سیوریج کے بہاؤ سے بجلی پیدا کرنے کے لیے ہانگ کانگ کا پہلا ہائیڈرولک ٹربائن سسٹم

ہانگ کانگ کی خصوصی انتظامی خطہ حکومت کا ڈرینج سروسز ڈیپارٹمنٹ عالمی موسمیاتی تبدیلیوں کو کم کرنے میں مدد کرنے کے لیے پرعزم ہے۔ سالوں کے دوران، اس کے کچھ پلانٹس میں توانائی کی بچت اور قابل تجدید توانائی کی سہولیات نصب کی گئی ہیں۔ ہانگ کانگ کے "ہاربر پیوریفیکیشن پلان فیز II A" کے باضابطہ آغاز کے ساتھ، ڈرینیج سروسز ڈیپارٹمنٹ نے سٹون کٹرز آئی لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ (ہانگ کانگ میں سیوریج ٹریٹمنٹ کی سب سے بڑی صلاحیت کے ساتھ سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ) میں ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم نصب کیا ہے، جو کہ ہائیڈرولک توانائی کا استعمال کرتا ہے اور اس کے بعد سیوریج کی ہائیڈرالک توانائی کا استعمال کرتا ہے۔ پلانٹ میں سہولیات کے استعمال کے لیے بجلی۔ اس مقالے میں نظام کا تعارف کرایا گیا ہے، بشمول متعلقہ منصوبوں کے نفاذ میں درپیش چیلنجز، نظام کے ڈیزائن اور تعمیر کے تحفظات اور خصوصیات، اور نظام کی آپریشنل کارکردگی۔ یہ نظام نہ صرف بجلی کے اخراجات کو بچانے میں مدد کرتا ہے بلکہ کاربن کے اخراج کو کم کرنے کے لیے پانی کا استعمال بھی کرتا ہے۔

1 پروجیکٹ کا تعارف
"ہاربر پیوریفیکیشن پلان" کا دوسرا مرحلہ A ایک بڑے پیمانے پر منصوبہ ہے جسے ہانگ کانگ کی خصوصی انتظامی علاقہ کی حکومت نے وکٹوریہ ہاربر کے پانی کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے نافذ کیا ہے۔ اسے دسمبر 2015 میں باضابطہ طور پر مکمل استعمال میں لایا گیا تھا۔ اس کے کام کے دائرہ کار میں ایک گہری سیوریج سرنگ کی تعمیر شامل ہے جس کی کل لمبائی تقریباً 21 کلومیٹر اور زمین کے نیچے 163 میٹر ہے، جزیرے کے شمال اور جنوب مغرب میں پیدا ہونے والے سیوریج کو سٹون کٹرز آئی لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ تک پہنچانا، اور سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ کی صلاحیت میں 4 × 4 اضافہ کرنا شامل ہے۔ 105m3/d، تقریباً 5.7 ملین شہریوں کے لیے سیوریج ٹریٹمنٹ کی خدمات فراہم کرتا ہے۔ زمینی حدود کی وجہ سے، سٹون کٹرز آئی لینڈ سیویج ٹریٹمنٹ پلانٹ سیوریج کے کیمیائی طور پر بہتر بنیادی ٹریٹمنٹ کے لیے ڈبل ڈیک سیڈیمینٹیشن ٹینک کے 46 سیٹ استعمال کرتا ہے، اور سیڈیمینٹیشن ٹینکوں کے ہر دو سیٹ ایک عمودی شافٹ (یعنی کل 23 شافٹ) کا اشتراک کریں گے تاکہ پیوریفائیڈ سیوریج کو پائپ کے نیچے گہرائی تک پہنچایا جا سکے۔ سمندر

2 متعلقہ ابتدائی تحقیق اور ترقی
سٹون کٹرز آئی لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ کی طرف سے روزانہ ٹریٹ کیے جانے والے سیوریج کی بڑی مقدار اور اس کے سیڈیمنٹیشن ٹینک کے منفرد ڈبل لیئر ڈیزائن کے پیش نظر، یہ ٹربائن جنریٹر کو بجلی پیدا کرنے کے لیے پیوریفائیڈ سیوریج کو خارج کرنے کے دوران ہائیڈرولک توانائی کی ایک خاص مقدار فراہم کر سکتا ہے۔ اس کے بعد ڈرینج سروسز ڈیپارٹمنٹ کی ٹیم نے 2008 میں ایک متعلقہ فزیبلٹی اسٹڈی کی اور فیلڈ ٹیسٹ کی ایک سیریز کی۔ ان ابتدائی مطالعات کے نتائج ٹربائن جنریٹرز کی تنصیب کی فزیبلٹی کی تصدیق کرتے ہیں۔

تنصیب کا مقام: تلچھٹ ٹینک کے شافٹ میں؛ مؤثر پانی کا دباؤ: 4.5 ~ 6m (مخصوص ڈیزائن مستقبل میں آپریٹنگ کے اصل حالات اور ٹربائن کی صحیح پوزیشن پر منحصر ہے)؛ بہاؤ کی حد: 1.1 ～ 1.25 m3/s؛ زیادہ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور: 45 ~ 50 کلو واٹ؛ سازوسامان اور مواد: چونکہ پیوریفائیڈ سیوریج میں ابھی بھی کچھ خاص سنکنرن ہوتی ہے، اس لیے منتخب مواد اور متعلقہ سامان میں مناسب تحفظ اور سنکنرن مزاحمت ہونی چاہیے۔

اس سلسلے میں، ڈرینیج سروسز ڈیپارٹمنٹ نے "ہاربر پیوریفیکیشن پروجیکٹ فیز II A" کے توسیعی منصوبے میں ٹربائن پاور جنریشن سسٹم لگانے کے لیے سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ میں تلچھٹ کے ٹینکوں کے دو سیٹوں کے لیے جگہ مختص کی ہے۔

3 سسٹم ڈیزائن کے تحفظات اور خصوصیات
3.1 پیدا شدہ پاور اور موثر پانی کا دباؤ
ہائیڈرو ڈائنامک توانائی اور موثر پانی کے دباؤ سے پیدا ہونے والی برقی طاقت کے درمیان تعلق اس طرح ہے: بجلی سے پیدا ہونے والی طاقت (kW) = [پیوریفائیڈ سیوریج کی کثافت ρ (kg/m3) × پانی کے بہاؤ کی شرح Q (m3/s) × مؤثر پانی کا دباؤ H (m) × گریویٹی مستقل g (9.807 m/s) 1 ÷ 0 ÷ 0]
× سسٹم کی مجموعی کارکردگی (%)۔ پانی کا موثر دباؤ شافٹ کی زیادہ سے زیادہ قابل اجازت پانی کی سطح اور بہتے پانی میں ملحقہ شافٹ کے پانی کی سطح کے درمیان فرق ہے۔
دوسرے الفاظ میں، بہاؤ کی رفتار اور پانی کا موثر دباؤ جتنا زیادہ ہوگا، اتنی ہی زیادہ بجلی پیدا ہوگی۔ لہذا، زیادہ طاقت پیدا کرنے کے لیے، ڈیزائن کے اہداف میں سے ایک یہ ہے کہ ٹربائن سسٹم کو پانی کے بہاؤ کی تیز رفتار اور موثر پانی کا دباؤ حاصل کرنے کے قابل بنایا جائے۔

3.2 سسٹم ڈیزائن کے اہم نکات
سب سے پہلے، ڈیزائن کے لحاظ سے، نئے نصب شدہ ٹربائن سسٹم کو سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ کے معمول کے کام کو زیادہ سے زیادہ متاثر نہیں کرنا چاہیے۔ مثال کے طور پر، سسٹم کے پاس مناسب حفاظتی آلات ہونے چاہئیں تاکہ سسٹم کے غلط کنٹرول کی وجہ سے اپ اسٹریم سیڈیمینٹیشن ٹینک کو صاف شدہ سیوریج کو بہنے سے روکا جا سکے۔ ڈیزائن کے دوران طے شدہ آپریٹنگ پیرامیٹرز: بہاؤ کی شرح 1.06 ～ 1.50m3/s، مؤثر پانی کے دباؤ کی حد 24 ～ 52kPa۔
مزید برآں، چونکہ سیڈیمینٹیشن ٹینک کے ذریعے صاف کیے جانے والے سیوریج میں اب بھی کچھ سنکنرن مادے ہوتے ہیں، جیسے ہائیڈروجن سلفائیڈ اور نمک، اس لیے پیوریفائیڈ سیوریج کے ساتھ رابطے میں آنے والے ٹربائن سسٹم کے تمام اجزاء کو سنکنرن مزاحم ہونا چاہیے (جیسے ڈوپلیکس سٹینلیس سٹیل کا مواد اکثر سیوریج ٹریٹمنٹ کے سامان کی تعداد کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے)
پاور سسٹم کے ڈیزائن کے لحاظ سے، چونکہ سیوریج ٹربائن کی پاور جنریشن مختلف وجوہات کی بناء پر مکمل طور پر مستحکم نہیں ہے، اس لیے بجلی کی قابل اعتماد فراہمی کو برقرار رکھنے کے لیے پورا پاور جنریشن سسٹم گرڈ کے ساتھ متوازی طور پر منسلک ہے۔ گرڈ کنکشن کا بندوبست پاور کمپنی اور ہانگ کانگ کی خصوصی انتظامی خطہ حکومت کے الیکٹریکل اور مکینیکل سروسز ڈیپارٹمنٹ کی طرف سے جاری کردہ گرڈ کنکشن کے لیے تکنیکی رہنما خطوط کے مطابق کیا جائے گا۔
پائپ لے آؤٹ کے لحاظ سے، موجودہ سائٹ کی پابندیوں کے علاوہ، سسٹم کی دیکھ بھال اور مرمت کی ضرورت پر بھی غور کیا جاتا ہے۔ اس سلسلے میں آر اینڈ ڈی پروجیکٹ میں تجویز کردہ سیٹلنگ ٹینک شافٹ میں ہائیڈرولک ٹربائن کی تنصیب کا اصل منصوبہ تبدیل کر دیا گیا ہے۔ اس کے بجائے، پیوریفائیڈ سیوریج کو گلے کے ذریعے شافٹ سے باہر لے جا کر ہائیڈرولک ٹربائن میں بھیجا جاتا ہے، جس سے دیکھ بھال کی دشواری اور وقت بہت کم ہو جاتا ہے اور سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ کے معمول کے کام پر اثر کم ہوتا ہے۔

اس حقیقت کے پیش نظر کہ سیڈیمنٹیشن ٹینک کو کبھی کبھار دیکھ بھال کے لیے معطل کرنے کی ضرورت پڑتی ہے، ٹربائن سسٹم کا گلا ڈبل ​​ڈیک سیڈیمنٹیشن ٹینک کے چار سیٹوں کے دو شافٹ سے جڑا ہوا ہے۔ یہاں تک کہ اگر تلچھٹ کے ٹینکوں کے دو سیٹ کام کرنا بند کر دیتے ہیں، تب بھی تلچھٹ کے ٹینکوں کے باقی دو سیٹ صاف سیوریج فراہم کر سکتے ہیں، ٹربائن سسٹم کو چلا سکتے ہیں، اور بجلی پیدا کرنا جاری رکھ سکتے ہیں۔ مزید برآں، مستقبل میں دوسرے ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم کی تنصیب کے لیے 47/49 # سیڈیمنٹیشن ٹینک کے شافٹ کے قریب ایک جگہ مختص کی گئی ہے، تاکہ جب سیڈیمنٹیشن ٹینک کے چار سیٹ عام طور پر کام کریں، دو ٹربائن پاور جنریشن سسٹم ایک ہی وقت میں بجلی پیدا کر سکیں، زیادہ سے زیادہ بجلی کی گنجائش تک پہنچ سکیں۔

3.3 ہائیڈرولک ٹربائن اور جنریٹر کا انتخاب
ہائیڈرولک ٹربائن پورے پاور جنریشن سسٹم کا کلیدی سامان ہے۔ ٹربائنز کو عام طور پر آپریٹنگ اصول کے مطابق دو قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: نبض کی قسم اور رد عمل کی قسم۔ تسلسل کی قسم یہ ہے کہ سیال ایک سے زیادہ نوزلز کے ذریعے تیز رفتاری سے ٹربائن بلیڈ پر جاتا ہے، اور پھر جنریٹر کو توانائی پیدا کرنے کے لیے چلاتا ہے۔ رد عمل کی قسم سیال کے ذریعے ٹربائن بلیڈ سے گزرتی ہے، اور توانائی پیدا کرنے کے لیے جنریٹر کو چلانے کے لیے پانی کی سطح کے دباؤ کا استعمال کرتی ہے۔ اس ڈیزائن میں، اس حقیقت کی بنیاد پر کہ صاف شدہ سیوریج بہتے ہوئے پانی کا کم دباؤ فراہم کر سکتا ہے، کپلان ٹربائن، جو کہ زیادہ مناسب رد عمل کی اقسام میں سے ایک ہے، کا انتخاب کیا گیا ہے، کیونکہ یہ ٹربائن کم پانی کے دباؤ پر اعلی کارکردگی رکھتی ہے اور نسبتاً پتلی ہے، جو سائٹ پر محدود جگہ کے لیے زیادہ موزوں ہے۔
جنریٹر کے لحاظ سے، مستقل مقناطیسی ہم وقت ساز جنریٹر کا انتخاب کیا جاتا ہے جو مستقل رفتار ہائیڈرولک ٹربائن سے چلتا ہے۔ یہ جنریٹر غیر مطابقت پذیر جنریٹر کے مقابلے زیادہ مستحکم وولٹیج اور فریکوئنسی پیدا کر سکتا ہے، لہذا یہ بجلی کی فراہمی کے معیار کو بہتر بنا سکتا ہے، متوازی گرڈ کو آسان بنا سکتا ہے، اور کم دیکھ بھال کی ضرورت ہے۔

4 تعمیراتی اور آپریشن کی خصوصیات
4.1 گرڈ متوازی ترتیب
گرڈ کنکشن پاور کمپنی اور ہانگ کانگ اسپیشل ایڈمنسٹریٹو ریجن گورنمنٹ کے الیکٹریکل اینڈ مکینیکل سروسز ڈیپارٹمنٹ کی طرف سے جاری کردہ گرڈ کنکشن کے لیے تکنیکی رہنما خطوط کے مطابق کیا جائے گا۔ رہنما خطوط کے مطابق، قابل تجدید توانائی کے پاور جنریشن سسٹم کو اینٹی آئی لینڈنگ پروٹیکشن فنکشن سے لیس ہونا چاہیے، جو پاور گرڈ کسی بھی وجہ سے بجلی کی سپلائی بند کر دینے پر متعلقہ قابل تجدید توانائی کے پاور جنریشن سسٹم کو خود بخود تقسیم کے نظام سے الگ کر سکتا ہے، تاکہ قابل تجدید توانائی کا پاور جنریشن سسٹم ڈسٹری بیوشن سسٹم کو بجلی کی فراہمی جاری نہ رکھ سکے، تاکہ ڈیسٹری بیوشن سسٹم پر کام کرنے والے انجن یا برقی نظام کی حفاظت کو یقینی بنایا جا سکے۔
پاور سپلائی کے سنکرونس آپریشن کے لحاظ سے، قابل تجدید توانائی کے پاور جنریشن سسٹم اور ڈسٹری بیوشن سسٹم کو اسی وقت ہم آہنگ کیا جا سکتا ہے جب وولٹیج کی شدت، فیز اینگل یا فریکوئنسی فرق کو قابل قبول حدوں کے اندر کنٹرول کیا جائے۔

4.2 کنٹرول اور تحفظ
ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم کو خودکار یا دستی موڈ میں کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ خودکار موڈ میں، سیڈیمینٹیشن ٹینک 47/49# یا 51/53# کے شافٹ کو ہائیڈرولک انرجی کے منبع کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، اور کنٹرول سسٹم ڈیفالٹ ڈیٹا کے مطابق مختلف کنٹرول والوز شروع کرے گا تاکہ سب سے مناسب سیڈیمنٹیشن ٹینک کو منتخب کیا جا سکے، تاکہ ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن کو بہتر بنایا جا سکے۔ اس کے علاوہ، کنٹرول والو اپ اسٹریم سیوریج کی سطح کو خود بخود ایڈجسٹ کرے گا تاکہ سیڈیمنٹیشن ٹینک صاف شدہ سیوریج کو اوور فلو نہیں کرے گا، اس طرح بجلی کی پیداوار کو بلند ترین سطح تک بڑھا دے گا۔ ٹربائن جنریٹر سسٹم کو مین کنٹرول روم یا سائٹ پر ریگولیٹ کیا جا سکتا ہے۔

تحفظ اور کنٹرول کے لحاظ سے، اگر ٹربائن سسٹم کا پاور سپلائی باکس یا کنٹرول والو فیل ہو جاتا ہے یا پانی کی سطح زیادہ سے زیادہ قابل اجازت پانی کی سطح سے تجاوز کر جاتی ہے، تو ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم بھی خود بخود کام بند کر دے گا اور بائی پاس پائپ کے ذریعے پیوریفائیڈ سیوریج کو خارج کر دے گا، تاکہ اپ اسٹریم سیڈیمینٹیشن ٹینک کو اوور فلو ہونے سے روکا جا سکے۔

5 نظام کے آپریشن کی کارکردگی
اس ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم کو 2018 کے آخر میں کام میں لایا گیا تھا، جس کی اوسط ماہانہ پیداوار 10000 kW · h سے زیادہ تھی۔ پانی کا موثر دباؤ جو ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم کو چلا سکتا ہے، ہر روز سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹ کے ذریعے جمع کیے جانے والے اور ٹریٹ کیے جانے والے سیوریج کے زیادہ اور کم بہاؤ کی وجہ سے وقت کے ساتھ ساتھ تبدیل ہوتا رہتا ہے۔ ٹربائن سسٹم سے پیدا ہونے والی بجلی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے، ڈرینیج سروسز ڈیپارٹمنٹ نے ٹربائن آپریشن ٹارک کو روزانہ سیوریج کے بہاؤ کے مطابق خود بخود ایڈجسٹ کرنے کے لیے ایک کنٹرول سسٹم ڈیزائن کیا ہے، اس طرح بجلی کی پیداواری کارکردگی میں بہتری آئی ہے۔ تصویر 7 بجلی پیدا کرنے کے نظام اور پانی کے بہاؤ کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتی ہے۔ جب پانی کا بہاؤ مقررہ سطح سے بڑھ جاتا ہے، تو نظام خود بخود بجلی پیدا کرنے کے لیے کام کرے گا۔

6 چیلنجز اور حل
ڈرینج سروسز ڈیپارٹمنٹ کو متعلقہ منصوبوں کو انجام دینے میں بہت سے چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑا ہے، اور اس نے ان چیلنجوں کے جواب میں متعلقہ منصوبے بنائے ہیں،

7 نتیجہ
مختلف چیلنجوں کے باوجود، ہائیڈرولک ٹربائن پاور جنریشن سسٹم کے اس سیٹ کو 2018 کے آخر میں کامیابی کے ساتھ کام میں لایا گیا۔ نظام کی اوسط ماہانہ بجلی کی پیداوار 10000 کلو واٹ · h سے زیادہ ہے، جو ہانگ کانگ کے تقریباً 25 گھرانوں کی اوسط ماہانہ بجلی کی کھپت کے برابر ہے (ہر ایک گھر میں اوسطاً ماہانہ بجلی کی کھپت KW 1000 کلوواٹ 10000 کلو واٹ سے زیادہ ہے۔ 390kW · h)۔ ڈرینیج سروسز ڈیپارٹمنٹ ماحولیاتی تحفظ اور موسمیاتی تبدیلی کے منصوبوں کو فروغ دیتے ہوئے "ہانگ کانگ کی پائیدار ترقی کو فروغ دینے کے لیے عالمی معیار کے سیوریج اور بارش کے پانی کی صفائی اور نکاسی کی خدمات فراہم کرنے" کے لیے پرعزم ہے۔ قابل تجدید توانائی کے استعمال میں، نکاسی آب کی خدمات کا محکمہ قابل تجدید توانائی پیدا کرنے کے لیے بائیو گیس، شمسی توانائی اور پیوریفائیڈ سیوریج کے بہاؤ سے حاصل ہونے والی توانائی کا استعمال کرتا ہے۔ گزشتہ چند سالوں میں، ڈرینج سروسز ڈیپارٹمنٹ کی طرف سے پیدا ہونے والی اوسط سالانہ قابل تجدید توانائی تقریباً 27 ملین کلو واٹ · h ہے، جو کہ ڈرینیج سروسز ڈیپارٹمنٹ کی تقریباً 9% توانائی کی ضروریات کو پورا کر سکتی ہے۔ ڈرینج سروسز ڈیپارٹمنٹ قابل تجدید توانائی کے استعمال کو مضبوط اور فروغ دینے کے لیے اپنی کوششیں جاری رکھے گا۔