في شبكات التوزيع العالمية وأنظمة الطاقة الصناعية ، غالبا ما يتم الترويج لمحولات المعادن غير المتكاملة لأن فقدانها بدون حمولة يمكن أن تكون أقل بنسبة 70٪ إلى 80٪ من محولات الصلب السيليكون. ومع ذلك، لا يترجم انخفاض الخسارة بدون حمولة إلى انخفاض نسبي معادل في إجمالي تكاليف التشغيل. تعتمد وفورات الطاقة الفعلية وتكلفة دورة حياة المحول إلى حد كبير على فقدان الحمل وعامل الحمل الفعلي وساعات التشغيل وتعريفات الكهرباء المحلية والنفقات الرأسمالية الأولية (CAPEX).

بدءا من خصائص المواد وآليات الخسارة ، تقيم هذه المقالة أداء تكلفة دورة الحياة (LCC) لمحولات 11kV المغمورة بالزيت والجافة باستخدام دراسات حالة هندسية دولية على غرار الدولار الأمريكي ($).

1. المواد والخصائص المغناطيسية: معدن غير معدني مقابل فولاذ السيليكون الموجه نحو الحبوب

يتكون فقدان جوهر المحول في المقام الأول من فقدان الهيستريس وفقدان التيار الدوامي. تختلف سبيكات المعادن الغير معدنية والفولاذ الكهربائي الموجه نحو الحبوب عالي النفاذ (Hi-B GOES) بشكل أساسي في الهيكل الفيزيائي والخصائص المغناطيسية وعمليات التصنيع:

• سبيكة غير معدنية:تصنع باستخدام تكنولوجيا التبريد السريع جدا، يتم ترتيب ذراتها في هيكل غير منظم مع عدم وجود حدود الحبوب تقريبا لمنع المغناطيسية، مما يؤدي إلى انخفاض القسر للغاية والنفاذ العالي. سمك الشريط حوالي 0.025 mm فقط (حوالي 1/10 من الصلب السيليكون التقليدي) ، والذي يقمع بشكل كبير خسائر التيار الدوامة. ومع ذلك ، فإن كثافة التدفق المغناطيسي للتشبع منخفضة نسبياً (عادةً ~ 1.56 T مقابل > 1.9 T للصلب السيليكون) ، والمادة حساسة للغاية للتوتر الميكانيكي ، مما يتطلب عموماً بناء نواة الجرح.

• الصلب الكهربائي الموجه نحو الحبوب (Hi-B GOES):يتم مواءمة اتجاه الحبوب على طول اتجاه المغناطيسية السهلة عن طريق عمليات التدوير الدقيقة والتحليف. يجمع الفولاذ السيليكوني الحديث Hi-B بين التراكم بالخطوة والكتابة بالليزر وتصميم كثافة التدفق المثلى لتقليل خسارة الحمل بشكل كبير مع الحفاظ على قوة ميكانيكية عالية ومقاومة الدوائر القصيرة وتقنيات التصنيع الناضجة.

في التطبيقات الهندسية العملية،خسارة لا تحميل\(P_0\)يعتمد بشكل رئيسي على المادة الأساسية وكثافة التدفق ، والتي تحدث باستمرار كلما تم تشغيل المحول.خسارة الحمل\(P_k\) ، من ناحية أخرى ، تنبع أساسا من مقاومة التلف والمقاييس تناسبيا مع مربع عامل الحملP_r ≈ P_k × β², where β² is the load factor . تحت ظروف الحمل العالي ، تزداد خسارة الحمل بسرعة وتصبح المساهمة المهيمنة في الخسارة الكلية.

2. دراسة حالة LCC: 11kV / 1000kVA محول مغمر بالزيت

فكر في محول مغمر بالزيت 11kV / 0.4kV ، 1000kVA يعمل 8,760 ساعة سنويا في بيئة تجارية / صناعية دولية مع متوسط تعريفة الكهرباء الصناعية العالمية من $0.12/كيلوواط/ساعة - يقارن الجدول أدناه اقتصاديات محول فولاذ السيليكون هاي-بي مقابل محول سبيكة غير متكاملة تحت ملفين تشغيليين نموذجيين: عامل تحميل متوسط بنسبة 25 في المائة (مثل المناطق السكنية والمجمعات التجارية) وعامل تحميل متوسط بنسبة 75 في المائة (مثل مصانع التصنيع والعمليات الصناعية المستمرة).

مقارنة الخسائر وتكاليف التشغيل للمحولات المغمورة بالزيت

المفتاح تناول:بالنسبة للوحدات المغمورة بالنفط، فإن الوفورات النقدية للمعادن غير المتكاملة أعلى بشكل ملحوظ في ظروف الحمل الخفيف (25٪) من ظروف الحمل العالي (75٪). عند عامل التحميل بنسبة 75٪، فإن خسارة الحمل أعلى قليلاً\(P_k\)من التصميم غير المتكامل يقلل من صافي الوفورات المكتسبة من خسارة لا تحميل أقل\(P_0\)تمديد فترة الاسترداد بنحو 4 سنوات.

3. دراسة حالة LCC: 11kV / 1000kVA محول النوع الجاف

يتم استخدام المحولات من النوع الجاف (مثل سلسلة SCB و SCBH) على نطاق واسع في المباني العالية والمرافق تحت الأرض والبيئات الحساسة للحريق على مستوى العالم. بسبب قيود التبديد الحراري والعزل ، تظهر وحدات النوع الجاف عادة خسائر أساسية أعلى بدون حمولة من الوحدات المغمورة بالزيت بنفس التصنيف ، مما يجعل توفير الطاقة المطلق للمحولات الجافة غير المحددة (سلسلة SCBH) أكثر أهمية.

على افتراض نفس ظروف التشغيل العالمية (11kV / 0.4kV ، 1000kVA ، 8,760 ساعة / سنة ، تعريفة الكهرباء في $0.12/كيلوواط/ساعة):

مقارنة الخسارة وتكاليف التشغيل للمحولات الجافة

المفتاح تناول:في تطبيقات المحولات الجافة، تؤدي التكنولوجيا غير المتكاملة إلى انخفاض كبير في خسارة عدم الحمل (انخفاض بنسبة 70٪). بغض النظر عن الحمولة الخفيفة أو الثقيلة ، تتجاوز الوفورات السنوية في تكاليف الكهرباء 1100 دولار ، مما يقلل من فترة الاسترداد إلى حوالي 7 سنوات. وهذا يجعل العائد المالي أكثر جاذبية بكثير من المحولات الغامضة بالنفط.

4. دليل اختيار التطبيق وتوصيات الهندسة

عند تقييم المحولات المعدنية غير المتكاملة، يجب على أصحاب المشاريع تطبيق مصفوفة قرار منظمة تستند إلى ملامح الحمل والقيود البيئية:

مصفوفة اختيار المحول

1. السيناريوهات الموصى بها لسبائك غير معدنية:

• بيئات النوع الجاف:تقدم محولات النوع الجاف غير المتكاملة من سلسلة SCBH وفورات كبيرة في الطاقة وفترات استرداد أقصر وفعالية عالية في التكلفة العامة.

• منخفض متوسط عامل الحمل المرافق:المجمعات السكنية وأبراج المكاتب والمدارس والمباني العامة مع تقلبات كبيرة في الحمل الليلي والنهار ومتوسط عوامل الحمل أقل من 30٪.

• تعريفة الكهرباء العالية ومشاريع الملكية الطويلة:المرافق التي تواجه أسعار المرافق العالية أو المشاريع المقصودة للملكية على المدى الطويل (15-20 سنة أو أكثر) ، حيث تعوض الوفورات التراكمية في تكاليف الطاقة بسهولة قسط الشراء الأولي.

1. سيناريوهات تفضل الصلب السيليكون:

• العمليات الصناعية المستمرة عالية الحمل:المرافق ذات عوامل الحمل المتوسطة فوق 65٪ باستمرار ، حيث تهيمن خسائر الحمل على إجمالي تكاليف الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر الصلب السيليكون قدرات متفوقة على تحمل الدوائر القصيرة وقدرات زيادة في التحميل.

• مشاريع ذات ميزانية محدودة وتكلفة رأس المال العالية:فترات الاسترداد الممتدة (على سبيل المثال، > 12 سنة) تزيد من المخاطر المالية والتعرض لتغير أسعار الخصم.

5- الاستنتاج

المحولات المعدنية غير المتعددة بالتأكيد ليست "خدعة"، ولكنها ليست حلا عالميا لتوفير الطاقة.

تصميم توزيع الطاقة المهنية يتطلب الانتقال إلى مطالبات المواد البسيطة واستخدام تكلفة دورة الحياة الكاملة (LCC):

\[\text{LCC} = C_{\text{CAPEX}} + \sum_{t=1}^{N} \frac{P_0 \cdot 8760 + P_k \cdot \beta^2 \cdot 8760}{(1 + r)^t} \times \text{Tariff} + C_{\text{OPEX}}\]

فقط عندما تغطي وفورات الطاقة التراكمية على مدى عمر الأصل بشكل نظيف قسط رأس المال الأولي\(C_{\text{CAPEX}}\)لا تترجم الخسارة المنخفضة بدون حمولة إلى قيمة اقتصادية حقيقية.

شركة تحويل الشباب المحدودة