हाँगकाँग विशेष प्रशासकीय प्रदेश सरकारचा ड्रेनेज सेवा विभाग जागतिक हवामान बदल कमी करण्यास मदत करण्यासाठी वचनबद्ध आहे. गेल्या काही वर्षांत, त्यांच्या काही प्लांटमध्ये ऊर्जा-बचत आणि अक्षय ऊर्जा सुविधा स्थापित केल्या गेल्या आहेत. हाँगकाँगच्या "हार्बर शुद्धीकरण योजना फेज II A" च्या अधिकृत लाँचसह, ड्रेनेज सेवा विभागाने स्टोनकटर्स आयलंड सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट (हाँगकाँगमधील सर्वात मोठी सीवेज ट्रीटमेंट क्षमता असलेला सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट) येथे हायड्रॉलिक टर्बाइन पॉवर जनरेशन सिस्टम स्थापित केली आहे, जी टर्बाइन जनरेटर चालविण्यासाठी वाहत्या सीवेजच्या हायड्रॉलिक उर्जेचा वापर करते आणि नंतर प्लांटमधील सुविधांच्या वापरासाठी वीज निर्माण करते. या पेपरमध्ये संबंधित प्रकल्पांच्या अंमलबजावणीमध्ये येणाऱ्या आव्हाने, सिस्टम डिझाइन आणि बांधकामाचे विचार आणि वैशिष्ट्ये आणि सिस्टमच्या ऑपरेशन कामगिरीचा समावेश आहे. सिस्टम केवळ वीज खर्च वाचविण्यास मदत करत नाही तर कार्बन उत्सर्जन कमी करण्यासाठी पाण्याचा वापर देखील करते.
१ प्रकल्प परिचय
"हार्बर शुद्धीकरण योजनेचा" दुसरा टप्पा अ हा व्हिक्टोरिया हार्बरच्या पाण्याची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी हाँगकाँग विशेष प्रशासकीय प्रदेश सरकारने राबविलेली एक मोठ्या प्रमाणात योजना आहे. डिसेंबर २०१५ मध्ये ती अधिकृतपणे पूर्ण वापरात आणण्यात आली. त्याच्या कार्यक्षेत्रात बेटाच्या उत्तर आणि नैऋत्येला निर्माण होणारे सांडपाणी स्टोनकटर आयलंड सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्रात वाहून नेण्यासाठी सुमारे २१ किमी लांबी आणि १६३ मीटर जमिनीखाली खोल सांडपाणी बोगदा बांधणे आणि सांडपाणी संयंत्राची प्रक्रिया क्षमता २४५ × १०५ चौरस मीटर/दिवसापर्यंत वाढवणे समाविष्ट आहे, ज्यामुळे सुमारे ५.७ दशलक्ष नागरिकांना सांडपाणी प्रक्रिया सेवा उपलब्ध होतात. जमिनीच्या मर्यादांमुळे, स्टोनकटर आयलंड सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्र सांडपाण्याच्या रासायनिकदृष्ट्या सुधारित प्राथमिक प्रक्रियेसाठी ४६ संच डबल डेक सेडिमेंटेशन टँक वापरते आणि प्रत्येक दोन संच सेडिमेंटेशन टँकमध्ये एक उभ्या शाफ्ट (म्हणजेच एकूण २३ शाफ्ट) सामायिक केले जातील जेणेकरून शुद्ध केलेले सांडपाणी अंतिम निर्जंतुकीकरणासाठी भूमिगत ड्रेनेज पाईपमध्ये आणि नंतर खोल समुद्रात पाठवले जाईल.
२ संबंधित प्रारंभिक संशोधन आणि विकास
स्टोनकटर आयलंड सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट दररोज मोठ्या प्रमाणात सांडपाण्यावर प्रक्रिया करतो आणि त्याच्या सेडिमेंटेशन टँकची अनोखी दुहेरी-स्तरीय रचना पाहता, टर्बाइन जनरेटर चालवून वीज निर्मिती करण्यासाठी शुद्ध केलेले सांडपाणी सोडताना ते विशिष्ट प्रमाणात हायड्रॉलिक ऊर्जा प्रदान करू शकते. त्यानंतर ड्रेनेज सर्व्हिसेस विभागाच्या टीमने २००८ मध्ये संबंधित व्यवहार्यता अभ्यास केला आणि फील्ड चाचण्यांची मालिका आयोजित केली. या प्राथमिक अभ्यासांचे निकाल टर्बाइन जनरेटर बसवण्याच्या व्यवहार्यतेची पुष्टी करतात.
स्थापनेचे स्थान: सेडिमेंटेशन टँकच्या शाफ्टमध्ये; प्रभावी पाण्याचा दाब: ४.५~६ मीटर (विशिष्ट डिझाइन भविष्यातील प्रत्यक्ष ऑपरेटिंग परिस्थितीवर आणि टर्बाइनच्या अचूक स्थितीवर अवलंबून असते); प्रवाह श्रेणी: १.१ ~ १.२५ मीटर३/सेकंद; कमाल आउटपुट पॉवर: ४५~५० किलोवॅट; उपकरणे आणि साहित्य: शुद्ध केलेल्या सांडपाण्यात अजूनही विशिष्ट गंज असल्याने, निवडलेल्या साहित्यांना आणि संबंधित उपकरणांना पुरेसे संरक्षण आणि गंज प्रतिकार असणे आवश्यक आहे.
या संदर्भात, ड्रेनेज सेवा विभागाने “हार्बर शुद्धीकरण प्रकल्प टप्पा II A” च्या विस्तार प्रकल्पात टर्बाइन वीज निर्मिती प्रणाली स्थापित करण्यासाठी सांडपाणी प्रक्रिया प्रकल्पात दोन संच गाळ टाक्यांसाठी जागा राखीव ठेवली आहे.
३ सिस्टम डिझाइन विचार आणि वैशिष्ट्ये
३.१ निर्माण केलेली वीज आणि प्रभावी पाण्याचा दाब
हायड्रोडायनामिक ऊर्जेद्वारे निर्माण होणारी विद्युत ऊर्जा आणि प्रभावी पाण्याचा दाब यांच्यातील संबंध खालीलप्रमाणे आहे: निर्माण होणारी विद्युत ऊर्जा (kW)=[शुद्ध सांडपाण्याची घनता ρ (kg/m3) × पाण्याचा प्रवाह दर Q (m3/s) × प्रभावी पाण्याचा दाब H (m) × गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× एकूण प्रणाली कार्यक्षमता (%). प्रभावी पाण्याचा दाब म्हणजे शाफ्टच्या जास्तीत जास्त स्वीकार्य पाण्याच्या पातळी आणि वाहत्या पाण्यात लगतच्या शाफ्टच्या पाण्याच्या पातळीमधील फरक.
दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे तर, प्रवाहाचा वेग आणि प्रभावी पाण्याचा दाब जितका जास्त असेल तितकी जास्त वीज निर्माण होते. म्हणून, अधिक वीज निर्माण करण्यासाठी, डिझाइन उद्दिष्टांपैकी एक म्हणजे टर्बाइन सिस्टमला सर्वाधिक पाण्याचा प्रवाह वेग आणि प्रभावी पाण्याचा दाब प्राप्त करण्यास सक्षम करणे.
३.२ सिस्टम डिझाइनचे प्रमुख मुद्दे
सर्वप्रथम, डिझाइनच्या बाबतीत, नवीन बसवलेल्या टर्बाइन सिस्टीमचा सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्राच्या सामान्य ऑपरेशनवर शक्य तितका परिणाम होऊ नये. उदाहरणार्थ, चुकीच्या सिस्टम नियंत्रणामुळे अपस्ट्रीम सेडिमेंटेशन टँक शुद्ध सांडपाण्यामध्ये ओव्हरफ्लो होण्यापासून रोखण्यासाठी सिस्टममध्ये योग्य संरक्षक उपकरणे असणे आवश्यक आहे. डिझाइन दरम्यान निर्धारित केलेले ऑपरेटिंग पॅरामीटर्स: प्रवाह दर 1.06 ~ 1.50m3/s, प्रभावी पाण्याचा दाब श्रेणी 24 ~ 52kPa.
याव्यतिरिक्त, अवसादन टाकीद्वारे शुद्ध केलेल्या सांडपाण्यात अजूनही हायड्रोजन सल्फाइड आणि मीठ यासारखे काही संक्षारक पदार्थ असल्याने, शुद्ध केलेल्या सांडपाण्याच्या संपर्कात येणारे सर्व टर्बाइन सिस्टम घटक साहित्य गंज प्रतिरोधक असले पाहिजे (जसे की सांडपाणी प्रक्रिया उपकरणांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील साहित्य), जेणेकरून प्रणालीची टिकाऊपणा सुधारेल आणि देखभालीची संख्या कमी होईल.
पॉवर सिस्टम डिझाइनच्या बाबतीत, विविध कारणांमुळे सीवेज टर्बाइनची वीज निर्मिती पूर्णपणे स्थिर नसल्यामुळे, विश्वासार्ह वीज पुरवठा राखण्यासाठी संपूर्ण वीज निर्मिती प्रणाली ग्रिडशी समांतर जोडली जाते. पॉवर कंपनी आणि हाँगकाँग विशेष प्रशासकीय प्रदेश सरकारच्या इलेक्ट्रिकल आणि मेकॅनिकल सर्व्हिसेस विभागाने जारी केलेल्या ग्रिड कनेक्शनसाठी तांत्रिक मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार ग्रिड कनेक्शनची व्यवस्था केली जाईल.
पाईप लेआउटच्या बाबतीत, विद्यमान साइट निर्बंधांव्यतिरिक्त, सिस्टम देखभाल आणि दुरुस्तीची आवश्यकता देखील विचारात घेतली जाते. या संदर्भात, संशोधन आणि विकास प्रकल्पात प्रस्तावित सेटलिंग टँक शाफ्टमध्ये हायड्रॉलिक टर्बाइन स्थापित करण्याची मूळ योजना बदलण्यात आली आहे. त्याऐवजी, शुद्ध केलेले सांडपाणी शाफ्टमधून घशातून बाहेर काढले जाते आणि हायड्रॉलिक टर्बाइनमध्ये पाठवले जाते, ज्यामुळे देखभालीची अडचण आणि वेळ मोठ्या प्रमाणात कमी होतो आणि सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्राच्या सामान्य ऑपरेशनवर होणारा परिणाम कमी होतो.
देखभालीसाठी कधीकधी सेडिमेंटेशन टँक निलंबित करावा लागतो या वस्तुस्थिती लक्षात घेता, टर्बाइन सिस्टमचा गळा डबल डेक सेडिमेंटेशन टँकच्या चार संचांच्या दोन शाफ्टशी जोडलेला असतो. जरी सेडिमेंटेशन टँकचे दोन संच काम करणे थांबवले तरी, सेडिमेंटेशन टँकचे इतर दोन संच शुद्ध सांडपाणी देखील प्रदान करू शकतात, टर्बाइन सिस्टम चालवू शकतात आणि वीज निर्मिती सुरू ठेवू शकतात. याव्यतिरिक्त, भविष्यात दुसऱ्या हायड्रॉलिक टर्बाइन पॉवर जनरेशन सिस्टमच्या स्थापनेसाठी 47/49 # सेडिमेंटेशन टँकच्या शाफ्टजवळ एक जागा राखीव ठेवण्यात आली आहे, जेणेकरून जेव्हा सेडिमेंटेशन टँकचे चार संच सामान्यपणे कार्य करतील, तेव्हा दोन्ही टर्बाइन पॉवर जनरेशन सिस्टम एकाच वेळी वीज निर्माण करू शकतील, जास्तीत जास्त वीज क्षमतेपर्यंत पोहोचतील.
३.३ हायड्रॉलिक टर्बाइन आणि जनरेटरची निवड
हायड्रॉलिक टर्बाइन हे संपूर्ण वीज निर्मिती प्रणालीचे प्रमुख उपकरण आहे. टर्बाइन सामान्यतः ऑपरेटिंग तत्त्वानुसार दोन श्रेणींमध्ये विभागले जाऊ शकतात: पल्स प्रकार आणि रिअॅक्शन प्रकार. इम्पल्स प्रकार असा आहे की द्रवपदार्थ अनेक नोझल्सद्वारे उच्च वेगाने टर्बाइन ब्लेडवर शूट करतो आणि नंतर जनरेटरला ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी चालवतो. रिअॅक्शन प्रकार टर्बाइन ब्लेडमधून द्रवपदार्थातून जातो आणि जनरेटरला ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी चालवण्यासाठी पाण्याच्या पातळीच्या दाबाचा वापर करतो. या डिझाइनमध्ये, शुद्ध केलेले सांडपाणी वाहताना कमी पाण्याचा दाब देऊ शकते या वस्तुस्थितीवर आधारित, अधिक योग्य प्रतिक्रिया प्रकारांपैकी एक, कपलान टर्बाइन निवडले आहे, कारण या टर्बाइनमध्ये कमी पाण्याच्या दाबावर उच्च कार्यक्षमता असते आणि ती तुलनेने पातळ असते, जी साइटवरील मर्यादित जागेसाठी अधिक योग्य आहे.
जनरेटरच्या बाबतीत, स्थिर गती असलेल्या हायड्रॉलिक टर्बाइनद्वारे चालणारा कायमस्वरूपी चुंबक समकालिक जनरेटर निवडला जातो. हा जनरेटर असिंक्रोनस जनरेटरपेक्षा अधिक स्थिर व्होल्टेज आणि वारंवारता आउटपुट करू शकतो, त्यामुळे तो वीज पुरवठ्याची गुणवत्ता सुधारू शकतो, समांतर ग्रिड सोपे करू शकतो आणि कमी देखभालीची आवश्यकता असते.
४ बांधकाम आणि ऑपरेशन वैशिष्ट्ये
४.१ ग्रिड समांतर व्यवस्था
हाँगकाँग विशेष प्रशासकीय प्रदेश सरकारच्या वीज कंपनी आणि इलेक्ट्रिकल आणि मेकॅनिकल सर्व्हिसेस विभागाने जारी केलेल्या ग्रिड कनेक्शनसाठी तांत्रिक मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार ग्रिड कनेक्शन केले जाईल. मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार, अक्षय ऊर्जा वीज निर्मिती प्रणाली अँटी आयलंडिंग प्रोटेक्शन फंक्शनने सुसज्ज असणे आवश्यक आहे, जे कोणत्याही कारणास्तव पॉवर ग्रिड वीज पुरवठा थांबवते तेव्हा संबंधित अक्षय ऊर्जा वीज निर्मिती प्रणालीला वितरण प्रणालीपासून स्वयंचलितपणे वेगळे करू शकते, जेणेकरून अक्षय ऊर्जा वीज निर्मिती प्रणाली वितरण प्रणालीला वीज पुरवठा करणे सुरू ठेवू शकत नाही, जेणेकरून ग्रिड किंवा वितरण प्रणालीवर काम करणाऱ्या विद्युत अभियांत्रिकी कर्मचाऱ्यांची सुरक्षितता सुनिश्चित होईल.
वीज पुरवठ्याच्या समकालिक ऑपरेशनच्या बाबतीत, अक्षय ऊर्जा वीज निर्मिती प्रणाली आणि वितरण प्रणाली केवळ तेव्हाच समक्रमित केली जाऊ शकते जेव्हा व्होल्टेज तीव्रता, फेज अँगल किंवा वारंवारता फरक स्वीकार्य मर्यादेत नियंत्रित केला जातो.
४.२ नियंत्रण आणि संरक्षण
हायड्रॉलिक टर्बाइन पॉवर जनरेशन सिस्टम स्वयंचलित किंवा मॅन्युअल मोडमध्ये नियंत्रित केली जाऊ शकते. ऑटोमॅटिक मोडमध्ये, सेडिमेंटेशन टँक ४७/४९ # किंवा ५१/५३ # चे शाफ्ट हायड्रॉलिक उर्जेचा स्रोत म्हणून वापरले जाऊ शकतात आणि हायड्रॉलिक टर्बाइन पॉवर जनरेशन ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी, सर्वात योग्य सेडिमेंटेशन टँक निवडण्यासाठी नियंत्रण प्रणाली डीफॉल्ट डेटानुसार वेगवेगळे नियंत्रण व्हॉल्व्ह सुरू करेल. याव्यतिरिक्त, नियंत्रण व्हॉल्व्ह आपोआप अपस्ट्रीम सीवेज लेव्हल समायोजित करेल जेणेकरून सेडिमेंटेशन टँक शुद्ध केलेल्या सीवेजमधून ओव्हरफ्लो होणार नाही, त्यामुळे वीज निर्मिती सर्वोच्च पातळीपर्यंत वाढेल. टर्बाइन जनरेटर सिस्टम मुख्य नियंत्रण कक्षात किंवा साइटवर नियंत्रित केली जाऊ शकते.
संरक्षण आणि नियंत्रणाच्या बाबतीत, जर टर्बाइन सिस्टीमचा पॉवर सप्लाय बॉक्स किंवा कंट्रोल व्हॉल्व्ह बिघडला किंवा पाण्याची पातळी कमाल स्वीकार्य पाण्याच्या पातळीपेक्षा जास्त झाली, तर हायड्रॉलिक टर्बाइन पॉवर जनरेशन सिस्टीम देखील आपोआप काम थांबवेल आणि बायपास पाईपद्वारे शुद्ध केलेले सांडपाणी सोडेल, जेणेकरून सिस्टम बिघाडामुळे अपस्ट्रीम सेडिमेंटेशन टँक शुद्ध केलेले सांडपाण्याने ओव्हरफ्लो होण्यापासून रोखता येईल.
५ सिस्टम ऑपरेशनची कामगिरी
ही हायड्रॉलिक टर्बाइन वीज निर्मिती प्रणाली २०१८ च्या अखेरीस कार्यान्वित करण्यात आली, ज्याचे सरासरी मासिक उत्पादन १०००० किलोवॅट · ताशी जास्त होते. सांडपाणी प्रक्रिया संयंत्राद्वारे दररोज गोळा केलेल्या आणि प्रक्रिया केलेल्या सांडपाण्याच्या उच्च आणि कमी प्रवाहामुळे हायड्रॉलिक टर्बाइन वीज निर्मिती प्रणालीला चालना देणारा प्रभावी पाण्याचा दाब देखील काळानुरूप बदलतो. टर्बाइन प्रणालीद्वारे निर्माण होणाऱ्या उर्जेचा जास्तीत जास्त वापर करण्यासाठी, ड्रेनेज सेवा विभागाने एक नियंत्रण प्रणाली तयार केली आहे जी दैनंदिन सांडपाण्याच्या प्रवाहानुसार टर्बाइन ऑपरेशन टॉर्क स्वयंचलितपणे समायोजित करते, ज्यामुळे वीज उत्पादन कार्यक्षमता सुधारते. आकृती ७ वीज निर्मिती प्रणाली आणि पाण्याच्या प्रवाहातील संबंध दर्शवते. जेव्हा पाण्याचा प्रवाह निर्धारित पातळीपेक्षा जास्त होतो, तेव्हा ही प्रणाली स्वयंचलितपणे वीज निर्मितीसाठी कार्य करेल.
६ आव्हाने आणि उपाय
संबंधित प्रकल्प राबविताना ड्रेनेज सेवा विभागाला अनेक आव्हानांचा सामना करावा लागला आहे आणि या आव्हानांना प्रतिसाद म्हणून त्यांनी संबंधित योजना तयार केल्या आहेत,
७ निष्कर्ष
विविध आव्हानांना न जुमानता, २०१८ च्या अखेरीस हायड्रॉलिक टर्बाइन वीज निर्मिती प्रणालीचा हा संच यशस्वीरित्या कार्यान्वित करण्यात आला. या प्रणालीचे सरासरी मासिक वीज उत्पादन १०००० किलोवॅट तासापेक्षा जास्त आहे, जे सुमारे २५ हाँगकाँग कुटुंबांच्या सरासरी मासिक वीज वापराच्या समतुल्य आहे (२०१८ मध्ये प्रत्येक हाँगकाँग कुटुंबाचा सरासरी मासिक वीज वापर सुमारे ३९० किलोवॅट तास आहे). पर्यावरण संरक्षण आणि हवामान बदल प्रकल्पांना प्रोत्साहन देताना, ड्रेनेज सेवा विभाग "हाँगकाँगच्या शाश्वत विकासाला चालना देण्यासाठी जागतिक दर्जाचे सांडपाणी आणि पावसाच्या पाण्यावर प्रक्रिया आणि ड्रेनेज सेवा प्रदान करण्यासाठी" वचनबद्ध आहे. अक्षय ऊर्जेच्या वापरात, ड्रेनेज सेवा विभाग अक्षय ऊर्जा निर्माण करण्यासाठी बायोगॅस, सौर ऊर्जा आणि शुद्ध सांडपाण्याच्या प्रवाहातून मिळणारी ऊर्जा वापरतो. गेल्या काही वर्षांत, ड्रेनेज सेवा विभागाद्वारे उत्पादित होणारी सरासरी वार्षिक अक्षय ऊर्जा सुमारे २७ दशलक्ष किलोवॅट तास आहे, जी ड्रेनेज सेवा विभागाच्या सुमारे ९% ऊर्जेच्या गरजा पूर्ण करू शकते. ड्रेनेज सेवा विभाग अक्षय ऊर्जेच्या वापराला बळकटी देण्यासाठी आणि प्रोत्साहन देण्यासाठी आपले प्रयत्न सुरू ठेवेल.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-२२-२०२२
