Jabatan Perkhidmatan Saliran Kerajaan Wilayah Pentadbiran Khas Hong Kong komited untuk membantu mengurangkan perubahan iklim global. Selama bertahun-tahun, kemudahan penjimatan tenaga dan tenaga boleh diperbaharui telah dipasang di beberapa lojinya. Dengan pelancaran rasmi "Pelan Pembersihan Pelabuhan Fasa II A" Hong Kong, Jabatan Perkhidmatan Saliran telah memasang sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik di Loji Rawatan Kumbahan Pulau Stonecutters (loji rawatan kumbahan dengan kapasiti rawatan kumbahan terbesar di Hong Kong), yang menggunakan tenaga hidraulik kumbahan yang mengalir untuk memacu penjana turbin, dan kemudian menjana elektrik untuk kegunaan kemudahan di loji itu. Kertas kerja ini memperkenalkan sistem, termasuk cabaran yang dihadapi dalam pelaksanaan projek yang berkaitan, pertimbangan dan ciri reka bentuk dan pembinaan sistem, dan prestasi operasi sistem. Sistem ini bukan sahaja membantu menjimatkan kos elektrik, tetapi juga menggunakan air untuk mengurangkan pelepasan karbon.
1 Pengenalan projek
Fasa kedua A "Pelan Pembersihan Pelabuhan" ialah pelan berskala besar yang dilaksanakan oleh Kerajaan Wilayah Pentadbiran Khas Hong Kong untuk meningkatkan kualiti air Pelabuhan Victoria. Ia secara rasmi digunakan sepenuhnya pada Disember 2015. Skop kerjanya termasuk pembinaan terowong kumbahan dalam dengan panjang keseluruhan kira-kira 21km dan 163m di bawah tanah, untuk mengangkut kumbahan yang dijana di utara dan barat daya pulau ke Loji Rawatan Kumbahan Pulau Stonecutters, dan untuk meningkatkan kapasiti rawatan loji kumbahan kepada 2545 × 5,000. warganegara. Disebabkan oleh keterbatasan tanah, Loji Rawatan Kumbahan Pulau Stonecutters menggunakan 46 set tangki pemendapan dua dek untuk rawatan primer kumbahan yang dipertingkatkan secara kimia, dan setiap dua set tangki pemendapan akan berkongsi aci menegak (iaitu, sejumlah 23 aci) untuk menghantar kumbahan yang telah dimurnikan ke paip saliran bawah tanah, dan kemudiannya ke saluran pembasmian kuman akhir.
2 Penyelidikan dan pembangunan awal yang berkaitan
Memandangkan sejumlah besar kumbahan yang dirawat oleh Loji Rawatan Kumbahan Pulau Stonecutters setiap hari dan reka bentuk dua lapis unik tangki pemendapannya, ia boleh memberikan sejumlah tenaga hidraulik semasa menyahcas kumbahan yang telah disucikan untuk memacu penjana turbin untuk menjana elektrik. Pasukan Jabatan Perkhidmatan Saliran kemudiannya menjalankan kajian kebolehlaksanaan yang berkaitan pada tahun 2008 dan menjalankan beberapa siri ujian lapangan. Hasil kajian awal ini mengesahkan kebolehlaksanaan memasang penjana turbin.
Lokasi pemasangan: dalam aci tangki pemendapan; Tekanan air berkesan: 4.5~6m (reka bentuk khusus bergantung pada keadaan operasi sebenar pada masa hadapan dan kedudukan tepat turbin); Julat aliran: 1.1 ～ 1.25 m3/s; Kuasa keluaran maksimum: 45~50 kW; Peralatan dan bahan: Memandangkan kumbahan yang telah dimurnikan masih mempunyai kekakisan tertentu, bahan terpilih dan peralatan berkaitan mesti mempunyai perlindungan dan rintangan kakisan yang mencukupi.
Sehubungan itu, Jabatan Perkhidmatan Saliran telah menempah ruang untuk dua set tangki pemendapan di loji rawatan kumbahan untuk memasang sistem penjanaan kuasa turbin dalam projek pembesaran “Projek Penjernihan Pelabuhan Fasa II A”.
3 Pertimbangan dan Ciri Reka Bentuk Sistem
3.1 Kuasa yang dijana dan tekanan air yang berkesan
Hubungan antara kuasa elektrik yang dijana oleh tenaga hidrodinamik dan tekanan air berkesan adalah seperti berikut: kuasa elektrik yang dijana (kW)=[ketumpatan kumbahan yang telah dimurnikan ρ (kg/m3) × Kadar aliran air Q (m3/s) × Tekanan air berkesan H (m) × Pemalar graviti g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× Kecekapan sistem keseluruhan (%). Tekanan air berkesan ialah perbezaan antara paras air maksimum yang dibenarkan bagi aci dan paras air aci bersebelahan dalam air yang mengalir.
Dalam erti kata lain, lebih tinggi halaju aliran dan tekanan air berkesan, lebih besar kuasa yang dihasilkan. Oleh itu, untuk menjana lebih kuasa, salah satu matlamat reka bentuk adalah untuk membolehkan sistem turbin menerima kelajuan aliran air tertinggi dan tekanan air yang berkesan.
3.2 Perkara utama reka bentuk sistem
Pertama sekali, dari segi reka bentuk, sistem turbin yang baru dipasang tidak boleh menjejaskan operasi biasa loji rawatan kumbahan sebanyak mungkin. Sebagai contoh, sistem mesti mempunyai alat pelindung yang sesuai untuk mengelakkan tangki pemendapan hulu daripada melimpahi kumbahan yang telah dimurnikan kerana kawalan sistem yang salah. Parameter operasi ditentukan semasa reka bentuk: kadar aliran 1.06 ～ 1.50m3/s, julat tekanan air berkesan 24 ～ 52kPa.
Di samping itu, oleh kerana kumbahan yang disucikan oleh tangki pemendapan masih mengandungi beberapa bahan menghakis, seperti hidrogen sulfida dan garam, semua bahan komponen sistem turbin yang bersentuhan dengan kumbahan yang telah disucikan mestilah tahan kakisan (seperti bahan keluli tahan karat dupleks yang sering digunakan untuk peralatan rawatan kumbahan), untuk meningkatkan ketahanan sistem dan mengurangkan bilangan penyelenggaraan.
Dari segi reka bentuk sistem kuasa, memandangkan penjanaan kuasa turbin kumbahan tidak sepenuhnya stabil atas pelbagai sebab, keseluruhan sistem penjanaan kuasa disambungkan selari dengan grid untuk mengekalkan bekalan kuasa yang boleh dipercayai. Sambungan grid hendaklah diatur mengikut garis panduan teknikal untuk sambungan grid yang dikeluarkan oleh syarikat kuasa dan Jabatan Perkhidmatan Elektrik dan Mekanikal Kerajaan Wilayah Pentadbiran Khas Hong Kong.
Dari segi susun atur paip, sebagai tambahan kepada sekatan tapak sedia ada, keperluan untuk penyelenggaraan dan pembaikan sistem juga dipertimbangkan. Dalam hal ini, pelan asal pemasangan turbin hidraulik dalam aci tangki pengendapan yang dicadangkan dalam projek R&D telah diubah. Sebaliknya, kumbahan yang telah disucikan dibawa keluar dari aci melalui tekak dan dihantar ke turbin hidraulik, yang sangat mengurangkan kesukaran dan masa penyelenggaraan dan mengurangkan kesan ke atas operasi biasa loji rawatan kumbahan.
Memandangkan fakta bahawa tangki pemendapan kadangkala perlu digantung untuk penyelenggaraan, tekak sistem turbin disambungkan kepada dua aci empat set tangki pemendapan dua dek. Walaupun dua set tangki pemendapan berhenti beroperasi, dua set tangki pemendapan yang lain juga boleh menyediakan kumbahan yang telah dimurnikan, memacu sistem turbin, dan terus menjana elektrik. Di samping itu, tempat telah dikhaskan berhampiran aci tangki pemendapan 47/49 # untuk pemasangan sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik kedua pada masa hadapan, supaya apabila empat set tangki pemendapan beroperasi secara normal, kedua-dua sistem penjanaan kuasa turbin boleh menjana kuasa pada masa yang sama, mencapai kapasiti kuasa maksimum.
3.3 Pemilihan turbin hidraulik dan penjana
Turbin hidraulik ialah peralatan utama bagi keseluruhan sistem penjanaan kuasa. Turbin secara amnya boleh dibahagikan kepada dua kategori mengikut prinsip operasi: jenis nadi dan jenis tindak balas. Jenis impuls ialah bendalir memancar ke bilah turbin pada kelajuan tinggi melalui pelbagai muncung, dan kemudian memacu penjana untuk menjana tenaga. Jenis tindak balas melalui bilah turbin melalui bendalir, dan menggunakan tekanan paras air untuk memacu penjana untuk menjana tenaga. Dalam reka bentuk ini, berdasarkan fakta bahawa kumbahan yang dimurnikan boleh memberikan tekanan air rendah apabila mengalir, turbin Kaplan, salah satu jenis tindak balas yang lebih sesuai, dipilih, kerana turbin ini mempunyai kecekapan tinggi pada tekanan air rendah dan agak nipis, yang lebih sesuai untuk ruang terhad di tapak.
Dari segi penjana, penjana segerak magnet kekal yang dipacu oleh turbin hidraulik kelajuan malar dipilih. Penjana ini boleh mengeluarkan voltan dan frekuensi yang lebih stabil daripada penjana tak segerak, jadi ia boleh meningkatkan kualiti bekalan kuasa, menjadikan grid selari lebih mudah, dan memerlukan kurang penyelenggaraan.
4 Ciri Pembinaan dan Operasi
4.1 Susunan selari grid
Sambungan grid hendaklah dijalankan mengikut garis panduan teknikal untuk sambungan grid yang dikeluarkan oleh syarikat kuasa dan Jabatan Perkhidmatan Elektrik dan Mekanikal Kerajaan Wilayah Pentadbiran Khas Hong Kong. Mengikut garis panduan, sistem penjanaan kuasa tenaga boleh diperbaharui mesti dilengkapi dengan fungsi perlindungan anti pulau, yang secara automatik boleh memisahkan sistem penjanaan tenaga boleh diperbaharui yang berkaitan daripada sistem pengagihan apabila grid kuasa berhenti membekalkan kuasa untuk sebarang sebab, supaya sistem penjanaan kuasa tenaga boleh diperbaharui tidak dapat terus membekalkan kuasa kepada sistem pengagihan, untuk memastikan keselamatan kakitangan kejuruteraan elektrik yang bekerja pada grid atau sistem pengagihan.
Dari segi operasi segerak bekalan kuasa, sistem penjanaan kuasa tenaga boleh diperbaharui dan sistem pengagihan boleh disegerakkan hanya apabila keamatan voltan, sudut fasa atau perbezaan frekuensi dikawal dalam had yang boleh diterima.
4.2 Kawalan dan perlindungan
Sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik boleh dikawal dalam mod automatik atau manual. Dalam mod automatik, aci tangki pemendapan 47/49 # atau 51/53 # boleh digunakan sebagai sumber tenaga hidraulik, dan sistem kawalan akan memulakan injap kawalan yang berbeza mengikut data lalai untuk memilih tangki pemendapan yang paling sesuai, untuk mengoptimumkan penjanaan kuasa turbin hidraulik. Di samping itu, injap kawalan akan secara automatik melaraskan paras kumbahan huluan supaya tangki pemendapan tidak akan melimpahi kumbahan yang telah dimurnikan, sekali gus meningkatkan penjanaan kuasa ke tahap tertinggi. Sistem penjana turbin boleh dikawal di dalam bilik kawalan utama atau di tapak.
Dari segi perlindungan dan kawalan, jika kotak bekalan kuasa atau injap kawalan sistem turbin gagal atau paras air melebihi paras air maksimum yang dibenarkan, sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik juga akan secara automatik menghentikan operasi dan melepaskan kumbahan yang telah disucikan melalui paip pintasan, untuk mengelakkan tangki pemendapan hulu daripada melimpahi kumbahan yang telah disucikan akibat kegagalan sistem.
5 Prestasi operasi sistem
Sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik ini telah mula beroperasi pada penghujung 2018, dengan purata keluaran bulanan lebih daripada 10000 kW · j. Tekanan air berkesan yang boleh memacu sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik juga berubah mengikut peredaran masa disebabkan oleh aliran tinggi dan rendah kumbahan yang dikumpul dan dirawat oleh loji rawatan kumbahan setiap hari. Untuk memaksimumkan kuasa yang dijana oleh sistem turbin, Jabatan Perkhidmatan Saliran telah mereka bentuk sistem kawalan untuk melaraskan tork operasi turbin secara automatik mengikut aliran kumbahan harian, dengan itu meningkatkan kecekapan pengeluaran kuasa. Rajah 7 menunjukkan hubungan antara sistem penjanaan kuasa dengan aliran air. Apabila aliran air melebihi paras yang ditetapkan, sistem akan beroperasi secara automatik untuk menjana elektrik.
6 Cabaran dan Penyelesaian
Jabatan Perkhidmatan Saliran telah menghadapi banyak cabaran dalam melaksanakan projek yang berkaitan, dan telah merangka pelan yang sepadan sebagai tindak balas kepada cabaran ini,
7 Kesimpulan
Walaupun menghadapi pelbagai cabaran, set sistem penjanaan kuasa turbin hidraulik ini berjaya digunakan pada penghujung tahun 2018. Purata keluaran kuasa bulanan sistem adalah lebih daripada 10000 kW · j, yang bersamaan dengan purata penggunaan kuasa bulanan kira-kira 25 isi rumah Hong Kong (purata penggunaan kuasa bulanan setiap isi rumah Hong Kong pada tahun 2018 adalah kira-kira 3908kW). Jabatan Perkhidmatan Saliran komited untuk "menyediakan kumbahan bertaraf dunia dan rawatan air hujan dan perkhidmatan saliran untuk menggalakkan pembangunan mampan Hong Kong", sambil mempromosikan perlindungan alam sekitar dan projek perubahan iklim. Dalam penggunaan tenaga boleh diperbaharui, Jabatan Perkhidmatan Saliran menggunakan biogas, tenaga suria dan tenaga daripada aliran kumbahan tulen untuk menjana tenaga boleh diperbaharui. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, purata tenaga boleh diperbaharui tahunan yang dihasilkan oleh Jabatan Perkhidmatan Saliran adalah kira-kira 27 juta kW · h, yang boleh memenuhi keperluan tenaga kira-kira 9% daripada Jabatan Perkhidmatan Saliran. Jabatan Perkhidmatan Saliran akan meneruskan usaha untuk memperkukuh dan menggalakkan penggunaan tenaga boleh diperbaharui.
Masa siaran: Nov-22-2022
