Ауқымсыз күн энергиясы жүйелеріндегі трансформатордың жүктемесіз қуатының шығыны: Неге бұл маңызды

Off-grid PV және сақтау жобаларында көптеген адамдар PV модульдері мен энергия сақтау аккумуляторларын таңдауға назар аударады, бірақ “жасырын қара құдыққа ”тәулік бойы 24 сағат қуатты тұтыратын —трансформатор ’жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын. Торға қосылған жобаларда трансформаторлар әдетте тек күндіз ғана жұмыс істейді, сондықтан жүктемесіз жұмыс істегендегі шығынның әсері шектеулі. Ал off-grid жобаларда трансформатор тәулік бойы 24/7 шинаға қосылып тұруы керек, сондықтан жүктемесіз жұмыс істегендегі шығынның “тәулік бойы жинақталу әсері ”анық күшейеді. Бұл — әрбір off-grid жоба әзірлеушісінің мұқият есептеуі керек шығын.

1. Неге жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын торға қосылған жүйелерге қарағанда off-grid жүйелерде “Өлімге әкелетін ”болып табылады?

1.1 Жұмыс істеу шарттарындағы негізгі айырмашылық

Торапқа қосылған ФЭЖ: Трансформатор күн сәулесімен бірге іске қосылады және тоқтатылады, тәулігіне шамамен 10 –12 сағат жұмыс істейді. Түнде оны шинадан ажыратуға болады.

Тораптан бөлек орналасқан ФЭЖ/аккумуляторлық жүйе: Трансформатор жүйеге тәулігіне 24 сағат бойы қосылып тұрады, кернеуді түрлендіру мен изоляциялауды орындайды. Оны өшіруге болмайды. Тораптан бөлек орналасқан жүйелерде жоғары жүктеме кезіндегі және жүктемесіз кезіндегі шығындардың артуы жүйенің экономикалық тиімділігін шектейтін негізгі тосқауылға айналды.

1.2 “Уақыт күшейткіші ”Жүктемесіз жұмыс істеу кезіндегі шығынның әсері

Жүктемесіз жұмыс істеу кезіндегі шығын формуласы өте қарапайым: Жылдық жүктемесіз жұмыс істеу кезіндегі шығын электр энергиясы = P ₀ (жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалту, кВт) ×8 760 сағат .

Желіге қосылған жағдайларда жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалту жалпы жоғалтулардың тек аз ғана бөлігін құрайды. Ал желіден тыс жағдайларда жүктеме деңгейлері кеңірек тербеледі және жүктемесіз жұмыс істеу уақыты ұзағырақ болады, сондықтан жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалту жалпы жоғалтулардың әлдеқайда үлкен бөлігін құрайды. Сала деректері бойынша трансформатордың жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалтуы жалпы номиналды жоғалтулардың шамамен 20% құрайды. –30%-ын құрайды. Трансформатордың қуаты артық өлшемделген және ол ұзақ уақыт бойы төмен жүктемеде жұмыс істеген кезде жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалту жалпы жоғалтулардың 60%-ынан асып кетуі мүмкін.

1.3 “Электр энергиясы көздерінің ”желіден тыс жағдайларда

Желіден тыс жобаларда әрбір киловатт-сағат күнделікті электр энергиясын күн энергиясынан (PV) панельдері немесе дизельді генераторлардан алынады. Алыстағы аймақтарда дизельді генерацияның әрбір кВт·сағатына кететін шығын оңай 3 RMB-дан асады, ал жалпы шығын әрбір кВт·сағатына 4,1 RMB-ға дейін көтерілуі мүмкін. Шетелдегі алыстағы кен орындарында дизельді генерация шығыны 0,4–1,0 USD/кВт·сағатқа жетеді, бұл желілік электр энергиясының құнынан 4–5 есе артық. –1.0 USD/кВт·сағат, 4 –5 есе желілік электр энергиясының құнынан артық. Жүктемесіз жұмыс істегендегі жоғалту “бағалы қуат, ”емес “арзан қуат, ”сондықтан оның экономикалық құны одан әрі артады.

2. Жүктемесіз жоғалту құрамы —Оның қалай жұмыс істейтіні “Тағам ”Электр қуаты?

2.1 Жүктемесіз жоғалтудың табиғаты

Жүктемесіз жоғалту (темір жоғалтуы) негізінен темір өзекшеге байланысты. Ол жұмыс істейтін жүктемеге тәуелді емес және трансформатор қосылған кезде-ақ пайда болады. Оған гистерезис жоғалтуы мен айналмалы ток жоғалтуы кіреді. Сіз оны трансформатор ретінде қарауыңызға болады ’с “негізгі метаболизм —бұл — сіз қоңырау шалмайтыңызда да телефон қуатын тұтынатындай, трансформатор қосылған кезде жүктемесіз жоғалту береді.

2.2 Temir öрнегі материалы – шешуші фактор

Дәстүрлі трансформаторлар қалыпты кремний болатынан жасалған пластиналарды қолданады, сондықтан ток жоқ кезде болатын жоғалтулар жоғары деңгейде қалады. Аморфты қорытпалы трансформаторлардың темір жоғалтулары дәстүрлі кремний болатынан жасалған трансформаторларға қарағанда 70% –80% төмен. Ең соңғы буынның 1-дәрежелі кремний болатын құрғақ типті трансформаторлармен салыстырғанда ең жаңа өте жоғары тиімділікті аморфты қорытпалы трансформаторлар ток жоқ кездегі жоғалтуларды 65,2%-ға азайтады.

2.3 Ашық желілерде пайда болатын арнайы қиындықтар

Ашық желілер жиі қуаттың жоғары-төмен циклдарына ұшырайды, бұл трансформатордың магниттік тізбегінің тұрақтылығына жоғары талап қояды. Ток жоқ кезде болатын жоғалтулар төмен жүктеме мен ток жоқ кезде де қуатты тұтынуды жалғастырады, ал осы уақытта ашық желілердегі энергия сақтау жүйесі ең көп “тән кернеу астында болады. ”Шекті жағдайларда ашық желілердегі ток жоқ кездегі жоғалтулар PV және сақтау қуатын көтеруге мәжбүр етіп, жеткізу қабілетін жоғалтуларға қарсы теңестіруге әкелуі мүмкін. “жеп ”қалдырылады.

3. Сіз елемеуіңіз керек экономикалық есептеу

3.1 Жылдық қуат тұтынуын есептеу моделі

1 000 кВА трансформатор мысалы ретінде алынған. Жоғары энергия тиімділігі дәрежесі бойынша жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын әртүрлі болады:

Ескерту: Жылдық жүктемесіз жұмыс = жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын ×8 760 сағат. Нақты деректер өнімнің моделі мен жүктеме деңгейіне байланысты өзгереді.

3-ші дәрежеден 1-ші дәрежеге көшу тек жүктемесіз жоғалтулардан ғана болатын дизельді резервтік шығындарды жылына шамамен 15 000 юань ұтымдылатады.

3.2 Жалпы өмірлік шығын (LCOE) тұрғысынан

1-ші дәрежелі трансформаторлардың бастапқы құны жоғары болса да, олардың жүктемесіз жоғалтулары 30% –50% төмен, сондықтан 25 жылдық жұмыс істеу мерзімінде электр энергиясының құнын үлкен мөлшерде үнемдеуге болады. Мысалы, SCB14 (1-ші дәреже) трансформаторын SCB11 (2-ші дәреже) трансформаторымен салыстырғанда, жылдық электр энергиясын үнемдеу көлемі 20 000 кВт·сағ-қа жетеді. 1-ші дәрежелі қораптық трансформаторлық подстанцияның бастапқы инвестициясы жоғары болса да, желіден тыс жағдайларда электр энергиясының құнын үнемдеу сатып алу бағасының айырмашылығынан едәуір асады.

3.3 “Көбейту коэффициенті ”желіден тыс жағдайларда

Желіден тыс жобалардағы электр энергиясының бағалары (немесе дизельді резервтік шығындар) желіге қосылған электр энергиясының бағаларына қарағанда едәуір жоғары. Дизельді резервтік шығын 3 юань/кВт·сағ болғанда, 1000 кВА 1-ші дәрежелі трансформатор шамамен 75 000 юань трансформатордың 3-ші дәрежелі тобымен салыстырғанда жүктемесіз жұмыс кезіндегі электр энергиясының шығыны 5 жыл ішінде азаяды. Трансформатор мен кабельдегі шығындарды ескере отырып, автономды жүйенің энергия шығысы 2,3% азаяды –4,6%. Бұл шығындар нәтижесінде қосымша ФЭЖ немесе дизельдік қуатты компенсациялау қажет болады.

4. Цзянсу Юнита ’цзянсу Юнита автономды жүйелер үшін жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығындарды оптимизациялау шешімдері

4.1 Темір өзек материалдарын жаңарту

Цзянсу Юнита Электрик ’цзянсу Юнита компаниясының ФЭЖ-ге арналған қорап тәрізді трансформаторлары толық мыс орамдарын және 1-ші дәрежелі энергиялық тиімділік стандарттарын сақтайды. SCB13/S20 сериясы ұлттық стандартпен салыстырғанда жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығынды 25%-дан астам азайтады, ал 2500 кВА модельі жылына 30 000 кВт·сағ-тан астам электр энергиясын үнемдейді. Үлкен қуатты қорап тәрізді трансформаторлар үшін аморфты қорытпалы темір өзектері опциялық түрде ұсынылады, бұл жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығынды тағы да 50% азайтады. S20 сериясы жоғары өтімділікті суытылған темір-кремний болатын өзектер мен жоғары тазалықтағы оттегісіз мыс орамдарын қолданады, сондықтан жүктемесіз жұмыс кезіндегі шығын 15% азаяды –s13 сериясымен салыстырғанда 20% аз, ал жиі кездесетін жүктеу ауқымында ПӘК 99%-дан асады.

4.2 Орам процесін оптималдау

Цзянсу Юнита Электрик толық мыс орамды дизайнды ұстанады. Жүктеме шығыны 25% –алюминий орамдарға қарағанда 30% төмен, жылу шашу жақсырақ, қызмет көрсету мерзімі ұзағырақ. SCB13 сериясы оттегісіз мыс + полимидтік пленка орамдарын қолданады, температураға төзімділігі 220 °°C, бұл әдеттегі өткізгіштерге қарағанда жоғары температурадағы соққыға 10 жыл ұзағырақ төзеді. Өндірісте “бір бөлшек 5 немесе 7 қадамды қабаттасу ”әдісі қолданылады, бұл дән құрылымын жақсартып, гистерезис шығынын тиімді түрде азайтады. Тербеліссіз жұмыс кезіндегі шығын 30%-ға, ал жүктеме шығыны 10%-дан астам азаяды.

4.3 Сценарийге негізделген тапсырыс бойынша жасау және экстремалды ортаға бейімделу

Ағынсыз желілік жобалар жиі қиын экологиялық жағдайлары бар алыстағы аймақтарға орналастырылады. Чжунмэн Электрик таулар, теңіз жағалауындағы тұзды шашыранды және шөл құмды дауылдар сияқты күрделі жағдайлар үшін IP54/IP65 қорғаныс пен C5-M коррозияға төзімділік шешімдерін тапсырыс бойынша жасайды, бұл -40 °C-ден +55-ке дейін °C. Жоғары таулы аймақтар үшін Чжунменг күшейтілген изоляцияны, екі қабатты конденсацияға қарсы құрылымды және ақылды температура реттеу жүйесін қолданады. Цинхайда 3800 метрден жоғары биіктікте орналасқан 200 МВт-тық жоғары таулы ФЭЖ жобасы екі жыл бойы жабдықтардың зақымдануысыз жұмыс істеп келеді.

4.4 Сарапталған деректер

Солтүстік-батыс Қытайдың электр станциясында 2013 жылы іске қосылған Цзянсу Юнита қорап тәрізді трансформатордың темір өзегінің шығыны бастапқы мәнінің 95%-ында тұрақты қалыпта, ал осы жердегі басқа брендтердің темір өзектері екі рет ауыстырылды. Тибетте 4500 метр биіктіктегі плато электр станциясында Цзянсу Юнита жабдықтары сегіз жыл бойы зақымданусыз жұмыс істеп келеді, ал көршілес станцияда ’брендінің қорап тәрізді денесі төмен температурада трещиналар пайда болғандықтан үш рет ауыстырылды. Бұл жағдайлар Чжунменг жабдықтарының экстремалды орталардағы ұзақ мерзімді сенімділігін растайды. ’экстремалды орталардағы ұзақ мерзімді сенімділігін растайды.

5. Аут-грит ФЭЖ көтергіш трансформаторын таңдау бойынша негізгі нүктелер

5.1 Алдымен энергиялық тиімділік дәрежесі

GB 20052-2024 стандартына сай келетін, 1-ші немесе 2-ші дәрежелі энергия тиімділігі бар өнімдерге басымдық беріңіз. Жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын 30%-ға азаяды –50%. Екі әдіспен тексеріңіз “энергия тиімділігінің белгілері + өлшенген деректер ”жеделдеу үшін “жасанды жоғары тиімділік ”жалған бағалары бар өнімдер.

5.2 Қуаттың сәйкестігі —Қолданбауға “Үлкен ат кіші арбаны тартады ”

Қуаттың артық болуы тұрақты төмен жүктемеде жұмыс істеуге әкеледі, ал жүктемесіз жұмыс істегендегі шығын үлесі өседі. Қуаттың жетіспеушілігі пик жүктемеде асырған жүктеме режиміне әкеледі, ал ақауларды жөндеуге кететін шығындар 3–бастапқы жабдықтарды сатып алуға кеткен шығындардан 5 есе артық салада қабырғалық трансформаторлық подстанцияның қуатын орнату үшін қолданылатын стандарттық тәжірибе — 1.1–фотоэлектролық орнатылған қуаттың 1,3 есе артығы бұл модульдің өзгеруі үшін орын қалдырады және жарық жүктемелерден туындайтын жұмыс істемейтін жоғалтулардың шығуын болдырмаған. Мысалы, 10 МВт фотоэлектролық жобасы 11 –13 МВА қорап тәрізді трансформаторлық станция қуатын пайдалана алады.

5.3 Темір өзегі материалын таңдау шешім қабылдау ағашы

5.4 Жағдайға негізделген таңдау ұсыныстары

Қашықтан байланыс базалық станциялары: Жоғары қуат шығыны бар ағынсыз желілік базалық станцияларда жұмыс істеу экономикасына тікелей әсер ететін жұмыс істемейтін кезде болатын қуат шығыны мен қорғаныс дәрежесіне назар аударыңыз.

Ағынсыз желілік микротораптар: Екі бағытты түрлендіруді және сақтау интерфейстерін қолдау қажет. Жүйенің бастапқы дизайны кезеңінде сақтау қуатын есептеуге трансформатордың жұмыс істемейтін кездегі қуат шығынын қосу ұсынылады, себебі шығындардан туындайтын сақтау қуатының жетіспеушілігін болдырмау үшін.

Биік таулы/шеткі климаттық аймақтар: Температураға төзімділік пен коррозияға қарсы қорғаныс дәрежесіне назар аударыңыз. Zhongmeng құрылғылары -40 °C-ден +55-ке дейін °C-та тұрақты жұмыс істей алады, оңтайландырылған IP54/IP65 қорғаныс дәрежелері қолжетімді.

Қорытынды

Офф-грид жүйелерде трансформатордың жұмыс істемейтін кезде болатын шығыны “аз өзгеріс емес —бұл тәулік бойы 24 сағат жұмыс істейтін тұрақты шығын. Мысалы, 1000 кВА трансформаторды қарастырайық. Дизельді резервтің құны 3 RMB/кВт·сағ болатын офф-грид жағдайында 1-ші дәрежелі трансформатор 3-ші дәрежелі трансформаторға қарағанда 5 жыл ішінде тек жұмыс істемейтін кезде болатын шығындардан 75 000 юань бірнеше мың юаньға —үнемдейді — бұл 1-ші дәрежелі өнімнің сатып алу құнынан пайда болған айырманы толығымен қамтамасыз етеді және одан да асып түседі.

Офф-грид жобаларын дамытатын компаниялар трансформаторды таңдау кезеңінде өмірлік цикл бойынша құндылық бағалауға жұмыс істемейтін кезде болатын шығынды қосуы керек, ал тек сатып алу құнына ғана назар аудармауы керек. Офф-грид жобалар әлдеқашан іске қосылған жағдайда да трансформаторды ауыстырудың экономикалық тиімділігін бағалау маңызды —әсіресе дизельді резервтің құны жоғары болатын жағдайларда, себебі төмен шығынды трансформаторларға ауысу үшін қайтарым мерзімі күтілгенен қысқа болуы мүмкін.