турбинскиот систем во контакт со прочистената отпадна вода мора да бидат отпорни на корозија (како што се материјалите од дуплекс не'рѓосувачки челик што често се користат за опрема за третман на отпадни води), со цел да се подобри издржливоста на системот и да се намали бројот на одржување.
Во однос на дизајнот на енергетскиот систем, бидејќи производството на енергија од канализациската турбина не е целосно стабилно од различни причини, целиот систем за производство на енергија е поврзан паралелно со мрежата за да се одржи сигурно снабдување со електрична енергија. Поврзувањето со мрежата треба да се организира во согласност со техничките упатства за поврзување со мрежата издадени од компанијата за електрична енергија и Одделот за електротехнички и механички услуги на Владата на Специјалниот административен регион Хонг Конг.
Во однос на распоредот на цевките, покрај постојните ограничувања на локацијата, се зема предвид и потребата од одржување и поправка на системот. Во овој поглед, оригиналниот план за инсталирање на хидрауличната турбина во шахтата на резервоарот за таложење предложен во проектот за истражување и развој е променет. Наместо тоа, прочистената отпадна вода се води од шахтата преку грло и се испраќа до хидрауличната турбина, што значително ја намалува тежината и времето на одржување и го намалува влијанието врз нормалното работење на постројката за третман на отпадни води.
Со оглед на фактот дека резервоарот за седиментација повремено треба да се суспендира за одржување, грлото на турбинскиот систем е поврзано со две шахти од четири сета двокатни резервоари за седиментација. Дури и ако два сета резервоари за седиментација престанат со работа, другите два сета резервоари за седиментација исто така можат да обезбедат прочистена отпадна вода, да го движат турбинскиот систем и да продолжат да произведуваат електрична енергија. Покрај тоа, во близина на шахтата на резервоарот за седиментација 47/49 # е резервирано место за инсталација на вториот систем за производство на хидраулична турбинска енергија во иднина, така што кога четирите сета резервоари за седиментација ќе работат нормално, двата системи за производство на турбинска енергија ќе можат да генерираат енергија истовремено, достигнувајќи го максималниот капацитет на моќност.
3.3 Избор на хидраулична турбина и генератор
Хидрауличната турбина е клучна опрема на целиот систем за производство на енергија. Турбините генерално може да се поделат во две категории според принципот на работа: пулсен тип и реактивен тип. Импулсниот тип е таков што течноста се исфрла кон лопатката на турбината со голема брзина преку повеќе млазници, а потоа го движи генераторот за да генерира енергија. Реакцискиот тип поминува низ лопатката на турбината низ течноста и го користи притисокот на нивото на водата за да го движи генераторот за да генерира енергија. Во овој дизајн, врз основа на фактот дека прочистената отпадна вода може да обезбеди низок притисок на водата при проток, се избира Капланова турбина, еден од посоодветните реакциски типови, бидејќи оваа турбина има висока ефикасност при низок притисок на водата и е релативно тенка, што е посоодветно за ограничениот простор на локацијата.
Што се однесува до генераторот, избран е синхрон генератор со перманентен магнет, управуван од хидраулична турбина со константна брзина. Овој генератор може да произведува постабилен напон и фреквенција од асинхрониот генератор, така што може да го подобри квалитетот на напојувањето, да ја поедностави паралелната мрежа и да бара помалку одржување.
4 Карактеристики на конструкцијата и работењето
4.1 Паралелен распоред на мрежата
Поврзувањето со мрежата треба да се изврши во согласност со техничките упатства за поврзување со мрежата издадени од енергетската компанија и Одделот за електротехнички услуги на Владата на Специјалниот административен регион Хонг Конг. Според упатствата, системот за производство на електрична енергија од обновлива енергија мора да биде опремен со функција за заштита од островизирање, која автоматски може да го одвои релевантниот систем за производство на електрична енергија од обновлива енергија од дистрибутивниот систем кога електричната мрежа ќе престане да снабдува со електрична енергија од која било причина, така што системот за производство на електрична енергија од обновлива енергија не може да продолжи да снабдува со електрична енергија до дистрибутивниот систем, со цел да се обезбеди безбедноста на електроинженерскиот персонал кој работи на мрежата или дистрибутивниот систем.
Во однос на синхроното работење на снабдувањето со електрична енергија, системот за производство на електрична енергија од обновлива енергија и дистрибутивниот систем можат да се синхронизираат само кога интензитетот на напонот, фазниот агол или разликата на фреквенцијата се контролирани во прифатливи граници.
4.2 Контрола и заштита
Системот за производство на енергија од хидраулична турбина може да се контролира во автоматски или рачен режим. Во автоматски режим, оските на резервоарот за седиментација 47/49 # или 51/53 # можат да се користат како извор на хидраулична енергија, а контролниот систем ќе стартува различни контролни вентили според стандардните податоци за да го избере најсоодветниот резервоар за седиментација, со цел да се оптимизира производството на енергија од хидраулична турбина. Покрај тоа, контролниот вентил автоматски ќе го прилагоди нивото на канализацијата на горниот тек, така што резервоарот за седиментација нема да ја прелева прочистената канализација, со што ќе се зголеми производството на енергија на највисоко ниво. Системот за турбина-генератор може да се регулира во главната контролна соба или на лице место.
Во однос на заштитата и контролата, ако кутијата за напојување или контролниот вентил на турбинскиот систем откаже или нивото на водата го надмине максималното дозволено ниво на вода, системот за производство на хидраулична турбина автоматски ќе престане со работа и ќе ја испушти прочистената отпадна вода низ бајпас цевката, со цел да се спречи прелевање на прочистената отпадна вода од резервоарот за таложење на горниот тек поради дефект на системот.
5 Перформанси на работењето на системот
Овој систем за производство на енергија со хидраулична турбина беше ставен во употреба кон крајот на 2018 година, со просечна месечна моќност од над 10000 kW · h. Ефективниот притисок на водата што може да го движи системот за производство на енергија со хидраулична турбина, исто така, се менува со текот на времето поради високиот и нискиот проток на отпадни води што се собираат и третираат од постројката за третман на отпадни води секој ден. Со цел да се максимизира енергијата генерирана од турбинскиот систем, Одделот за услуги за одводнување дизајнираше систем за контрола за автоматско прилагодување на вртежниот момент на работата на турбината според дневниот проток на отпадни води, со што се подобрува ефикасноста на производството на енергија. Слика 7 ја прикажува врската помеѓу системот за производство на енергија и протокот на вода. Кога протокот на вода ќе го надмине зададеното ниво, системот автоматски ќе работи за производство на електрична енергија.
6 предизвици и решенија
Одделот за услуги за одводнување се соочи со многу предизвици при спроведувањето на релевантни проекти и формулираше соодветни планови како одговор на овие предизвици,
7 Заклучок
И покрај различните предизвици, овој систем за производство на енергија со хидраулична турбина беше успешно ставен во функција на крајот од 2018 година. Просечната месечна излезна моќност на системот е поголема од 10000 kW · h, што е еквивалентно на просечната месечна потрошувачка на енергија на околу 25 домаќинства во Хонг Конг (просечната месечна потрошувачка на енергија на секое домаќинство во Хонг Конг во 2018 година е околу 390 kW · h). Одделот за услуги за одводнување е посветен на „обезбедување услуги за третман и одводнување на отпадни води и дождовница од светска класа за промовирање на одржливиот развој на Хонг Конг“, истовремено промовирајќи проекти за заштита на животната средина и климатски промени. Во примената на обновлива енергија, Одделот за услуги за одводнување користи биогас, сончева енергија и енергија од протокот на прочистена отпадна вода за производство на обновлива енергија. Во изминатите неколку години, просечната годишна обновлива енергија произведена од Одделот за услуги за одводнување е околу 27 милиони kW · h, што може да ги задоволи енергетските потреби на околу 9% од Одделот за услуги за одводнување. Одделот за услуги за одводнување ќе продолжи со своите напори за зајакнување и промоција на примената на обновлива енергија.
Време на објавување: 22 ноември 2022 година
