Departamenti i Shërbimeve të Kullimit i Qeverisë së Rajonit të Posaçëm Administrativ të Hong Kongut është i përkushtuar për të ndihmuar në zbutjen e ndryshimeve globale klimatike. Me kalimin e viteve, në disa nga impiantet e saj janë instaluar objekte për kursimin e energjisë dhe energjinë e rinovueshme. Me lançimin zyrtar të "Planit të Pastrimit të Portit, Faza II A" të Hong Kongut, Departamenti i Shërbimeve të Kullimit ka instaluar një sistem gjenerimi energjie me turbinë hidraulike në Impiantin e Trajtimit të Ujërave të Zeza të Ishullit Stonecutters (impianti i trajtimit të ujërave të zeza me kapacitetin më të madh të trajtimit të ujërave të zeza në Hong Kong), i cili përdor energjinë hidraulike të ujërave të zeza që rrjedhin për të vënë në lëvizje gjeneratorin e turbinës dhe më pas gjeneron energji elektrike për përdorimin e objekteve në impiant. Ky punim prezanton sistemin, duke përfshirë sfidat e hasura në zbatimin e projekteve përkatëse, konsideratat dhe karakteristikat e projektimit dhe ndërtimit të sistemit, si dhe performancën e funksionimit të sistemit. Sistemi jo vetëm që ndihmon në kursimin e kostove të energjisë elektrike, por përdor edhe ujin për të zvogëluar emetimet e karbonit.
1 Prezantim i projektit
Faza e dytë A e "Planit të Pastrimit të Portit" është një plan në shkallë të gjerë i zbatuar nga Qeveria e Rajonit Administrativ Special të Hong Kongut për të përmirësuar cilësinë e ujit të Portit Victoria. Ai u vu zyrtarisht në përdorim të plotë në dhjetor 2015. Fusha e tij e punës përfshin ndërtimin e një tuneli të thellë për ujërat e zeza me një gjatësi totale prej rreth 21 km dhe 163 m nën tokë, për të transportuar ujërat e zeza të gjeneruara në veri dhe jugperëndim të ishullit në Impiantin e Trajtimit të Ujërave të Zeza të Ishullit Stonecutters, dhe për të rritur kapacitetin e trajtimit të impiantit të ujërave të zeza në 245 × 105 m3/d, duke ofruar shërbime të trajtimit të ujërave të zeza për rreth 5.7 milionë qytetarë. Për shkak të kufizimeve tokësore, Impianti i Trajtimit të Ujërave të Zeza të Ishullit Stonecutters përdor 46 grupe rezervuarësh sedimentimi me dy kate për trajtimin primar të përmirësuar kimikisht të ujërave të zeza, dhe çdo dy grupe rezervuarësh sedimentimi do të ndajnë një bosht vertikal (domethënë, një total prej 23 boshtesh) për të dërguar ujërat e zeza të pastruara në tubin nëntokësor të kullimit për dezinfektim përfundimtar, dhe më pas në detin e thellë.
2 Hulumtime dhe zhvillime të hershme relevante
Duke pasur parasysh sasinë e madhe të ujërave të zeza që trajtohen çdo ditë nga Impianti i Trajtimit të Ujërave të Zeza të Stonecutters Island dhe dizajnin unik me dy shtresa të rezervuarit të sedimentimit, ai mund të ofrojë një sasi të caktuar energjie hidraulike gjatë shkarkimit të ujërave të zeza të pastruara për të vënë në lëvizje gjeneratorin e turbinës për të gjeneruar energji elektrike. Ekipi i Departamentit të Shërbimeve të Kullimit më pas kreu një studim përkatës fizibiliteti në vitin 2008 dhe kreu një sërë testesh në terren. Rezultatet e këtyre studimeve paraprake konfirmojnë fizibilitetin e instalimit të gjeneratorëve të turbinave.
Vendndodhja e instalimit: në boshtin e rezervuarit të sedimentimit; Presioni efektiv i ujit: 4.5~6m (projektimi specifik varet nga kushtet aktuale të funksionimit në të ardhmen dhe pozicioni i saktë i turbinës); Diapazoni i rrjedhjes: 1.1 ~ 1.25 m3/s; Fuqia maksimale e daljes: 45~50 kW; Pajisjet dhe materialet: Meqenëse ujërat e zeza të pastruara ende kanë njëfarë korrozioni, materialet e përzgjedhura dhe pajisjet përkatëse duhet të kenë mbrojtje dhe rezistencë të mjaftueshme ndaj korrozionit.
Në këtë drejtim, Departamenti i Shërbimeve të Kullimit ka rezervuar hapësirë për dy grupe rezervuarësh sedimentimi në impiantin e trajtimit të ujërave të zeza për të instaluar një sistem gjenerimi energjie me turbinë në projektin e zgjerimit të "Faza II A e Projektit të Pastrimit të Portit".
3 Konsiderata dhe Karakteristikat e Dizajnit të Sistemit
3.1 Energjia e gjeneruar dhe presioni efektiv i ujit
Marrëdhënia midis energjisë elektrike të gjeneruar nga energjia hidrodinamike dhe presionit efektiv të ujit është si më poshtë: energjia elektrike e gjeneruar (kW) = [dendësia e ujërave të zeza të pastruara ρ (kg/m3) × Shkalla e rrjedhjes së ujit Q (m3/s) × Presioni efektiv i ujit H (m) × Konstantja e gravitetit g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× Efikasiteti i përgjithshëm i sistemit (%). Presioni efektiv i ujit është diferenca midis nivelit maksimal të lejuar të ujit të boshtit dhe nivelit të ujit të boshtit ngjitur në ujin që rrjedh.
Me fjalë të tjera, sa më e lartë të jetë shpejtësia e rrjedhjes dhe presioni efektiv i ujit, aq më e madhe është fuqia e gjeneruar. Prandaj, për të gjeneruar më shumë energji, një nga qëllimet e projektimit është që sistemi i turbinës të marrë shpejtësinë më të lartë të rrjedhjes së ujit dhe presionin efektiv të ujit.
3.2 Pikat kryesore të projektimit të sistemit
Para së gjithash, për sa i përket projektimit, sistemi i turbinave i instaluar rishtazi nuk duhet të ndikojë sa më shumë që të jetë e mundur në funksionimin normal të impiantit të trajtimit të ujërave të zeza. Për shembull, sistemi duhet të ketë pajisje mbrojtëse të përshtatshme për të parandaluar që rezervuari i sedimentimit në rrjedhën e sipërme të mbushë ujërat e zeza të pastruara për shkak të kontrollit të gabuar të sistemit. Parametrat operativë të përcaktuar gjatë projektimit: shkalla e rrjedhjes 1.06 ~ 1.50m3/s, diapazoni efektiv i presionit të ujit 24 ~ 52kPa.
Përveç kësaj, meqenëse ujërat e zeza të pastruara nga rezervuari i sedimentimit përmbajnë ende disa substanca korrozive, të tilla si sulfur hidrogjeni dhe kripë, të gjitha materialet e përbërësve të sistemit të turbinës në kontakt me ujërat e zeza të pastruara duhet të jenë rezistente ndaj korrozionit (siç janë materialet e çelikut inox dupleks që përdoren shpesh për pajisjet e trajtimit të ujërave të zeza), në mënyrë që të përmirësohet qëndrueshmëria e sistemit dhe të zvogëlohet numri i mirëmbajtjes.
Për sa i përket projektimit të sistemit të energjisë, meqenëse gjenerimi i energjisë nga turbina e ujërave të zeza nuk është plotësisht i qëndrueshëm për arsye të ndryshme, i gjithë sistemi i gjenerimit të energjisë është i lidhur paralelisht me rrjetin për të ruajtur furnizimin me energji të besueshëm. Lidhja në rrjet duhet të organizohet në përputhje me udhëzimet teknike për lidhjen në rrjet të lëshuara nga kompania e energjisë dhe Departamenti i Shërbimeve Elektrike dhe Mekanike i Qeverisë së Rajonit të Posaçëm Administrativ të Hong Kongut.
Për sa i përket paraqitjes së tubave, përveç kufizimeve ekzistuese të vendit, merret në konsideratë edhe nevoja për mirëmbajtjen dhe riparimin e sistemit. Në këtë drejtim, plani origjinal i instalimit të turbinës hidraulike në boshtin e rezervuarit të sedimentimit i propozuar në projektin e R&D është ndryshuar. Në vend të kësaj, ujërat e zeza të pastruara nxirren jashtë boshtit me anë të një gryke dhe dërgohen në turbinën hidraulike, gjë që zvogëlon shumë vështirësinë dhe kohën e mirëmbajtjes dhe zvogëlon ndikimin në funksionimin normal të impiantit të trajtimit të ujërave të zeza.
Duke pasur parasysh faktin se rezervuari i sedimentimit herë pas here duhet të pezullohet për mirëmbajtje, gryka e sistemit të turbinës është e lidhur me dy boshte me nga katër grupe rezervuarësh sedimentimi me dy kate. Edhe nëse dy grupe rezervuarësh sedimentimi ndalojnë së funksionuari, dy grupet e tjera të rezervuarëve të sedimentimit mund të sigurojnë gjithashtu ujëra të zeza të pastruara, të vënë në lëvizje sistemin e turbinës dhe të vazhdojnë të gjenerojnë energji elektrike. Përveç kësaj, është rezervuar një vend pranë boshtit të rezervuarit të sedimentimit 47/49 # për instalimin e sistemit të dytë të gjenerimit të energjisë me turbinë hidraulike në të ardhmen, në mënyrë që kur katër grupet e rezervuarëve të sedimentimit të funksionojnë normalisht, dy sistemet e gjenerimit të energjisë me turbinë të mund të gjenerojnë energji në të njëjtën kohë, duke arritur kapacitetin maksimal të energjisë.
3.3 Përzgjedhja e turbinës hidraulike dhe gjeneratorit
Turbina hidraulike është pajisja kryesore e të gjithë sistemit të gjenerimit të energjisë. Turbinat në përgjithësi mund të ndahen në dy kategori sipas parimit të funksionimit: lloji i pulsit dhe lloji i reagimit. Lloji i impulsit është ai ku lëngu qëllon në tehun e turbinës me shpejtësi të lartë përmes grykave të shumta dhe më pas vë në lëvizje gjeneratorin për të gjeneruar energji. Lloji i reagimit kalon nëpër tehun e turbinës përmes lëngut dhe përdor presionin e nivelit të ujit për të vënë në lëvizje gjeneratorin për të gjeneruar energji. Në këtë dizajn, bazuar në faktin se ujërat e zeza të pastruara mund të ofrojnë presion të ulët uji kur rrjedhin, zgjidhet turbina Kaplan, një nga llojet më të përshtatshme të reagimit, sepse kjo turbinë ka efikasitet të lartë në presion të ulët të ujit dhe është relativisht e hollë, gjë që është më e përshtatshme për hapësirën e kufizuar në vend.
Për sa i përket gjeneratorit, është zgjedhur gjeneratori sinkron me magnet të përhershëm i drejtuar nga një turbinë hidraulike me shpejtësi konstante. Ky gjenerator mund të prodhojë tension dhe frekuencë më të qëndrueshme sesa gjeneratori asinkron, kështu që mund të përmirësojë cilësinë e furnizimit me energji, ta bëjë rrjetin paralel më të thjeshtë dhe të kërkojë më pak mirëmbajtje.
4 Karakteristikat e Ndërtimit dhe Funksionimit
4.1 Rregullimi paralel i rrjetit
Lidhja me rrjetin duhet të kryhet në përputhje me udhëzimet teknike për lidhjen në rrjet, të lëshuara nga kompania e energjisë dhe Departamenti i Shërbimeve Elektrike dhe Mekanike të Qeverisë së Rajonit të Posaçëm Administrativ të Hong Kongut. Sipas udhëzimeve, sistemi i gjenerimit të energjisë nga energjia e rinovueshme duhet të jetë i pajisur me funksion mbrojtjeje kundër ishullimit, i cili mund të ndajë automatikisht sistemin përkatës të gjenerimit të energjisë nga energjia e rinovueshme nga sistemi i shpërndarjes kur rrjeti elektrik ndalon furnizimin me energji për çfarëdo arsye, në mënyrë që sistemi i gjenerimit të energjisë nga energjia e rinovueshme të mos mund të vazhdojë të furnizojë me energji sistemin e shpërndarjes, në mënyrë që të sigurohet siguria e personelit të inxhinierisë elektrike që punon në rrjet ose sistemin e shpërndarjes.
Për sa i përket funksionimit sinkron të furnizimit me energji, sistemi i gjenerimit të energjisë nga energjia e rinovueshme dhe sistemi i shpërndarjes mund të sinkronizohen vetëm kur intensiteti i tensionit, këndi i fazës ose ndryshimi i frekuencës kontrollohen brenda kufijve të pranueshëm.
4.2 Kontrolli dhe mbrojtja
Sistemi i gjenerimit të energjisë së turbinës hidraulike mund të kontrollohet në modalitetin automatik ose manual. Në modalitetin automatik, boshtet e rezervuarit të sedimentimit 47/49 # ose 51/53 # mund të përdoren si burim energjie hidraulike, dhe sistemi i kontrollit do të aktivizojë valvola të ndryshme kontrolli sipas të dhënave të paracaktuara për të zgjedhur rezervuarin më të përshtatshëm të sedimentimit, në mënyrë që të optimizojë gjenerimin e energjisë së turbinës hidraulike. Përveç kësaj, valvula e kontrollit do të rregullojë automatikisht nivelin e ujërave të zeza në rrjedhën e sipërme në mënyrë që rezervuari i sedimentimit të mos mbingarkojë ujërat e zeza të pastruara, duke rritur kështu prodhimin e energjisë në nivelin më të lartë. Sistemi i gjeneratorit të turbinës mund të rregullohet në dhomën kryesore të kontrollit ose në vend.
Për sa i përket mbrojtjes dhe kontrollit, nëse kutia e furnizimit me energji ose valvula e kontrollit të sistemit të turbinës dështon ose niveli i ujit tejkalon nivelin maksimal të lejuar të ujit, sistemi i gjenerimit të energjisë hidraulike të turbinës gjithashtu do të ndalojë automatikisht funksionimin dhe do të shkarkojë ujërat e zeza të pastruara përmes tubit anashkalues, në mënyrë që të parandalojë që rezervuari i sedimentimit në rrjedhën e sipërme të mbushë ujërat e zeza të pastruara për shkak të defektit të sistemit.
5 Performanca e funksionimit të sistemit
Ky sistem gjenerimi energjie me turbinë hidraulike u vu në funksion në fund të vitit 2018, me një prodhim mesatar mujor prej më shumë se 10000 kW · h. Presioni efektiv i ujit që mund të vërë në lëvizje sistemin e gjenerimit të energjisë me turbinë hidraulike ndryshon gjithashtu me kalimin e kohës për shkak të rrjedhës së lartë dhe të ulët të ujërave të zeza të mbledhura dhe të trajtuara nga impianti i trajtimit të ujërave të zeza çdo ditë. Për të maksimizuar energjinë e gjeneruar nga sistemi i turbinës, Departamenti i Shërbimeve të Kullimit ka projektuar një sistem kontrolli për të rregulluar automatikisht çift rrotulluesin e funksionimit të turbinës sipas rrjedhës ditore të ujërave të zeza, duke përmirësuar kështu efikasitetin e prodhimit të energjisë. Figura 7 tregon marrëdhënien midis sistemit të gjenerimit të energjisë dhe rrjedhës së ujit. Kur rrjedha e ujit tejkalon nivelin e caktuar, sistemi do të funksionojë automatikisht për të gjeneruar energji elektrike.
6 Sfida dhe Zgjidhje
Departamenti i Shërbimeve të Kullimit është përballur me shumë sfida në kryerjen e projekteve përkatëse dhe ka hartuar plane përkatëse në përgjigje të këtyre sfidave.
7 Përfundim
Pavarësisht sfidave të ndryshme, ky sistem gjenerimi energjie me turbinë hidraulike u vu me sukses në funksion në fund të vitit 2018. Prodhimi mesatar mujor i energjisë i sistemit është më shumë se 10000 kW · h, që është ekuivalent me konsumin mesatar mujor të energjisë të rreth 25 familjeve të Hong Kongut (konsumi mesatar mujor i energjisë i secilës familje të Hong Kongut në vitin 2018 është rreth 390 kW · h). Departamenti i Shërbimeve të Kullimit është i përkushtuar për të "ofruar shërbime të trajtimit dhe kullimit të ujërave të zeza dhe shiut të nivelit botëror për të promovuar zhvillimin e qëndrueshëm të Hong Kongut", duke promovuar njëkohësisht projektet e mbrojtjes së mjedisit dhe ndryshimeve klimatike. Në zbatimin e energjisë së rinovueshme, Departamenti i Shërbimeve të Kullimit përdor biogaz, energji diellore dhe energjinë nga rrjedha e ujërave të zeza të pastruara për të gjeneruar energji të rinovueshme. Në vitet e fundit, energjia mesatare vjetore e rinovueshme e prodhuar nga Departamenti i Shërbimeve të Kullimit është rreth 27 milionë kW · h, e cila mund të përmbushë nevojat energjetike të rreth 9% të Departamentit të Shërbimeve të Kullimit. Departamenti i Shërbimeve të Kullimit do të vazhdojë përpjekjet e tij për të forcuar dhe promovuar zbatimin e energjisë së rinovueshme.
Koha e postimit: 22 nëntor 2022
