Ang Drainage Services Department ng Hong Kong Special Administrative Region Government ay nakatuon sa pagtulong sa pagpapagaan ng pandaigdigang pagbabago ng klima. Sa paglipas ng mga taon, ang mga pasilidad sa pagtitipid ng enerhiya at nababagong enerhiya ay na-install sa ilan sa mga planta nito. Sa opisyal na paglulunsad ng “Harbour Purification Plan Phase II A” ng Hong Kong, ang Drainage Services Department ay nag-install ng hydraulic turbine power generation system sa Stonecutters Island Sewage Treatment Plant (ang sewage treatment plant na may pinakamalaking kapasidad sa paggamot ng sewage sa Hong Kong), na gumagamit ng hydraulic energy ng dumadaloy na dumi sa alkantarilya upang i-drive ang turbine generator, at pagkatapos ay bumubuo ng kuryente para sa paggamit ng mga pasilidad sa planta. Ipinakikilala ng papel na ito ang sistema, kabilang ang mga hamon na nakatagpo sa pagpapatupad ng mga kaugnay na proyekto, ang mga pagsasaalang-alang at katangian ng disenyo at konstruksyon ng system, at ang pagganap ng operasyon ng system. Ang sistema ay hindi lamang nakakatulong upang makatipid ng mga gastos sa kuryente, ngunit gumagamit din ng tubig upang mabawasan ang mga carbon emissions.
1 Panimula ng proyekto
Ang ikalawang yugto A ng "Harbour Purification Plan" ay isang malakihang plano na ipinatupad ng Hong Kong Special Administrative Region Government upang mapabuti ang kalidad ng tubig ng Victoria Harbour. Opisyal na itong ganap na ginamit noong Disyembre 2015. Kasama sa saklaw ng trabaho nito ang pagtatayo ng malalim na lagusan ng dumi sa alkantarilya na may kabuuang haba na humigit-kumulang 21km at 163m sa ibaba ng lupa, upang ihatid ang dumi na nabuo sa hilaga at timog-kanluran ng isla patungo sa Stonecutters Island Sewage Treatment Plant, at upang madagdagan ang kapasidad ng paggamot ng planta ng dumi sa alkantarilya hanggang 2545 × 5,000,000 para sa pagbibigay ng mga serbisyo ng sewage. mamamayan. Dahil sa mga limitasyon sa lupa, ang Stonecutters Island Sewage Treatment Plant ay gumagamit ng 46 na set ng double deck sedimentation tank para sa chemically enhanced primary treatment ng dumi sa alkantarilya, at bawat dalawang set ng sedimentation tank ay magsasalo sa vertical shaft (iyon ay, sa kabuuan na 23 shafts) para ipadala ang purified na dumi sa drainage pipe, at pagkatapos ay sa deep disinfection sea pipe.
2 Kaugnay na maagang pananaliksik at pag-unlad
Dahil sa malaking dami ng dumi sa alkantarilya na ginagamot ng Stonecutters Island Sewage Treatment Plant araw-araw at ang kakaibang double-layer na disenyo ng tangke ng sedimentation nito, maaari itong magbigay ng tiyak na dami ng haydroliko na enerhiya habang inilalabas ang purified na dumi sa alkantarilya upang himukin ang turbine generator upang makabuo ng kuryente. Ang pangkat ng Departamento ng Drainage Services ay nagsagawa ng isang nauugnay na pag-aaral sa pagiging posible noong 2008 at nagsagawa ng isang serye ng mga pagsubok sa larangan. Ang mga resulta ng mga paunang pag-aaral na ito ay nagpapatunay sa pagiging posible ng pag-install ng mga generator ng turbine.
Lokasyon ng pag-install: sa baras ng tangke ng sedimentation; Epektibong presyon ng tubig: 4.5~6m (ang partikular na disenyo ay nakasalalay sa aktwal na mga kondisyon ng pagpapatakbo sa hinaharap at ang eksaktong posisyon ng turbine); Saklaw ng daloy: 1.1 ～ 1.25 m3/s; Pinakamataas na lakas ng output: 45~50 kW; Kagamitan at materyales: Dahil ang nalinis na dumi sa alkantarilya ay mayroon pa ring tiyak na kaagnasan, ang mga napiling materyales at kaugnay na kagamitan ay dapat na may sapat na proteksyon at paglaban sa kaagnasan.
Kaugnay nito, ang Drainage Services Department ay nagreserba ng espasyo para sa dalawang set ng sedimentation tank sa sewage treatment plant upang mag-install ng turbine power generation system sa expansion project ng "Harbour Purification Project Phase II A".
3 Mga Pagsasaalang-alang at Mga Tampok ng Disenyo ng System
3.1 Nakabuo ng kapangyarihan at epektibong presyon ng tubig
Ang ugnayan sa pagitan ng electric power na nabuo ng hydrodynamic energy at epektibong presyon ng tubig ay ang mga sumusunod: electric power generated (kW)=[density of purified sewage ρ (kg/m3) × Water flow rate Q (m3/s) × Effective water pressure H (m) × Gravity constant g (9.807 m/s2)] ÷ 1000
× Pangkalahatang kahusayan ng system (%). Ang epektibong presyon ng tubig ay ang pagkakaiba sa pagitan ng pinakamataas na pinahihintulutang antas ng tubig ng baras at ang antas ng tubig ng katabing baras sa umaagos na tubig.
Sa madaling salita, mas mataas ang bilis ng daloy at ang epektibong presyon ng tubig, mas malaki ang nabuong kapangyarihan. Samakatuwid, upang makabuo ng higit na kapangyarihan, ang isa sa mga layunin ng disenyo ay upang paganahin ang sistema ng turbine na makatanggap ng pinakamataas na bilis ng daloy ng tubig at epektibong presyon ng tubig.
3.2 Mga pangunahing punto ng disenyo ng system
Una sa lahat, sa mga tuntunin ng disenyo, ang bagong naka-install na sistema ng turbine ay hindi dapat makaapekto sa normal na operasyon ng planta ng paggamot ng dumi sa alkantarilya hangga't maaari. Halimbawa, ang sistema ay dapat na may naaangkop na mga kagamitang pang-proteksyon upang maiwasan ang upstream na sedimentation tank na umapaw sa purified dumi sa alkantarilya dahil sa maling kontrol ng system. Tinutukoy ang mga parameter ng pagpapatakbo sa panahon ng disenyo: rate ng daloy 1.06 ～ 1.50m3/s, epektibong hanay ng presyon ng tubig 24 ～ 52kPa.
Bilang karagdagan, dahil ang dumi sa alkantarilya na pinadalisay ng tangke ng sedimentation ay naglalaman pa rin ng ilang mga kinakaing unti-unti na sangkap, tulad ng hydrogen sulfide at asin, ang lahat ng mga materyales sa bahagi ng turbine system na nakikipag-ugnay sa purified na dumi sa alkantarilya ay dapat na lumalaban sa kaagnasan (tulad ng mga duplex na hindi kinakalawang na asero na materyales na kadalasang ginagamit para sa mga kagamitan sa paggamot ng dumi sa alkantarilya), upang mapabuti ang tibay ng system at mabawasan ang bilang ng pagpapanatili.
Sa mga tuntunin ng disenyo ng sistema ng kuryente, dahil ang pagbuo ng kuryente ng turbine ng dumi sa alkantarilya ay hindi ganap na matatag para sa iba't ibang mga kadahilanan, ang buong sistema ng pagbuo ng kuryente ay konektado sa parallel sa grid upang mapanatili ang maaasahang supply ng kuryente. Ang koneksyon ng grid ay dapat ayusin alinsunod sa mga teknikal na alituntunin para sa koneksyon ng grid na inisyu ng kumpanya ng kuryente at ng Departamento ng Mga Serbisyong Elektrisidad at Mekanikal ng Pamahalaan ng Espesyal na Administratibong Rehiyon ng Hong Kong.
Sa mga tuntunin ng layout ng pipe, bilang karagdagan sa mga umiiral na mga paghihigpit sa site, ang pangangailangan para sa pagpapanatili at pagkumpuni ng system ay isinasaalang-alang din. Kaugnay nito, binago ang orihinal na plano ng pag-install ng hydraulic turbine sa settling tank shaft na iminungkahi sa R&D project. Sa halip, ang nalinis na dumi sa alkantarilya ay pinalabas ng isang lalamunan mula sa baras at ipinadala sa hydraulic turbine, na lubos na binabawasan ang kahirapan at oras ng pagpapanatili at binabawasan ang epekto sa normal na operasyon ng planta ng paggamot ng dumi sa alkantarilya.
Sa view ng katotohanan na ang sedimentation tank paminsan-minsan ay kailangang suspendido para sa pagpapanatili, ang lalamunan ng turbine system ay konektado sa dalawang shaft ng apat na set ng double deck sedimentation tank. Kahit na huminto sa operasyon ang dalawang set ng sedimentation tank, ang iba pang dalawang set ng sedimentation tank ay maaari ding magbigay ng purified na dumi sa alkantarilya, magmaneho ng turbine system, at patuloy na makabuo ng kuryente. Bilang karagdagan, ang isang lugar ay nakareserba malapit sa baras ng 47/49 # sedimentation tank para sa pag-install ng pangalawang hydraulic turbine power generation system sa hinaharap, upang kapag ang apat na set ng sedimentation tank ay gumana nang normal, ang dalawang turbine power generation system ay maaaring makabuo ng power sa parehong oras, na umaabot sa maximum na kapasidad ng kuryente.
3.3 Pagpili ng hydraulic turbine at generator
Ang hydraulic turbine ay ang pangunahing kagamitan ng buong sistema ng pagbuo ng kuryente. Ang mga turbine ay karaniwang nahahati sa dalawang kategorya ayon sa prinsipyo ng pagpapatakbo: uri ng pulso at uri ng reaksyon. Ang uri ng impulse ay ang pag-shoot ng likido sa talim ng turbine sa mataas na bilis sa pamamagitan ng maraming mga nozzle, at pagkatapos ay hinihimok ang generator upang makabuo ng enerhiya. Ang uri ng reaksyon ay dumadaan sa talim ng turbine sa pamamagitan ng likido, at ginagamit ang presyon ng antas ng tubig upang himukin ang generator upang makabuo ng enerhiya. Sa ganitong disenyo, batay sa katotohanan na ang purified na dumi sa alkantarilya ay maaaring magbigay ng mababang presyon ng tubig kapag dumadaloy, ang Kaplan turbine, isa sa mga mas naaangkop na uri ng reaksyon, ay napili, dahil ang turbine na ito ay may mataas na kahusayan sa mababang presyon ng tubig at medyo manipis, na mas angkop para sa limitadong espasyo sa site.
Sa mga tuntunin ng generator, pinili ang permanenteng magnet na sabaysabay na generator na pinapatakbo ng pare-pareho ang bilis ng hydraulic turbine. Ang generator na ito ay maaaring mag-output ng mas matatag na boltahe at dalas kaysa sa asynchronous na generator, upang mapahusay nito ang kalidad ng power supply, gawing mas simple ang parallel grid, at nangangailangan ng mas kaunting maintenance.
4 Mga Tampok sa Konstruksyon at Operasyon
4.1 Grid parallel arrangement
Ang grid connection ay isasagawa alinsunod sa mga teknikal na alituntunin para sa grid connection na inisyu ng power company at ng Electrical and Mechanical Services Department ng Hong Kong Special Administrative Region Government. Ayon sa mga alituntunin, ang renewable energy power generation system ay dapat na nilagyan ng anti islanding protection function, na maaaring awtomatikong paghiwalayin ang nauugnay na renewable energy power generation system mula sa distribution system kapag ang power grid ay huminto sa pagbibigay ng kuryente sa anumang kadahilanan, upang ang renewable energy power generation system ay hindi makapagpatuloy sa pagbibigay ng kuryente sa distribution system, upang matiyak ang kaligtasan ng mga tauhan ng electrical engineering na nagtatrabaho sa grid o distribution system.
Sa mga tuntunin ng kasabay na operasyon ng power supply, ang renewable energy power generation system at distribution system ay maaari lamang i-synchronize kapag ang boltahe intensity, phase angle o frequency difference ay kinokontrol sa loob ng mga katanggap-tanggap na limitasyon.
4.2 Kontrol at proteksyon
Ang hydraulic turbine power generation system ay maaaring kontrolin sa awtomatiko o manu-manong mode. Sa awtomatikong mode, ang mga shaft ng sedimentation tank 47/49 # o 51/53 # ay maaaring gamitin bilang pinagmumulan ng haydroliko na enerhiya, at ang control system ay magsisimula ng iba't ibang mga control valve ayon sa default na data upang piliin ang pinaka-angkop na tangke ng sedimentation, upang ma-optimize ang hydraulic turbine power generation. Bilang karagdagan, ang control valve ay awtomatikong ia-adjust ang upstream na antas ng dumi sa alkantarilya upang ang tangke ng sedimentation ay hindi umapaw sa purified na dumi sa alkantarilya, kaya tumataas ang pagbuo ng kuryente sa pinakamataas na antas. Ang sistema ng turbine generator ay maaaring i-regulate sa pangunahing control room o sa site.
Sa mga tuntunin ng proteksyon at kontrol, kung ang power supply box o control valve ng turbine system ay nabigo o ang antas ng tubig ay lumampas sa maximum na pinapayagang antas ng tubig, ang hydraulic turbine power generation system ay awtomatikong hihinto din sa operasyon at discharge ang purified sewage sa pamamagitan ng bypass pipe, upang maiwasan ang upstream sedimentation tank na umapaw sa purified na dumi sa alkantarilya dahil sa pagkabigo ng system.
5 Pagganap ng pagpapatakbo ng system
Ang hydraulic turbine power generation system na ito ay pinaandar sa pagtatapos ng 2018, na may average na buwanang output na higit sa 10000 kW · h. Ang mabisang presyon ng tubig na maaaring magmaneho ng hydraulic turbine power generation system ay nagbabago rin sa paglipas ng panahon dahil sa mataas at mababang daloy ng dumi sa alkantarilya na kinokolekta at ginagamot ng sewage treatment plant araw-araw. Upang ma-maximize ang power na nalilikha ng turbine system, ang Drainage Services Department ay nagdisenyo ng isang control system upang awtomatikong ayusin ang turbine operation torque ayon sa pang-araw-araw na daloy ng dumi sa alkantarilya, sa gayo'y nagpapabuti sa kahusayan sa paggawa ng kuryente. Ipinapakita ng Figure 7 ang relasyon sa pagitan ng power generation system at ng daloy ng tubig. Kapag lumampas ang daloy ng tubig sa itinakdang antas, awtomatikong gagana ang sistema upang makabuo ng kuryente.
6 Mga Hamon at Solusyon
Ang Departamento ng Mga Serbisyo sa Drainage ay nakatagpo ng maraming hamon sa pagsasagawa ng mga kaugnay na proyekto, at nakabalangkas ng kaukulang mga plano bilang tugon sa mga hamong ito,
7 Konklusyon
Sa kabila ng iba't ibang hamon, ang set ng hydraulic turbine power generation system na ito ay matagumpay na naisakatuparan sa pagtatapos ng 2018. Ang average na buwanang power output ng system ay higit sa 10000 kW · h, na katumbas ng average na buwanang konsumo ng kuryente ng humigit-kumulang 25 kabahayan sa Hong Kong (ang average na buwanang konsumo ng kuryente ng bawat sambahayan sa Hong Kong noong 2018 ay halos 390kW). Ang Departamento ng Drainage Services ay nakatuon sa "pagbibigay ng world-class na dumi sa alkantarilya at paggamot sa tubig-ulan at mga serbisyo ng drainage upang itaguyod ang napapanatiling pag-unlad ng Hong Kong", habang isinusulong ang pangangalaga sa kapaligiran at mga proyekto sa pagbabago ng klima. Sa paggamit ng renewable energy, ang Drainage Services Department ay gumagamit ng biogas, solar energy at ang enerhiya mula sa daloy ng purified sewage upang makabuo ng renewable energy. Sa nakalipas na ilang taon, ang average na taunang renewable energy na ginawa ng Drainage Services Department ay humigit-kumulang 27 milyong kW · h, na maaaring matugunan ang mga pangangailangan sa enerhiya ng humigit-kumulang 9% ng Drainage Services Department. Ang Drainage Services Department ay magpapatuloy sa pagsisikap nitong palakasin at isulong ang paggamit ng renewable energy.
Oras ng post: Nob-22-2022
