Transisi energi global meningkatkan penggunaan tenaga angin lepas pantai, namun lingkungan laut yang kompleks menantang keandalan turbin. Penyebaran panas pada kotak kontrol transformator pad-mounted (PMTCCs) sangat penting—panas yang tidak tersebar menyebabkan kerusakan komponen. Mengoptimalkan penyebaran panas PMTCC meningkatkan efisiensi turbin, tetapi penelitian sebagian besar fokus pada taman angin darat, mengabaikan taman angin lepas pantai. Oleh karena itu, rancang PMTCC untuk kondisi lepas pantai untuk meningkatkan keamanan.
1 Optimasi Penyebaran Panas PMTCC
1.1 Tambah Perangkat Penyebaran Panas
Untuk PMTCC lepas pantai, tambahkan/optimalkan perangkat penyebaran panas yang sepenuhnya tertutup untuk menahan semprotan garam/kelembaban. Ditempatkan di samping transformator, terhubung melalui antarmuka khusus, mereka membentuk loop pendinginan yang efisien. Aliran udara dalam perangkat: lihat Gambar 1.
Karena spesifik iklim maritim di taman angin lepas pantai, seperti fluktuasi suhu yang besar, kelembaban tinggi, dan korosi semprotan garam, persyaratan yang lebih ketat diberlakukan pada kinerja penyebaran panas kotak kontrol transformator. Untuk mencapai optimasi desain heatsink yang tepat, studi ini inovatif menggabungkan ANSYS dengan MATLAB, memanfaatkan algoritma genetik untuk mengoptimalkan parameter lebar heatsink.
Oleh karena keterbatasan bahasa pemrograman parametrik bawaan ANSYS dalam mengintegrasikan algoritma optimasi secara langsung, MATLAB diadopsi sebagai perantara. Melalui pengembangan antarmuka pengembangan sekunder ANSYS, koneksi tanpa hambatan antara ANSYS dan MATLAB direalisasikan. Diasumsikan bahwa luas total heatsink adalah 0,36 m², dan hubungan antara lebar belakang az dan lebar tepi samping ac heatsink didefinisikan sebagai:
Melalui perhitungan dan simulasi yang detail, lebar belakang heatsink optimal ditentukan sebesar 0,235 m, dengan lebar dua heatsink samping disesuaikan menjadi 1,532 m. Optimasi ini tidak hanya mempertahankan luas total heatsink tetapi juga meningkatkan kinerja penyebaran panasnya.
1.2 Teknologi Pendinginan Udara Paksa
Pendinginan udara paksa menggunakan kipas untuk mempercepat sirkulasi udara, memperluas perbedaan suhu melalui konveksi udara untuk meningkatkan penyebaran panas. Ini mengontrol suhu kabinet dengan aman tetapi menghadapi kerugian gesekan/dalam saluran. Optimasi termasuk memperluas lebar saluran dari 100 ke 120 mm dan mengurangi diameter hidrolik, meminimalkan kerugian energi dan meningkatkan efisiensi. Minyak yang didinginkan kembali ke tangki melalui pipa bawah, membentuk loop tertutup untuk pendinginan ganda. Lihat Gambar 2 untuk sirkulasinya.
Untuk mengoptimalkan penyebaran panas, mode pendinginan Oil Natural Air Forced (ONAF) dipilih. Kipas menggerakkan aliran udara sehingga udara pendingin mengalir dari bawah ke atas, secara efektif menutupi seluruh permukaan radiator.
1.3 Optimasi Inlet dan Outlet di Ruang Transformator Utama
Berdasarkan kerugian daya kotak kontrol transformator dan perbedaan suhu yang diharapkan antara inlet dan outlet, aliran udara yang dibutuhkan dihitung menggunakan termodinamika. Rumus untuk aliran udara V adalah:
Dalam rumus:
Mengingat potensi penurunan efisiensi ventilasi, laju aliran udara yang diukur ditetapkan menjadi 1,6V. Rumus untuk menghitung area inlet efektif A adalah:
Di mana v mewakili kecepatan udara di kedua inlet dan outlet. Setelah menjelaskan kerugian daya kotak kontrol transformator dan menentukan perbedaan suhu yang diharapkan antara inlet dan outlet, aliran udara yang dibutuhkan V dihitung menggunakan prinsip termodinamika. Akhirnya, dimensi spesifik inlet dan outlet dirancang berdasarkan aliran udara V:
Analisis korelasi antara kerugian tekanan inlet dan area bukaan menunjukkan bahwa meningkatkan area bukaan dapat secara efektif mengurangi kerugian tekanan gas, sehingga meningkatkan efisiensi penyebaran panas. Dengan prasyarat memastikan kekuatan struktural kabinet kontrol, area bukaan inlet ditetapkan menjadi 0,066 m². Untuk meningkatkan area ventilasi efektif, metode kombinasi gril dan tutup louver digunakan untuk meningkatkan jalur ventilasi sambil mencegah intrusi debu dan hujan. Di bagian bawah ruang transformator utama, jendela inlet udara tambahan dipasang sekitar 40 cm di atas tanah untuk lebih memperluas area inlet.
Berdasarkan prinsip masuk udara dari bawah dan keluar udara dari atas, layout inlet dan outlet dioptimalkan. Inlet diletakkan di bagian bawah ruang transformator utama, dan outlet terletak di bagian atas, membentuk konveksi alami. Ini memungkinkan udara panas naik dengan lancar dan dikeluarkan dari outlet, sementara udara dingin masuk dari inlet, menciptakan sirkulasi udara yang efektif untuk meningkatkan efisiensi penyebaran panas.
1.4 Optimasi Struktur Kabinet Kontrol
Untuk mengatasi tantangan unik garam, kelembaban, dan zat korosif di taman angin lepas pantai, material anti-korosi berkinerja tinggi dan teknologi penyegelan canggih digunakan untuk meningkatkan perlindungan keseluruhan kabinet kontrol.
Desain Penyebaran Panas yang Ditingkatkan:
Masuk Kabel dan Optimalisasi Aliran Udara:
Optimalisasi ini menghasilkan tata letak kabel yang terstruktur dan terpisah dengan baik, yang meningkatkan manajemen termal dan keandalan sistem.
2 Verifikasi Eksperimental
2.1 Persiapan Eksperimental
Untuk memvalidasi kelayakan desain penyebaran panas, platform eksperimental dibangun untuk mensimulasikan lingkungan taman angin lepas pantai secara komprehensif. Dua kipas digunakan untuk mereplikasi kecepatan dan arah angin lepas pantai. Daftar peralatan eksperimental tertera dalam Tabel 1.
Untuk mensimulasikan lingkungan taman angin lepas pantai, ketika menggunakan kipas untuk meniru kecepatan dan arah angin, perhatian harus diberikan pada seragamnya kecepatan angin dan variasi arah. Kecepatan angin yang seragam sangat penting untuk evaluasi akurat kinerja penyebaran panas kabinet kontrol, dan variasi arah angin dapat lebih komprehensif mensimulasikan perubahan arah angin lepas pantai. Oleh karena itu, selama eksperimen, kipas perlu dikontrol dengan tepat untuk memastikan kecepatan dan arah angin sesuai dengan karakteristik taman angin lepas pantai yang sebenarnya.
2.2 Hasil Eksperimental dan Analisis
Setelah mengoptimalkan penyebaran panas kotak kontrol transformator jenis kotak di taman angin lepas pantai, efisiensi penyebaran panas bagian-bagian kabinet kontrol sebelum dan setelah optimasi dicatat, seperti terlihat dalam Tabel 2.
2.3 Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan data eksperimental dalam Tabel 2, efisiensi penyebaran panas kotak kontrol transformator jenis kotak di taman angin lepas pantai menunjukkan peningkatan signifikan setelah optimasi:
3 Kesimpulan
Studi ini menganalisis dampak lingkungan taman angin lepas pantai yang keras terhadap penyebaran panas kabinet kontrol. Dengan panduan prinsip transfer panas, skema optimasi yang ditargetkan diajukan dan divalidasi secara eksperimental. Desain yang dioptimalkan tidak hanya meningkatkan efisiensi penyebaran panas dan mengurangi suhu internal tetapi juga meningkatkan ketahanan korosi dan memperpanjang masa layanan. Langkah-langkah ini memberikan dukungan teknis yang kuat untuk operasi berkelanjutan taman angin lepas pantai.