شبکه آب و فاضلاب - ﺁﺯﻣﺎﯾشگاه پژوهشی پایش و پیش بینی هیدرولوژیکی و هواشناسی
بازیابی انرژی مازاد در شبکههای آبرسانی
معرفی طرح
در شبکههای توزیع آب، کنترل فشار یکی از الزامات اصلی بهرهبرداری ایمن و پایدار است. فشار بیش از حد میتواند موجب افزایش نشت، شکست لولهها، خرابی تجهیزات و کاهش عمر مفید شبکه شود. در روشهای متداول، فشار مازاد عمدتاً بهوسیله شیرهای فشارشکن کاهش مییابد و انرژی هیدرولیکی موجود بدون استفاده مستهلک میشود.
در این طرح، سامانهای برای بازیابی انرژی هیدرولیکی مازاد و تبدیل آن به انرژی الکتریکی پیشنهاد شده است. این سامانه با استفاده از میکروتوربین، شفت و ژنراتور در مسیر جریان نصب میشود و ضمن کاهش فشار اضافی، امکان تولید انرژی تجدیدپذیر را فراهم میکند.
اهداف طرح
- بازیابی انرژی هیدرولیکی تلفشده در شبکههای توزیع آب؛
- کنترل فشار مازاد بدون اتلاف کامل انرژی؛
- تولید انرژی الکتریکی پاک در محل؛
- کاهش احتمال شکست تجهیزات و خطوط لوله ناشی از فشار اضافی؛
- کاهش وابستگی تجهیزات شبکه به انرژی خارجی؛
- ارائه راهکاری قابل توسعه برای مدیریت هوشمند فشار و انرژی؛
- بررسی امکان استفاده از سامانه در سایر خطوط انتقال سیال.
ساختار سامانه پیشنهادی
سامانه از دو مسیر اصلی تشکیل شده است:
مسیر استحصال انرژی
جریان آب از مجموعهای شامل توربین، شفت و ژنراتور عبور میکند. انرژی هیدرولیکی جریان ابتدا به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.
مسیر بایپس
یک مسیر موازی برای عبور جریان در شرایط تعمیر، خرابی یا توقف سامانه پیشبینی شده است. این مسیر مانع قطع جریان آب در زمان خارجبودن واحد بازیابی انرژی از مدار میشود.
اجزای اصلی
- ورودی و خروجی جریان؛
- مسیر استحصال انرژی؛
- میکروتوربین؛
- شفت انتقال نیرو؛
- ژنراتور؛
- شیرهای کنترلی؛
- مسیر بایپس؛
- سامانه پایش و مدیریت عملکرد.
نحوه عملکرد
آب دارای فشار مازاد وارد مسیر استحصال انرژی میشود. عبور جریان از توربین موجب چرخش آن و انتقال انرژی مکانیکی از طریق شفت به ژنراتور میشود. ژنراتور انرژی مکانیکی را به برق تبدیل میکند و جریان پس از کاهش کنترلشده فشار، دوباره وارد مسیر اصلی شبکه میشود.
در صورت بروز اختلال یا نیاز به تعمیر و نگهداری، شیرهای مسیر استحصال بسته و جریان از مسیر بایپس عبور داده میشود؛ در نتیجه، بهرهبرداری از خط اصلی آبرسانی متوقف نخواهد شد.
مدلسازی و امکانسنجی
برای بررسی عملکرد سامانه، مدلهای هیدرولیکی و عددی توسعه یافتهاند. نتایج مدلسازی امکان تحلیل موارد زیر را فراهم کرده است:
- تغییرات فشار در طول سامانه؛
- مسیر و الگوی حرکت جریان؛
- افت فشار ایجادشده در واحد بازیابی؛
- توان هیدرولیکی قابل استحصال؛
- اثر قطر لوله و هد فشار بر میزان تولید انرژی؛
- عملکرد سامانه در محدودههای مختلف جریان.
مطالعات امکانسنجی نشان دادهاند که با نصب این سامانه در مسیر خطوط موجود شبکه آبرسانی تهران، امکان بازیابی توان در محدودههای مختلف جریان وجود دارد. همچنین، امکان بازیابی انرژی از شیرهای فشارشکن موجود در شبکه آب و فاضلاب منطقه ۶ تهران بررسی شده است.
نتایج میزان توان هیدرولیکی قابل استحصال از طرح پیشنهادی:
دامنه کاربرد
کاربرد سامانه به شبکههای آبرسانی محدود نیست. با اعمال تغییرات متناسب در طراحی، امکان بررسی استفاده از آن در سامانههای انتقال سیال دیگر نیز وجود دارد؛ از جمله:
- خطوط انتقال آب؛
- شبکههای آبیاری؛
- خطوط انتقال فاضلاب تحت فشار؛
- برخی خطوط انتقال نفت و گاز؛
- سامانههای صنعتی دارای فشار مازاد.
مزایای طرح
- استفاده از انرژی موجود در شبکه بدون مصرف سوخت؛
- تولید انرژی تجدیدپذیر و کاهش اتلاف انرژی؛
- امکان نصب در مسیر خطوط موجود؛
- تداوم انتقال آب با استفاده از مسیر بایپس؛
- کاهش فشار مازاد و حفاظت از تجهیزات شبکه؛
- استفاده از تجهیزات نسبتاً ساده و قابل نگهداری؛
- قابلیت توسعه سامانه مدیریت و پایش برخط؛
- امکان استفاده در نقاط متعدد شبکه.
دستاورد طرح
طرح پیشنهادی شامل طراحی سامانه و جداول محاسباتی، موفق به کسب رتبه اول ملی در جشنواره ملی انرژیهای تجدیدپذیر شده است.