Ang global na transition ng enerhiya ay nagpapataas ng offshore na wind power, subalit ang komplikadong marine environment ay nagpapahirap sa reliability ng mga turbine. Ang pagdissipate ng init ng pad-mounted transformer control cabinets (PMTCCs) ay kritikal—ang hindi napapawalang init ay nagdudulot ng pinsala sa mga component. Ang pag-optimize ng dissipasyon ng init ng PMTCC ay nagpapabuti ng efficiency ng turbine, subalit ang research ay pangunahing nakatuon sa onshore na wind farms, at iniiwanan ang mga offshore. Kaya, disenyo ang PMTCCs para sa kondisyon ng offshore upang mapataas ang seguridad.
1 Pag-optimize ng Dissipasyon ng Init ng PMTCC
1.1 Magdagdag ng Mga Device para sa Dissipasyon ng Init
Para sa offshore na PMTCCs, magdagdag o i-optimize ang fully-sealed na mga device para sa dissipasyon ng init upang matiyak ang resistensya laban sa salt spray at moisture. I-install sila sa tabi ng mga transformer, konektado sa pamamagitan ng espesyal na interface, at bumubuo ng efficient na cooling loops. Ang airflow sa loob ng mga device: tingnan ang Fig. 1.
Dahil sa partikularidad ng maritime climate sa offshore na wind farms, tulad ng malaking fluctuation ng temperatura, mataas na humidity, at corrosion ng salt spray, mas mahigpit na requirements ang inilalapat sa performance ng dissipasyon ng init ng mga transformer control cabinets. Upang makamit ang precise na optimization ng disenyo ng heat sink, ang pag-aaral na ito ay inovatibong nagsasama ng ANSYS at MATLAB, gumagamit ng genetic algorithms upang i-optimize ang width parameters ng heat sinks.
Dahil sa limitasyon ng built-in parametric programming language ng ANSYS sa direct integration ng mga optimization algorithm, ang MATLAB ang ginamit bilang intermediary. Sa pamamagitan ng pagdevelop ng secondary development interface ng ANSYS, isinasakatuparan ang seamless na koneksyon sa pagitan ng ANSYS at MATLAB. Ina-assume na ang kabuuang area ng heat sink ay 0.36 m², at ang relasyon sa pagitan ng back width az at ang side edge width ac ng heat sink ay inilalarawan bilang:
Sa pamamagitan ng detalyadong calculasyon at simulation, itinukoy na ang optimal na back width ng heat sink ay 0.235 m, at ang width ng dalawang side heat sink ay ayusin nang 1.532 m. Ang optimization na ito hindi lamang nagpapanatili ng kabuuang area ng heat sink kundi nagpapabuti rin ng performance nito sa dissipasyon ng init.
1.2 Teknolohiya ng Forced Air Cooling
Ang forced air cooling ay gumagamit ng mga fan upang mapabilis ang circulation ng hangin, pinalalawig ang temperature difference sa pamamagitan ng convection ng hangin upang mapabuti ang dissipasyon ng init. Ito ay kontrolado ang temperatura ng cabinet nang ligtas ngunit nakakaharap sa frictional at local losses sa ducts. Ang mga optimization ay kinabibilangan ng pag-expand ng duct width mula 100 hanggang 120 mm at pagbawas ng hydraulic diameter, minumungkahi ang energy loss at pagpapabuti ng efficiency. Ang cooled oil ay bumabalik sa tank sa pamamagitan ng bottom pipes, bumubuo ng closed-loop para sa dual cooling. Tingnan ang Figure 2 para sa circulation.
Upang i-optimize ang dissipasyon ng init, pinili ang Oil Natural Air Forced (ONAF) cooling mode. Ang mga fan ay nagpapatakbo ng airflow upang gawing cooling ang hangin mula sa ilalim patungo sa itaas, efektibong nakakalampas sa buong surface ng radiator.
1.3 Optimization ng Inlet at Outlet sa Main Transformer Chamber
Batay sa power loss ng transformer control cabinet at inaasahan na temperature difference sa pagitan ng inlet at outlet, ina-compute ang required na airflow gamit ang thermodynamics. Ang formula para sa airflow V ay:
Sa formula:
Dahil sa potensyal na pagbaba ng ventilation efficiency, itinakda ang measured na airflow rate sa 1.6V. Ang formula para sa pag-compute ng effective na inlet area A ay:
Kung saan v ay kumakatawan sa air velocity sa parehong inlet at outlet. Matapos ma-clarify ang power loss ng transformer control cabinet at matukoy ang inaasahang temperature difference sa pagitan ng inlet at outlet, ina-compute ang required na airflow V gamit ang principles ng thermodynamics. Sa huli, ang specific dimensions ng inlet at outlet ay disenyo batay sa airflow V:
Ang analisis ng correlation sa pagitan ng inlet pressure loss at opening area ay nagpapakita na ang pagtaas ng opening area ay maaaring mabawasan ang gas pressure loss, kaya't nagpapabuti ng efficiency ng dissipasyon ng init. Sa paniniwala na matitiyak ang structural strength ng control cabinet, itinakda ang inlet opening area sa 0.066 m². Upang mapabuti ang effective ventilation area, isinasama ang method na kombinasyon ng grilles at louver covers upang mapalawig ang ventilation passages habang ina-prevent ang pagpasok ng dust at ulan. Sa lower part ng main transformer chamber, idinagdag ang isang additional na air inlet window na humigit-kumulang 40 cm sa itaas ng lupa upang pa-laki ang inlet area.
Batay sa principle ng bottom air intake at top air exhaust, ino-optimize ang layout ng inlet at outlet. Ang inlet ay itinakda sa lower part ng main transformer chamber, at ang outlet ay nasa upper part, bumubuo ng natural convection. Ito ay nagpapahintulot sa mainit na hangin na tumaas nang smooth at ma-discharge mula sa outlet, habang ang malamig na hangin ay pumapasok mula sa inlet, bumubuo ng effective na air circulation upang mapabuti ang efficiency ng dissipasyon ng init.
1.4 Optimization ng Structure ng Control Cabinet
Upang tugunan ang unique challenges ng asin, humidity, at corrosive substances sa offshore na wind farms, ginagamit ang high-performance anti-corrosion materials at advanced sealing technologies upang mapabuti ang overall protection ng control cabinet.
Enhanced Heat Dissipation Design:
Cable Entry at Airflow Optimization:
Ang mga optimization na ito ay nagresulta sa structured, well-segregated na cable layout na nagpapabuti ng thermal management at system reliability.
2 Experimental Verification
2.1 Experimental Setup
Upang i-validate ang feasibility ng disenyo ng dissipasyon ng init, binuo ang isang experimental platform upang komprehensibong simulan ang offshore na wind farm environment. Ginamit ang dalawang fans upang imitate ang offshore na wind speeds at directions. Ang experimental equipment ay nakalista sa Table 1.
Upang simulan ang offshore na wind farm environment, kapag ginagamit ang fans upang imitate ang wind speed at direction, dapat bigyan ng pansin ang uniformity ng wind speed at diversity ng direction. Ang uniform na wind speed ay mahalaga para sa accurate na evaluation ng performance ng dissipasyon ng init ng control cabinet, at ang diverse na wind directions ay mas komprehensibong magsisimula ng changes sa offshore na wind direction. Kaya, sa panahon ng eksperimento, kailangan ng precise na control ang mga fans upang matiyak ang wind speed at direction ay tumutugon sa actual na characteristics ng offshore na wind farm.
2.2 Experimental Results and Analysis
Matapos i-optimize ang dissipasyon ng init ng offshore na wind farm wind turbine box-type transformer control cabinet, inirecord ang dissipasyon ng init ng iba't ibang bahagi ng control cabinet bago at pagkatapos ng optimization, tulad ng ipinapakita sa Table 2.
2.3 Results and Discussion
Batay sa experimental data sa Table 2, ang efficiency ng dissipasyon ng init ng offshore na wind turbine pad-mounted transformer control cabinet ay nagpakita ng significant na improvements pagkatapos ng optimization:
3 Conclusion
Ang pag-aaral na ito ay inanalisa ang impact ng harsh na environment ng offshore na wind farm sa dissipasyon ng init ng control cabinet. Batay sa principles ng heat transfer, inihanda ang isang targeted na optimization scheme at in-validate nang experimental. Ang optimized na disenyo hindi lamang nagpapabuti ng efficiency ng dissipasyon ng init at nagbabawas ng internal temperatures kundi nagpapabuti rin ng corrosion resistance at nagpapahaba ng service life. Ang mga measures na ito ay nagbibigay ng robust na technical support para sa sustainable na operasyon ng offshore na wind farms.