Kehilangan Tanpa Beban Transformer dalam Sistem Suria Off-Grid: Mengapa Ia Penting

Dalam projek fotovoltaik (PV) dan penyimpanan tenaga lepas-grid, ramai orang memberi tumpuan kepada pemilihan modul PV dan bateri penyimpanan tenaga, tetapi mengabaikan satu “lubang hitam tersembunyi ”yang menggunakan tenaga 24 jam sehari —transformer ’ialah kehilangan tanpa beban. Dalam projek bersambung-grid, transformer biasanya beroperasi hanya semasa siang hari, jadi kesan kehilangan tanpa beban adalah terhad. Namun, dalam projek lepas-grid, transformer mesti sentiasa tersambung ke bas 24 jam sehari, dan “kesan penumpukan sepanjang hari ”kehilangan tanpa beban menjadi jauh lebih ketara. Ini merupakan kos yang perlu dikira dengan teliti oleh setiap pembangun projek lepas-grid.

1. Mengapa Kehilangan Tanpa Beban Lebih “Membahayakan ”dalam Sistem Lepas-Grid Berbanding Sistem Bersambung-Grid?

1.1 Perbezaan Asas dalam Keadaan Pengoperasian

Fotovoltaik bersambung ke grid: Transformer mula dan berhenti beroperasi mengikut kewujudan cahaya matahari, beroperasi selama kira-kira 10 –12 jam sehari. Ia boleh diputuskan daripada bas pada waktu malam.

Fotovoltaik tanpa grid/penyimpanan: Transformer kekal bersambung ke sistem selama 24 jam sehari, mengendalikan transformasi voltan dan penebatan. Ia tidak boleh dimatikan. Kerugian berlebihan dalam keadaan beban ringan dan tiada beban dalam sistem tanpa grid telah menjadi botol leher utama yang menghadkan ekonomi sistem.

1.2 “Pengganda Masa ”Kesan Kerugian Tiada Beban

Formula untuk kerugian tiada beban amat mudah: Elektrik kerugian tiada beban tahunan = P ₀ (kehilangan tanpa beban dalam kW) ×8,760 jam .

Dalam senario bersambung ke grid, kehilangan tanpa beban hanya menyumbang sebahagian kecil daripada jumlah kehilangan keseluruhan. Namun, dalam senario tidak bersambung ke grid, kadar beban berubah-ubah lebih meluas dan tempoh tanpa beban lebih panjang, jadi kehilangan tanpa beban menyumbang bahagian yang jauh lebih besar daripada jumlah kehilangan keseluruhan. Data industri menunjukkan bahawa kehilangan tanpa beban transformer menyumbang kira-kira 20% –30% daripada jumlah kehilangan kadar nominal. Apabila kapasiti transformer terlalu besar dan ia beroperasi pada beban rendah untuk tempoh yang panjang, kehilangan tanpa beban boleh melebihi 60% daripada jumlah kehilangan.

1.3 The “Kelangkaan Sumber Kuasa ”dalam Senario Tidak Bersambung ke Grid

Dalam projek tidak bersambung ke grid, setiap kilowatt-jam berasal daripada panel PV atau penjana diesel. Kos per kWh penjanaan diesel di kawasan terpencil boleh dengan mudah melebihi 3 RMB, dan kos komprehensif per kWh boleh meningkat sehingga 4.1 RMB. Di lombong luar negara terpencil, kos penjanaan diesel boleh mencapai 0.4 –1.0 USD/kWh, iaitu 4 –5 kali ganda kos elektrik grid. Kehilangan tanpa beban menghabiskan “kuasa yang berharga, ”tidak “kuasa yang murah, ”jadi kos ekonominya semakin meningkat.

2. Apa yang Membentuk Kerugian Tanpa Beban —Bagaimana Ia “Makan ”Elektrik?

2.1 Sifat Kerugian Tanpa Beban

Kerugian tanpa beban (kerugian besi) terutamanya ditentukan oleh bahan teras besi. Ia tidak berkaitan dengan beban operasi dan berlaku sebaik sahaja transformer dihidupkan. Ia merangkumi kerugian histerezis dan kerugian arus pusar. Anda boleh menganggapnya sebagai transformer ’s“metabolisme asas —seperti telefon yang menggunakan kuasa walaupun anda tidak sedang membuat panggilan, transformer menghasilkan kerugian tanpa beban selagi ia dihidupkan.

2.2 Bahan Teras Besi Adalah Faktor Penentu

Transformator tradisional menggunakan kepingan keluli silikon biasa, jadi kehilangan tanpa beban tetap tinggi. Kehilangan besi pada transformator aloi amorfa adalah 70% –80% lebih rendah berbanding transformator tradisional yang menggunakan teras keluli silikon. Berbanding generasi terkini transformator kering jenis keluli silikon gred 1, transformator aloi amorfa ultra-cekap terkini mengurangkan kehilangan tanpa beban sebanyak 65.2%.

2.3 Cabaran Khas dalam Senario Tanpa Sambungan Grid

Sistem tanpa sambungan grid sering menghadapi kitaran beban tinggi-rendah secara kerap, yang menuntut kestabilan litar magnetik transformator lebih tinggi. Kehilangan tanpa beban terus mengguna tenaga semasa tempoh beban ringan dan tanpa beban, dan inilah tepatnya masa apabila storan tenaga dalam sistem tanpa sambungan grid paling “tertekan. ”Dalam senario ekstrem, kehilangan tanpa beban dalam sistem tanpa sambungan grid boleh memaksa peningkatan kapasiti PV dan storan untuk mengimbangi kapasiti bekalan yang “dimakan ”oleh kehilangan.

3. Pengiraan Ekonomi yang Tidak Boleh Diabaikan

3.1 Model Pengiraan Penggunaan Tenaga Tahunan

Ambil transformator 1,000 kVA sebagai contoh. Kerugian tanpa beban berbeza secara ketara mengikut gred kecekapan tenaga:

Nota: Kuasa tanpa beban tahunan = kerugian tanpa beban ×8,760 jam. Data sebenar berbeza mengikut model produk dan kadar beban.

Menaik taraf daripada Gred 3 kepada Gred 1 boleh menjimatkan lebih kurang 15,000 RMB setahun dalam kos sandaran diesel daripada kehilangan tanpa beban sahaja.

3.2 Perspektif Kos Kitar Hidup (LCOE)

Walaupun transformer Gred 1 mempunyai kos awalan yang lebih tinggi, kehilangan tanpa beban mereka adalah 30% –50% lebih rendah, yang boleh menjimatkan jumlah besar kos elektrik selama tempoh operasi 25 tahun. Sebagai contoh, dengan membandingkan SCB14 (Gred 1) dan SCB11 (Gred 2), penjimatan tahunan dalam kos elektrik boleh mencapai 20,000 kWh. Pelaburan awalan untuk sebuah sub-stesen jenis kotak Gred 1 adalah lebih tinggi, tetapi dalam senario luar-jaringan, penjimatan kos elektrik jauh melebihi perbezaan harga pembelian.

3.3 Faktor “Pengganda ”dalam Senario Tidak Bersambung ke Grid

Harga elektrik (atau kos sandaran diesel) dalam projek luar-jaringan jauh lebih tinggi berbanding harga elektrik yang bersambung ke jaringan. Dengan kos sandaran diesel sebanyak 3 RMB/kWh, sebuah transformer Gred 1 berkuasa 1,000 kVA boleh menjimatkan kira-kira 75,000 RMB dalam kos elektrik akibat kehilangan tanpa beban selama lima tahun berbanding transformer Gred 3. Setelah mengambil kira kehilangan transformer dan kabel, output tenaga sistem luar-jaringan boleh berkurang sebanyak 2.3% –4.6%. Kerugian ini akhirnya memerlukan kapasiti fotovoltaik (PV) atau diesel tambahan untuk mengimbanginya.

4. Jiangsu Unita ’penyelesaian Pengoptimuman Kerugian Tanpa Beban bagi Sistem Off-Grid

4.1 Peningkatan Bahan Teras Besi

Jiangsu Unita Electric ’substasi jenis kotak khusus PV buatan Jiangsu Unita Electric menggunakan lilitan tembaga penuh dan mematuhi piawaian kecekapan tenaga Gred 1. Siri SCB13/S20 mengurangkan kerugian tanpa beban sebanyak lebih daripada 25% berbanding piawaian nasional, manakala model 2,500 kVA menjimatkan lebih daripada 30,000 kWh setahun. Bagi substasi jenis kotak berkapasiti besar, teras besi aloi amorfa boleh dipilih sebagai pilihan, yang mengurangkan kerugian tanpa beban sebanyak 50% lagi. Siri S20 menggunakan teras keluli silikon berguling sejuk berketelusan tinggi dan lilitan tembaga tulen tanpa oksigen, mengurangkan kerugian tanpa beban sebanyak 15% –berbanding S13, dengan kecekapan melebihi 99% dalam julat beban biasa.

4.2 Pengoptimuman Proses Lilitan

Jiangsu Unita Electric menekankan reka bentuk lilitan tembaga penuh. Kerugian beban adalah 25% –30% lebih rendah daripada belitan aluminium, pembuangan haba lebih baik, dan jangka hayat lebih panjang. Siri SCB13 menggunakan belitan tembaga bebas oksigen + filem poliimida, dengan rintangan suhu sehingga 220 °°C, mampu menahan kejutan suhu tinggi selama 10 tahun lebih lama berbanding konduktor biasa. Dalam proses pengeluaran, “kaedah lap berbilang langkah tunggal (5 atau 7 langkah) ”digunakan untuk memperbaiki struktur butir, secara berkesan mengurangkan kehilangan histerezis. Kehilangan tanpa beban dikurangkan sebanyak 30%, manakala kehilangan beban dikurangkan lebih daripada 10%.

4.3 Penyesuaian Berdasarkan Senario dan Penyesuaian terhadap Alam Sekitar Ekstrem

Projek lepas-grid kerap dilaksanakan di kawasan terpencil dengan keadaan alam sekitar yang keras. Zhongmeng Electric menawarkan penyelesaian perlindungan IP54/IP65 dan perlindungan kakisan C5-M yang disesuaikan untuk keadaan kompleks seperti kawasan gunung, semburan garam di kawasan pesisir, dan ribut pasir di padang pasir, memastikan operasi stabil dari -40 °C hingga +55 °C. Untuk senario ketinggian tinggi, Zhongmeng menyesuaikan penebatan diperkukuh + struktur anti-kondensasi dua lapis + sistem kawalan suhu pintar. Suatu projek PV ketinggian tinggi berkapasiti 200 MW di Qinghai pada ketinggian lebih daripada 3,800 meter tidak mengalami sebarang kegagalan peralatan dalam dua tahun operasi.

4.4 Data yang Telah Dibuktikan di Lapangan

Suatu pengubah bekas jenis kotak Jiangsu Unita yang dipasang pada tahun 2013 di sebuah stesen kuasa di Barat Laut China masih mengekalkan kehilangan teras besi stabil pada 95% daripada nilai asalnya, manakala jenama lain di lokasi yang sama telah menggantikan teras besinya dua kali. Di sebuah stesen kuasa di dataran tinggi pada ketinggian 4,500 meter di Tibet, peralatan Jiangsu Unita telah beroperasi selama 8 tahun tanpa sebarang kegagalan, manakala sebuah stesen bersebelahan ’jenama s telah menggantikan badan kotaknya tiga kali akibat retakan suhu rendah. Kes-kes ini mengesahkan kebolehpercayaan jangka panjang peralatan Zhongmeng ’dalam persekitaran ekstrem.

5. Titik Utama untuk Memilih Pengubah Naikkan Tegangan PV Tanpa Grid

5.1 Gred Kecekapan Tenaga Terlebih Dahulu

Berikan keutamaan kepada produk kecekapan tenaga Gred 1 atau Gred 2 yang mematuhi GB 20052-2024. Kerugian tanpa beban boleh dikurangkan sebanyak 30% –50%. Sahihkan dengan kedua-duanya “label kecekapan tenaga + data yang diukur ”untuk mengelakkan “kecekapan tinggi palsu ”produk dengan penarafan palsu.

5.2 Penyesuaian Kapasiti —Elakkan “Kuda Besar Menarik Troli Kecil ”

Kapasiti terlalu besar menyebabkan operasi beban rendah jangka panjang, dan bahagian kerugian tanpa beban meningkat mendadak. Kapasiti terlalu kecil menyebabkan operasi beban berlebihan semasa beban puncak, dan kos pembaikan kegagalan adalah 3–5 kali jimat peralatan awal . Amalan piawai industri ialah mengkonfigurasikan kapasiti bekas sub-stesen jenis kotak pada 1.1–1.3 kali keupayaan terpasang PV . Ini menyediakan ruang untuk kemerosotan modul sambil mengelakkan lonjakan kehilangan tanpa beban yang disebabkan oleh beban ringan. Sebagai contoh, projek PV 10 MW boleh menggunakan keupayaan bekas sub-stesen 11 –13 MVA.

5.3 Pokok Keputusan Pemilihan Bahan Teras Besi

5.4 Cadangan Pemilihan Berdasarkan Senario

Stesen asas komunikasi jarak jauh: Tumpuan pada kehilangan tanpa beban dan kadar perlindungan. Stesen asas luar-grid umumnya menghadapi kos elektrik yang tinggi, dan pengoptimuman kehilangan tanpa beban secara langsung mempengaruhi ekonomi operasi.

Mikrogrid luar-grid: Perlu menyokong penukaran dua arah dan antara muka penyimpanan. Disyorkan untuk memasukkan kehilangan tanpa beban transformer dalam pengiraan kapasiti penyimpanan pada peringkat rekabentuk sistem, bagi mengelakkan ketidakcukupan kapasiti penyimpanan akibat kehilangan.

Ketinggian tinggi/iklim ekstrem: Tumpuan pada kesesuaian suhu dan gred perlindungan kakisan. Kelengkapan Zhongmeng boleh beroperasi secara stabil dari -40 °C hingga +55 °°C, dengan kadar perlindungan IP54/IP65 sebagai pilihan.

Kesimpulan

Dalam sistem tanpa grid, kehilangan beban kosong transformer tidak “perubahan kecil —ia merupakan perbelanjaan tetap yang beroperasi 24 jam sehari. Ambil contoh transformer 1,000 kVA. Dalam senario tanpa grid dengan kos sokongan diesel sebanyak 3 RMB/kWh, transformer Gred 1 berbanding transformer Gred 3 boleh menjimatkan lebih daripada 75,000 RMB hanya dari segi kehilangan beban kosong dalam tempoh lima tahun —cukup untuk menutup perbezaan harga pembelian produk Gred 1 dan malah lebih daripada itu.

Pembangun projek tanpa grid harus memasukkan kehilangan beban kosong dalam penilaian kos kitar hidup pada peringkat pemilihan, bukan hanya mempertimbangkan harga pembelian sahaja. Bagi projek tanpa grid yang sudah beroperasi, penilaian ekonomi penggantian transformer juga patut dilakukan —terutamanya dalam senario dengan kos sokongan diesel yang tinggi, di mana tempoh pulangan bagi menggantikan transformer dengan transformer berkehilangan rendah mungkin lebih pendek daripada jangkaan.