Глобалната енергетска транзиција го подобрува офшорниот ветерен енергетски потенцијал, но комплексните морски услови предизвикуваат предизвици за надеждноста на турбините. Радијацијата на топлината од кабините за контрола на трансформатори со платформа (PMTCCs) е критична—нерадијираната топлина предизвика повреда на компонентите. Оптимизирањето на радијацијата на топлината од PMTCCs подобрува ефикасноста на турбините, но истражувањата се фокусираат главно на он-шорни ветропаркови, игнорирајќи офшорните. Затоа, дизајнирајте PMTCCs за офшорни услови за подобрување на безопасноста.
1 Оптимизација на радијацијата на топлината од PMTCC
1.1 Додавање на уреди за радијација на топлина
За офшорните PMTCCs, додадете/оптимизирајте потпuno затворени уреди за радијација на топлина за да одоледат на солена магла/влага. Инсталирани до трансформаторите, поврзани преку специфични интерфејси, формираат ефикасни охладувачки циклуси. Проток на воздух во уредите: види Слика 1.
Због спецификите на морското клима во офшорните ветропаркови, како што се големи флуктуации на температурата, висока влажност и корозија од солена магла, поставени се строготи за перформансата на радијацијата на топлината на кабините за контрола на трансформаторите. За да се постигне прецизна оптимизација на дизајнот на радијаторот, ова истражување иновативно комбинира ANSYS со MATLAB, користејќи генетски алгоритми за оптимизација на параметрите на широчина на радијаторот.
Због ограничувањата на вградениот параметарски програмски јазик на ANSYS во директната интеграција на оптимизационите алгоритми, MATLAB се прифаќа како посредник. Низ развојот на вторичен интерфејс на ANSYS, постигнува се беспрекидна врска помеѓу ANSYS и MATLAB. Предполага се дека целосната плоштина на радијаторот е 0,36 m², и односот помеѓу задната широчина az и широчината на боковата рабовита страна ac на радијаторот е дефиниран како:
Низ детални пресметки и симулации, оптималната задна широчина на радијаторот е одредена да е 0,235 m, со широчината на двата бокови радијатори кои се прилагодуваат на 1,532 m соодветно. Оваа оптимизација не само што ја одржува целосната плоштина на радијаторот, туку и ја подобрува неговата перформанца на радијација на топлина.
1.2 Технологија за принудено хладење со воздух
Принуденото хладење со воздух користи вентилатори за да се забрза протокот на воздух, што ја зголемува температурната разлика преку конвекцијата на воздухот за подобрување на радијацијата на топлината. Тоа ја контролира температурата на кабината безбедно, но се соочува со трескави/локални губитоци во каналите. Оптимизациите вклучуваат зголемување на широчината на каналот од 100 до 120 mm и намалување на хидравличкиот дијаметар, минимизирајќи ги губитоците на енергија и подобрувајќи ги ефикасноста. Хладеното масло се враќа во резервоарот преку цеви на дното, формирајќи затворен циклус за двоно хладење. Види Слика 2 за циркулацијата.
За оптимизација на радијацијата на топлината, избран е режим на хладење со природно масло и принуден воздух (ONAF). Вентилаторите го возат протокот на воздух за да се направи да охладувачкиот воздух протече од дното кон врвот, ефективно покривајќи го целосната површина на радијаторот.
1.3 Оптимизација на входот и излезот во главната камера на трансформаторот
На основа на губитоците на моќ во кабината за контрола на трансформаторот и очекуваната температурна разлика помеѓу входот и излезот, потребниот проток на воздух се пресметува користејќи термодинамика. Формулата за проток на воздух V е:
Во формулата:
Због потенцијалното паднување на ефикасноста на вентилацијата, мерената количина на протокот на воздух се поставува на 1,6V. Формулата за пресметување на ефективната површина на входот A е:
Каде што v представува брзината на воздухот на входот и излезот. Постојано со објаснување на губитоците на моќ во кабината за контрола на трансформаторот и определување на очекуваната температурна разлика помеѓу входот и излезот, потребниот проток на воздух V се пресметува користејќи принципите на термодинамиката. На крај, конкретните размери на входот и излезот се дизајнираат на основа на протокот на воздух V:
Анализата на корелацијата помеѓу губитокот на притисок на входот и отворната површина открива дека зголемувањето на отворната површина може ефективно да намали губитокот на гасен притисок, со тоа подобрувајќи ефикасноста на радијацијата на топлината. Под претпоставка на осигурување на структурната јачина на кабината за контрола, површината на входот се поставува на 0,066 m². За подобрување на ефективната површина на вентилацијата, се применува метод кој комбинира решетки и луверни покриви за да се зголемат каналите за вентилација, истовремено предотвратувајќи проникнувањето на прашање и дожд. Во долниот дел на главната камера на трансформаторот, дополнителен прозорец за вход на воздух се инсталира приближно 40 cm над земјата за да се зголеми површината на входот.
На основа на принципот на вход на воздух од дното и излез на воздух од врвот, оптимизиран е распоредот на входот и излезот. Входот е поставен во долниот дел на главната камера на трансформаторот, а излезот е локализиран во горниот дел, формирајќи природна конвекција. Ова овозможува топлиот воздух да се издига гладко и да се исцеди од излезот, додека холодниот воздух влиза од входот, создавајќи ефективен циркулус на воздух за подобрување на ефикасноста на радијацијата на топлината.
1.4 Оптимизација на структурата на кабината за контрола
За да се справи со единствените предизвици на сол, влага и корозивни материјали во офшорните ветропаркови, се користат високоперформантни антикорозивни материјали и напредни технологии за тешка за да се подобри целосната заштита на кабината за контрола.
Подобрен дизајн на радијацијата на топлината:
Улаз на кабели и оптимизација на протокот на воздух:
Овие оптимизации резултираат во структуриран, добро разделен распоред на кабели, што ги подобрува и управувањето на топлината и надеждноста на системот.
2 Експериментална верификација
2.1 Експериментална поставка
За да се потврди феасибилитета на дизајнот на радијацијата на топлината, се конструира експериментална платформа за целосна симулација на околината на офшорните ветропаркови. Две вентилатори се користат за репликација на офшорните ветрови и правци. Експерименталната опрема е наведена во Табела 1.
За да се симулира околината на офшорните ветропаркови, кога се користат вентилатори за имитација на брзината и правецот на ветар, треба да се обрати внимание на униформноста на брзината на ветар и разновидноста на правецот. Униформната брзина на ветар е важна за точна евалуација на перформансата на радијацијата на топлината на кабината за контрола, а разновидните правци на ветар можат повеќе комплетно да симулираат промени на правецот на офшорните ветрови. Затоа, токму во експериментот, вентилаторите треба точно да се контролираат за да се осигура дека брзината и правецот на ветар се совпаѓаат со реалните карактеристики на офшорните ветропаркови.
2.2 Експериментални резултати и анализа
После оптимизација на радијацијата на топлината од кабината за контрола на трансформаторот со платформа во офшорните ветропаркови, се запишува ефикасноста на радијацијата на топлината на различни делови на кабината за контрола пред и после оптимизацијата, како што е прикажано во Табела 2.
2.3 Резултати и дискусија
На основа на експерименталните податоци во Табела 2, ефикасноста на радијацијата на топлината од офшорната кабина за контрола на трансформаторот со платформа покажува значителни подобрувања после оптимизацијата:
3 Заклучок
Ова истражување анализира влијанието на жестоката околина на офшорните ветропаркови врз радијацијата на топлината од кабината за контрола. Под водечкиот принцип на трансферот на топлина, предложен е целосен оптимизационен план и експериментално потврден. Оптимизираниот дизајн не само што го подобрува ефикасноста на радијацијата на топлината и го намалува внатрешниот температурен степен, туку и го подобрува отпорот на корозија и го проширува временскиот период на служба. Овие мерки даваат робусна техничка поддршка за одржливо функционирање на офшорните ветропаркови.