Οι Απώλειες Χωρίς Φορτίο του Μετασχηματιστή στα Αυτόνομα Συστήματα Ηλιακής Ενέργειας: Γιατί Έχουν Σημασία

Σε αυτόνομα φωτοβολταϊκά και αποθηκευτικά έργα, πολλοί επικεντρώνονται στην επιλογή φωτοβολταϊκών μονάδων και μπαταριών αποθήκευσης ενέργειας, αλλά παραβλέπουν ένα “κρυφό μαύρο οπτικό ”που καταναλώνει ενέργεια 24 ώρες το 24ωρο —μετατροπέα ’είναι η απώλεια ενέργειας σε κατάσταση ανενεργοποίησης. Σε συνδεδεμένα με το δίκτυο έργα, οι μετασχηματιστές λειτουργούν συνήθως μόνο κατά τη διάρκεια της ημέρας, οπότε η απώλεια ενέργειας σε κατάσταση ανενεργοποίησης έχει περιορισμένη επίδραση. Ωστόσο, σε αυτόνομα έργα, ο μετασχηματιστής πρέπει να παραμένει συνδεδεμένος στον πίνακα διανομής 24/7, και η “συνεχής σωρευτική επίδραση ”της απώλειας ενέργειας σε κατάσταση ανενεργοποίησης εντείνεται δραματικά. Αυτό είναι ένα κόστος που κάθε αναπτύσσων αυτόνομο έργο πρέπει να υπολογίζει προσεκτικά.

1. Γιατί είναι η απώλεια ενέργειας σε κατάσταση ανενεργοποίησης πιο “Καταστροφική ”στα αυτόνομα συστήματα από ό,τι στα συνδεδεμένα με το δίκτυο;

1.1 Η θεμελιώδης διαφορά στις συνθήκες λειτουργίας

Φωτοβολταϊκά συνδεδεμένα στο δίκτυο: Ο μετασχηματιστής ξεκινά και σταματά με το φως του ήλιου, λειτουργώντας περίπου 10 –12 ώρες την ημέρα. Μπορεί να αποσυνδεθεί από την λεωφόρεο τη νύχτα.

Αυτόνομα φωτοβολταϊκά/αποθήκευση: Ο μετασχηματιστής παραμένει συνδεδεμένος στο σύστημα 24 ώρες την ημέρα, αναλαμβάνοντας τη μετατροπή τάσης και την απομόνωση. Δεν μπορεί να απενεργοποιηθεί. Οι υπερβολικές απώλειες σε κατάσταση ελαφριάς φόρτισης και χωρίς φόρτιση σε αυτόνομα συστήματα έχουν καταστεί ένα βασικό «στενό σημείο» που περιορίζει την οικονομική απόδοση του συστήματος.

1.2 Το “Χρονικό Ενισχυτή ”Επίδραση των απωλειών χωρίς φόρτιση

Ο τύπος για τις απώλειες χωρίς φόρτιση είναι πολύ απλός: Ετήσια ηλεκτρική ενέργεια απωλειών χωρίς φόρτιση = P ₀ (απώλειες χωρίς φορτίο σε kW) ×8.760 ώρες .

Σε συνδεδεμένα στο δίκτυο σενάρια, οι απώλειες χωρίς φορτίο αποτελούν μόνο μικρό μέρος των συνολικών απωλειών. Ωστόσο, σε αυτόνομα σενάρια, οι ρυθμοί φόρτισης διακυμαίνονται ευρύτερα και οι χρόνοι χωρίς φορτίο είναι μακρύτεροι, γεγονός που καθιστά τις απώλειες χωρίς φορτίο σημαντικά μεγαλύτερο μέρος των συνολικών απωλειών. Δεδομένα της βιομηχανίας δείχνουν ότι οι απώλειες χωρίς φορτίο των μετασχηματιστών αντιστοιχούν σε περίπου 20% –30% των συνολικών ονομαστικών απωλειών. Όταν η ισχύς του μετασχηματιστή είναι υπερβολικά μεγάλη και λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα με χαμηλό φορτίο, οι απώλειες χωρίς φορτίο μπορούν να υπερβούν το 60% των συνολικών απωλειών.

1.3 Οι “Ελλείψεις Πηγών Ενέργειας ”σε Αυτόνομα Σενάρια

Σε αυτόνομα έργα, κάθε κιλοβατώρα προέρχεται από φωτοβολταϊκά πάνελ ή πετρελαιοκινητήρες. Το κόστος ανά kWh από πετρελαιοκινητήρες σε απομακρυσμένες περιοχές μπορεί εύκολα να υπερβεί τα 3 RMB, ενώ το συνολικό κόστος ανά kWh μπορεί να φτάσει τα 4,1 RMB. Σε απομακρυσμένα ορυχεία στο εξωτερικό, το κόστος πετρελαιοκινητήρων μπορεί να φτάσει 0,4 –1,0 USD/kWh, δηλαδή 4 –5 φορές το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο. Οι απώλειες χωρίς φορτίο καταναλώνουν “πολύτιμη ενέργεια, ”όχι “φθηνή ενέργεια, ”οικονομικό κόστος του ενισχύεται περαιτέρω.

2. Τι αποτελεί τις απώλειες χωρίς φορτίο —Πώς λειτουργεί “Φάε ”Η ηλεκτρική ενέργεια;

2.1 Η φύση των απωλειών χωρίς φορτίο

Οι απώλειες χωρίς φορτίο (απώλειες σιδήρου) καθορίζονται κυρίως από το υλικό της καρδιάς του μετασχηματιστή. Δεν σχετίζονται με το φορτίο λειτουργίας και εμφανίζονται μόλις ο μετασχηματιστής τεθεί υπό τάση. Περιλαμβάνουν τις απώλειες υστέρησης και τις απώλειες επαγώμενων ρευμάτων. Μπορείτε να τις φανταστείτε ως τον μετασχηματιστή ’s“βασικός μεταβολισμός »όπως ένα τηλέφωνο καταναλώνει ενέργεια ακόμη και όταν δεν πραγματοποιείτε κλήση, έτσι και ο μετασχηματιστής παράγει απώλειες χωρίς φορτίο μόλις είναι ενεργοποιημένος.

2.2 Το υλικό της καρδιάς του σιδήρου είναι ο καθοριστικός παράγοντας

Οι παραδοσιακοί μετασχηματιστές χρησιμοποιούν συνηθισμένα φύλλα χάλυβα πυριτίου, οπότε οι απώλειες εν κενώ παραμένουν υψηλές. Οι σιδηροαπώλειες των μετασχηματιστών με αμορφικό κράμα είναι 70% –80% χαμηλότερες από αυτές των παραδοσιακών μετασχηματιστών με πυρήνες χάλυβα πυριτίου. Σε σύγκριση με την τελευταία γενιά ξηρών μετασχηματιστών χάλυβα πυριτίου βαθμού 1, οι καινοτόμοι υπερ-υψηλής απόδοσης μετασχηματιστές με αμορφικό κράμα μειώνουν τις απώλειες εν κενώ κατά 65,2%.

2.3 Ειδικές προκλήσεις σε αυτόνομα συστήματα

Τα αυτόνομα συστήματα συχνά αντιμετωπίζουν επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης υψηλής-χαμηλής, γεγονός που επιβάλλει αυστηρότερες απαιτήσεις στη σταθερότητα του μαγνητικού κυκλώματος του μετασχηματιστή. Οι απώλειες εν κενώ συνεχίζουν να καταναλώνουν ενέργεια κατά τις περιόδους ελαφριάς φόρτισης και εν κενώ, οι οποίες είναι ακριβώς οι στιγμές κατά τις οποίες η αποθήκευση ενέργειας σε αυτόνομα συστήματα είναι περισσότερο “εντασιμένη. ”Σε ακραία σενάρια, οι απώλειες εν κενώ σε αυτόνομα συστήματα μπορεί να εξαναγκάσουν την αύξηση της ισχύος των φωτοβολταϊκών και της χωρητικότητας αποθήκευσης για να αντισταθμιστεί η χαμένη ικανότητα παροχής. “καταναλωμένη ”από τις απώλειες.

3. Ένα οικονομικό υπολογισμό που δεν μπορείτε να αγνοήσετε

3.1 Μοντέλο υπολογισμού ετήσιας κατανάλωσης ενέργειας

Πάρτε ως παράδειγμα ένα μετασχηματιστή 1.000 kVA. Οι απώλειες χωρίς φορτίο διαφέρουν σημαντικά ανά βαθμίδα ενεργειακής απόδοσης:

Σημείωση: Ετήσια κατανάλωση χωρίς φορτίο = απώλειες χωρίς φορτίο ×8.760 ώρες. Τα πραγματικά δεδομένα διαφέρουν ανάλογα με το μοντέλο προϊόντος και το ποσοστό φόρτισης.

Η αναβάθμιση από βαθμίδα 3 σε βαθμίδα 1 μπορεί να εξοικονομήσει περίπου 15.000 RMB ετησίως στο κόστος υποστήριξης με πετρέλαιο, από τις απώλειες ενεργειακής κατανάλωσης σε κατάσταση αδράνειας μόνο.

3.2 Προοπτική Κόστους Κύκλου Ζωής (LCOE)

Παρόλο που οι μετασχηματιστές Βαθμίδας 1 έχουν υψηλότερο αρχικό κόστος, οι απώλειές τους σε κατάσταση αδράνειας είναι 30% –50% χαμηλότερες, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια λειτουργίας 25 ετών. Για παράδειγμα, συγκρίνοντας τον SCB14 (Βαθμίδα 1) με τον SCB11 (Βαθμίδα 2), η ετήσια εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να φτάσει τα 20.000 kWh. Το αρχικό κόστος επένδυσης για μια βαθμίδας 1 κουτιού υποσταθμό είναι υψηλότερο, αλλά σε ανεξάρτητα από το δίκτυο σενάρια, η εξοικονόμηση κόστους ηλεκτρικής ενέργειας υπερβαίνει κατά πολύ τη διαφορά τιμής αγοράς.

3.3 Ο “Συντελεστής Ενίσχυσης ”σε Αυτόνομα Σενάρια

Οι τιμές ηλεκτρικής ενέργειας (ή το κόστος υποστήριξης με πετρέλαιο) σε ανεξάρτητα από το δίκτυο έργα είναι πολύ υψηλότερες από τις τιμές ηλεκτρικής ενέργειας σε συνδεδεμένα με το δίκτυο συστήματα. Σε κόστος υποστήριξης με πετρέλαιο 3 RMB/kWh, ένας μετασχηματιστής 1.000 kVA Βαθμίδας 1 μπορεί να εξοικονομήσει περίπου 75.000 RMB στο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας λόγω απωλειών σε κατάσταση αδράνειας εντός πενταετίας σε σύγκριση με έναν μετασχηματιστή Βαθμίδας 3. Αφού ληφθούν υπόψη οι απώλειες του μετασχηματιστή και των καλωδίων, η ενεργειακή παραγωγή ενός ανεξάρτητου από το δίκτυο συστήματος μπορεί να μειωθεί κατά 2,3%. –4,6%. Αυτές οι απώλειες απαιτούν τελικά επιπλέον ισχύ φωτοβολταϊκών ή πετρελαίου για να αντισταθμιστούν.

4. Jiangsu Unita ’λύσεις Βελτιστοποίησης Απωλειών Χωρίς Φορτίο για Αυτόνομα Δίκτυα

4.1 Βελτίωση Υλικού Πυρήνα Σιδήρου

Jiangsu Unita Electric ’οι ειδικές για φωτοβολταϊκά πυκνωτικές υποσταθμοί της Jiangsu Unita Electric ακολουθούν πλήρη αναλογία χάλκινων τυλιγμάτων και πρότυπα ενεργειακής απόδοσης βαθμίδας 1. Η σειρά SCB13/S20 μειώνει τις απώλειες χωρίς φορτίο κατά περισσότερο από 25% σε σύγκριση με το εθνικό πρότυπο, ενώ ένα μοντέλο 2.500 kVA εξοικονομεί περισσότερο από 30.000 kWh ετησίως. Για πυκνωτικούς υποσταθμούς μεγάλης ισχύος, η χρήση πυρήνα αμορφούς κράματος είναι προαιρετική, μειώνοντας επιπλέον τις απώλειες χωρίς φορτίο κατά 50%. Η σειρά S20 χρησιμοποιεί πυρήνες από κρύο κυλινδρωμένο πυριτιούχο χάλυβα υψηλής διαπερατότητας και τυλίγματα από οξυγόνου-ελεύθερο χαλκό υψηλής καθαρότητας, μειώνοντας τις απώλειες χωρίς φορτίο κατά 15% –20% σε σύγκριση με τη σειρά S13, με απόδοση που υπερβαίνει το 99% στις συνηθισμένες περιοχές φόρτισης.

4.2 Βελτιστοποίηση Διαδικασίας Τύλιγματος

Η Jiangsu Unita Electric επιμένει στο σχεδιασμό με πλήρη αναλογία χάλκινων τυλιγμάτων. Οι απώλειες φόρτισης είναι 25% –30% χαμηλότερο από τις αλουμινένιες περιελίξεις, καλύτερη απόδοση θερμότητας και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Η σειρά SCB13 χρησιμοποιεί περιελίξεις από οξυγόνου-ελεύθερο χαλκό + πολυϊμιδικό φιλμ, με αντοχή στη θερμοκρασία 220 °°C, αντέχοντας 10 επιπλέον χρόνια θερμικών κραδασμών υψηλής θερμοκρασίας σε σύγκριση με συνηθισμένους αγωγούς. Κατά την παραγωγή, “χρησιμοποιείται η μονοκόμματη 5-ή 7-βηματική μέθοδος επικάλυψης ”για βελτίωση της δομής των κόκκων, με αποτελεσματική μείωση των απωλειών υστέρησης. Οι απώλειες χωρίς φορτίο μειώνονται κατά 30%, ενώ οι απώλειες με φορτίο μειώνονται κατά περισσότερο από 10%.

4.3 Προσαρμοστικότητα βασισμένη σε σενάρια και προσαρμογή σε ακραία περιβάλλοντα

Τα εκτός δικτύου έργα εγκαθίστανται συχνά σε απομακρυσμένες περιοχές με ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες. Η Zhongmeng Electric προσφέρει προσαρμοσμένες λύσεις προστασίας IP54/IP65 και προστασίας από διάβρωση C5-M για περίπλοκες συνθήκες όπως ορεινές περιοχές, αλατούχος αέρας στις ακτές και αμμόβροχες ερημικές καταιγίδες, διασφαλίζοντας σταθερή λειτουργία από -40 °°C έως +55 °Γ. Για σενάρια υψηλού υψομέτρου, η Zhongmeng προσαρμόζει ενισχυμένη μόνωση + διπλό στρώμα αντισυμπυκνωτικής δομής + έξυπνο σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας. Ένα φωτοβολταϊκό έργο 200 MW υψηλού υψομέτρου στο Qinghai, σε υψόμετρο πάνω από 3.800 μέτρα, δεν έχει καταγράψει καμία βλάβη εξοπλισμού κατά τα δύο χρόνια λειτουργίας του.

4.4 Δεδομένα επαληθευμένα στο πεδίο

Ένας μετασχηματιστής τύπου κουτιού Jiangsu Unita, που τέθηκε σε λειτουργία το 2013 σε σταθμό παραγωγής ενέργειας στη Βορειοδυτική Κίνα, παρουσιάζει σταθερές απώλειες πυρήνα σιδήρου στο 95 % της αρχικής τους τιμής, ενώ άλλες μάρκες στον ίδιο χώρο έχουν αντικαταστήσει τους πυρήνες σιδήρου δύο φορές. Σε ένα σταθμό παραγωγής ενέργειας στο υψίπεδο του Θιβέτ, σε υψόμετρο 4.500 μέτρων, ο εξοπλισμός Jiangsu Unita λειτουργεί επί 8 χρόνια χωρίς καμία βλάβη, ενώ ένας γειτονικός σταθμός ’της μάρκας s αντικατέστησε το κουτί του τρεις φορές λόγω ραγισμάτων από χαμηλές θερμοκρασίες. Αυτές οι περιπτώσεις επιβεβαιώνουν τη μακροχρόνια αξιοπιστία του εξοπλισμού Zhongmeng σε ακραία περιβάλλοντα. ’s μακροχρόνια αξιοπιστία σε ακραία περιβάλλοντα.

5. Βασικά σημεία για την επιλογή μετασχηματιστή ανύψωσης τάσης για αυτόνομα φωτοβολταϊκά συστήματα

5.1 Προτεραιότητα στην κατηγορία ενεργειακής απόδοσης

Προτιμήστε προϊόντα με ενεργειακή απόδοση Βαθμίδας 1 ή Βαθμίδας 2 που συμμορφώνονται με το GB 20052-2024. Η απώλεια χωρίς φορτίο μπορεί να μειωθεί κατά 30% –50%. Επαληθεύστε με και τις δύο “ετικέτες ενεργειακής απόδοσης + μετρηθέντα δεδομένα ”για να αποφύγει “ψεύτικη υψηλή απόδοση ”προϊόντα με ψεύτικες βαθμολογίες.

5.2 Ταίριασμα Ισχύος —Αποφύγετε “Ένας Μεγάλος Ίππος που Τραβάει ένα Μικρό Καρότσι ”

Η υπερβολική ισχύς οδηγεί σε μακροχρόνια λειτουργία με χαμηλό φορτίο, με αποτέλεσμα την αιφνίδια αύξηση του ποσοστού απωλειών χωρίς φορτίο. Η υποδιαστασιολόγηση της ισχύος οδηγεί σε υπερφόρτωση κατά την αιχμή του φορτίου και το κόστος επισκευής βλαβών είναι 3–5 φορές την αρχική εξοικονόμηση εξοπλισμού . Η βιομηχανική τυποποιημένη πρακτική είναι να διαμορφώνεται η ισχύς του κουτιού υποσταθμού σε 1.1–1,3 φορές η εγκατεστημένη ισχύς φωτοβολταϊκών . Αυτό διατηρεί χώρο για την εξασθένιση των μονάδων, αποφεύγοντας τα αιχμηρά αυξήματα στις απώλειες χωρίς φορτίο που προκαλούνται από ελαφριά φορτία. Για παράδειγμα, ένα φωτοβολταϊκό έργο 10 MW μπορεί να χρησιμοποιήσει 11 –13 MVA ισχύ μετασχηματιστικού σταθμού τύπου κουτιού.

5.3 Δέντρο Αποφάσεων για την Επιλογή Υλικού Πυρήνα Σιδήρου

5.4 Συστάσεις επιλογής βάσει σεναρίου

Απομακρυσμένοι σταθμοί επικοινωνίας: Επικεντρωθείτε στις απώλειες χωρίς φορτίο και στο βαθμό προστασίας. Οι αυτόνομοι σταθμοί εν γένει αντιμετωπίζουν υψηλό κόστος ηλεκτρικής ενέργειας, και η βελτιστοποίηση των απωλειών χωρίς φορτίο επηρεάζει άμεσα την οικονομική απόδοση της λειτουργίας.

Αυτόνομα μικροδίκτυα: Πρέπει να υποστηρίζουν διαμορφωτική μετατροπή και διεπαφές αποθήκευσης. Συνιστάται να συμπεριληφθούν οι απώλειες χωρίς φορτίο του μετασχηματιστή στον υπολογισμό της χωρητικότητας αποθήκευσης κατά το στάδιο σχεδιασμού του συστήματος, προκειμένου να αποφευχθεί η ανεπάρκεια χωρητικότητας αποθήκευσης λόγω απωλειών.

Υψηλό υψόμετρο/ακραίο κλίμα: Επικεντρωθείτε στην προσαρμοστικότητα στη θερμοκρασία και στο βαθμό προστασίας από διάβρωση. Τα μηχανήματα Zhongmeng λειτουργούν σταθερά από -40 °°C έως +55 °°C, με προαιρετικούς βαθμούς προστασίας IP54/IP65.

Συμπέρασμα

Σε αυτόνομα συστήματα, οι απώλειες ενεργειακής κατανάλωσης του μετασχηματιστή υπό κατάσταση αδρανείας δεν είναι “μικρή αλλαγή »είναι μια σταθερή δαπάνη που λειτουργεί 24 ώρες το 24ωρο. Για παράδειγμα, ένας μετασχηματιστής 1.000 kVA σε αυτόνομο σύστημα με κόστος diesel υποστήριξης 3 RMB/kWh: ένας μετασχηματιστής Κλάσης 1, σε σύγκριση με έναν μετασχηματιστή Κλάσης 3, μπορεί να εξοικονομήσει περισσότερο από 75.000 RMB μόνο στις απώλειες ενεργειακής κατανάλωσης υπό κατάσταση αδρανείας εντός 5 ετών —αρκετό για να καλύψει τη διαφορά τιμής αγοράς του προϊόντος Κλάσης 1 και ακόμη και περισσότερο.

Οι αναπτυξιακοί φορείς αυτόνομων έργων θα πρέπει να συμπεριλάβουν τις απώλειες ενεργειακής κατανάλωσης υπό κατάσταση αδρανείας στην αξιολόγηση του κύκλου ζωής κατά το στάδιο επιλογής, αντί να εξετάζουν μόνο την τιμή αγοράς. Για αυτόνομα έργα που βρίσκονται ήδη σε λειτουργία, αξίζει επίσης να αξιολογηθεί η οικονομική βιωσιμότητα αντικατάστασης του μετασχηματιστή —ειδικά σε σενάρια με υψηλό κόστος diesel υποστήριξης, όπου η περίοδος απόσβεσης της αντικατάστασης με μετασχηματιστές χαμηλών απωλειών μπορεί να είναι συντομότερη από ό,τι αναμενόταν.