Jiyanîna Nîşangên Karbon vs Analîzê ya TCO ji bo Şêkara Transformatora Elîkî

1. Dîrok

Bi wanawendina cihanê, bikişan gazên serdeweyê kêm kirin çend ku şûn e. Bir parçeyek xasîrên sistemên berhevkirina dengê dike navbera transformatoreyên dengê. Ji bo bikişan gazên serdeweyê di sisteman de, transformatoreyan piştîkên hewl bike. Lakin, transformatoreyan piştîkên herî lêz dikin materialên zêdetir biafirandin. Ji bo dêtina nîşangê yekî ya herî saz bi kerayê yên têkiliya, metoda Total Cost of Ownership (TCO) ûsulê standart ê di industriyê de ye. Formulê TCO hesabkirina niha (PP) û maliyetê xasîran ji bo demê plankirinê (PPL) dide. Ev metoda ji bo maliyetê xasîran bi faktorên kapitalizasyon (A, B) re hesab dide.

Lakin, ev ûsul tenê maliyetên dengê direk a transformatoreyan ji bo demê xidmetê plankirinê hesab dide. Tesîreken derve dike navbera sernavên ekolojî, infrastrukturê têkiliya, rastkirin û sistemên destekê ne hatine hesab kirin. Mînak, ev encamên elektrîk li ser pirdegerand û/veya din bikaranîn hene. Transformatoreyan dengê dike navbera, 73% materialên astenra werin were pêwendkirin û ev per heye dikare piştîkar bibe ji bo bikaranîna oilê izolekirinê berbaser bi esterên natural. Berhêla pêwendkirina material û têkiliya din ne hatine hesab kirin.

Iza karbonî digirek metric e ji bo dêtina tesîrek dike navbera encamên elektrîk ji bo demê xidmetê. Niha, metoda birêkêr hatine hesabkirina izaya karbonî power equipment. Hesabkirina alahê hatine werin da ku neticeyên bêrî bin. Ev makale metoda analîzê ya izaya karbonî propozîkirin û bi wê transformatoreyê optimizîkirin. Transformatoreyan bi wê gotin dike navbera metoda TCO.

2. Metoda Total Cost of Ownership

Formulê TCO ji bo maliyetê jîyanê ya birêkêr a encama ji firotinê ji bo demê pirdegerand. Terma yekî din Life Cycle Cost (LCC) ye. Amacê serekiya herî girîng transformatoreyan ji bo ferihkirina dêtina firistinê. Forma standardize ya metoda TCO ji bo demê bidînê wek e:

TCO = PP + A · PNLL + B · PLL    (1)

Ji ber vê, A koefîsîyent no-load loss (€/kW), B koefîsîyent load loss (€/kW), PNLL (kW) no-load loss a transformatoreyan ji bo demê jîyan, û PLL (kW) load loss a transformatoreyan ji bo demê jîyan.

Ji dewara kompaniyên dengê an karîger û xebatker, hesabkirina TCO jiyan dibe. Rewşa deng utility transformatoreyan dêtina xasîrên deng generasyon, berhevkirin û dergirin, ji bo formulên hesabkirina narmindar. Ji ber vê, karîger û xebatker transformatoreyan dêtina xasîrên deng ji bo demê xidmetê plankirinê.

A. Detalên Analîzê Scenario

Koefîsîyent (A, B) ji bo transformatorey 16MVA qeyt bilind power plant (Figure 1). Ji bo vê, metodê standardize bi karibînin da valûyên A û B di hesabkirinê de.

Ji bo vê, pirsa wateya jêrîn:

3. Analîzê Iza Karbonî

Amacê me metoda çêkirin û dêtina herî saz iza karbonî (CF) ji bo transformatoreyan dengê. "CF ji bo hesabkirina guhertina herî saz CO2 emissions directly or indirectly caused by an activity or accumulated during a product's life cycle." Di wê de, guhertina herî saz CO2 û gasên serdeweyê din (such as methane, nitrous oxide, etc.) ji bo encam. CF her tişt î roja data covered by the more comprehensive Life Cycle Assessment (LCA). LCA ûsulê standard international (ISO 14040, ISO 14044) ji bo dêtina tesîrek û xerîdarê materialên encam di demê jîyan. Dema CF LCA ji bo guhertina herî saz ku tesîrek ji bo guhertina serdeweyê.

Ev divê metodên CF hesabkirin: bottom-up process-based analysis (PA) or top-down environmentally extended input-output (EIO) analysis. Process analysis (PA) approach bottom-up ji bo dêtina tesîrek a encam ji têkilina têkiliya. Environmental input-output (EIO) analysis approach top-down ji bo dêtina CF.

Product Attribute to Impact Algorithm (PAIA) metod universal ji bo hesabkirina CF ji bo encamên elektrîk, such as lighting fixtures, rotating electrical machines, etc. Ev metod CF motors manufacturing, operation, û recycling phases. Lakin, PAIA method not yet been applied to CF evaluation of power transformers.

Additionally, economic footprint designs are typically compared for arbitrarily selected existing designs (Figure 2), rather than for two optimally designed transformers. Due to the long service life of power transformers, maintenance costs related to routine replacement require additional parts and planned downtime. All these costs are not included in the bidding phase. After implementing Industry 4.0 principles—predictive maintenance—these can be calculated from the very beginning of equipment design.

3.1 Faktorên Kapitalizasyon

Ji bo vê, faktorên kapitalizasyon wek e:

Wê ku r dastîna baha hêza bikarhêner. Li serdema div-derbarîn 5-10% da, û 6.75% ji bo hesabkirina me hatimankirin. Di vê kesayê de, dema xwendiyê ya transformatora (t) 25 sal e. Di tevlî (4) de, p nîşan dike baha yeksa mînakî çavdarên elektrîk bi sardaweyekî maksimal. Faktorê daxwaza nîşan dike rapora daxwaza maksimal ji kapasiteya taybetandîyê (0.65). Koeffisînta barkirina seddeka (f) nîşan dike baha giha dawêtina yeksa hesabkirina baha yên din. Baha yeksa elektrîk li Navendî Ewrupa 0.05 euro (€/kWh) e. Faktorê hilgirîna behtalî (LLF) nîşan dike rapora guhertina çavdarê bi sardaweyekî maksimal. Faktorê behtalî (LF) nîşan dike behtalîya transformatora jîyan dikare, bi sinediya percasê bi sardaweyekî maksimal. Li serdema me, ji bo navberên şevxulamyê, LF=25%, bûma LLF 0.15625 ye (Şekil 1).

Li ser tevlikên (4,5), faktorên barkirinê (A, B) hesab bike. Li ser tevlikên (4,5), faktor 8760 nîşan dike saetên karkirina salanî ya transformatora. Li ser tevlî (B), baha hilgirîna behtalî hesab kirin. Ji bo hemî transformatore, transformatora yekemîn baha û efektivîn enerjî û TCO minimizbike (Şekil 2).

A. Analîzî fonî karbonî objektîf

Bi serdema formûla TCO, objektîf ek nêzebîne bi rêjiya fonî karbonî (CF) transformatorek:

TCO2 = BCP + A* · PNLL + B* · PLL

di ku TCO2 nîşan dike fonî karbonî hesabkirin (g), BCP nîşan dike fonî karbonî hesabkirin di cihêrê maşînê. A* û B* faktorên barkirinê ne ji bo hesabkirina emîsyonên karbondioksîn (kg/kW) di dema xwendiyê transformatore.

Ji bo hesabkirina wan faktoran barkirin, sê gasên qederbazî (GHG) hate parêzerin: karbondioksîn (CO2), metan (CH4), û nitroksîn (N2O) ji bo har wêneyekî ji bo wergerandina şebikê. Ji ber vê yekê, ji bo hesabkirina emîsyonên zero ji navberên şevxulamyê, transformatora teoriyekî bi qelehatîn ên zêdetir û hilgirîna ên zêdetir hatine dît. Emîsyonên metan û nitroksîn bi serdema potensiyala garmîyê global (I) hatine vegerîn bi CO2 equivalent:

ku ei faktorê emîsyonî ye bi sinediya (tCO2/MWh), ji bo CO2, CH4, û N2O ji bo wêneyekî studike (i), bi sinediya (t/GJ). Faktor 0.0036 bi serdema GJ to MWh hate vegerîn. Ji bo wêney i, ni nîşan dike efektivîya baha wekî persenat (%) ji bo wêney i di şebikê, û λi nîşan dike percanî hilgirîn ji bo wêney i di şebikê. Li serdema makale, λi = 8% ji bo hesabkirina har wêneyekî hate amadekirin.

Bi serdema data structure energy ê şebikê Macaristan, A*=425 kgCO2/kW û B*=66.5 kgCO2/kW hatine hesabkirin.

4 Model transformatora

Model transformatora ji bo modelkirina partî aktîf ên du wirî (core û wiran) pêk bû. Ev yekî pêk bû ji bo optimizasyona sernavîn di cihêrê designê, ji ber ku dimensiyonên partî aktîf nîşan dike mezinahiya genel transformatora. Xasîyeta geometrik û elektrîk transformatora bi parametreên keyî design hatine modelkirin. Îmanan pêşketîn hatine qebûl kirin di industriyê, ku bi serekekirina têkiliya hilgirîna core û wiran, hesabkirina hilgirîna copper û core piştguh kirin.

Model transformatora sernavîn nîşan dike derên baxweyên komponentên aktîf sernavîn, ku bi serekekirina hesabkirina baha sernavîn dest peyda kirin. Bi fahmîna parametreên keyî design, karyanasên engineer an piştguh kirin, û parametreên detailî design bi serekekirina malperên standart hatine destnîşan kirin (Şekil 2). Producerên transformatore li Ewropa û Amerika ji bo optimizasyon metaheuristic metodan bi serdema prakatîn hate amadekirin.

5 Lêgerîna Metaheuristic

Model transformatora ji bo problemê optimizasyonê sernavîn bi serdema programming geometrik ji bo lêgerîna algoritman metaheuristic hate amadekirin. Du faktor hatine destnîşan ku programming geometrik ji bo lêgerîna solûsyonan bi serekekirina fast û robust. Yekîniya, modern interior-point-based GP solvers fast û robust ne. Duyemî, riyazî modeling rules geometrik nîşan dike ku solûsyonê bi serekekirina global optimal e. Expressions for equality and inequality constraints must be represented using special mathematical formulas called monomials (10) and posynomials (11).

Ku ck>0, parametreên alpha real numbers ne, û x variables positive be. Problemê optimizasyonê baha ji bo shell-type power transformers bi serdema form special geometrik hate amadekirin. Lekin, ev metod riyazî nabe bi serdema core-type power transformers bi serdema requirements strict ji bo short-circuit impedance. Bûma, bi serdema combing GP method bi branch-and-bound method, metodê fast û accurate hate amadekirin.

6 Rewşa û Pirsgirêdan

A. Spesifikasyonên teknîkî transformatore test

Testên optimizasyonê ji bo transformatorê dişînên guhertor 16MVA me rêzikê nîsgalî 120kV/20kV hate çêkirin. Hedefên optimizasyonê heyan taybetmendiyekan Total Cost of Ownership (TCO) di serdemehi de û heman Carbon Footprint (CF) ên kamîn. Çavdantîya şebîkeya 50Hz hate, bi îhtiyacê berzîna impedansa serbest 8.5%. Parameterên bi amadeyê yên standartan hate hilbijartin. Rêbaza serderandina transformatora ONAN hatiye hilbijartin, bi xwe werazê girtî 40°C. Nîsandin, hadda herêmî yên daniyariya kurdên biniyê ve ji bo daneya biniyê hate nehat kirin 3A/mm², û ji bo daneya tap changer winding-ê 3.5A/mm².

Daneya nîsgalî (primary) wekî daneya helical me CTC (Continuously Transposed Cable) hate modelkirin, ji bo daneya bi berzînî (secondary) wekî daneya disc me dual conductors hate modelkirin. Ji bo hesabkirina satureyê ya materialê nîvendî û overvoltage-ya şebîke, berzîna fluxê herêmî hate nehat kirin 1.7T. Herêmî minîmalên destpêkê hatine bi ser reyên taybetmendiyan hilbijartin. Berî electrical steel hatiye 3.5€/kg, û berî materialê daneya 8€/kg. Cost-i carbon footprint-ê ji bo pargiranka electrical steel 1.8kgCO2/kg, û ji bo copper 6.5kgCO2/kg.

د هەنگاوتنەکانی به‌رژه‌وەری کراوە دیاریکراوە لە خشتەی ٢. لە ئەنجامەکانەوە دەتوانرێت ببینرێت کە کارایی ئۆپتیمومی ترانسفۆرمەر لەژێر به‌رژه‌وەریکردنی CF کەمترە لە کارایی دوای تحلیلی TCO. فولتەجی ترانسفۆرمەر بۆ هەموو چرکەیەک پەیوەستە بە ڕێژەی مس-بۆ-ئاسوود، و بەهایان لە هەر دوو حاڵەتدا نزیکەی یەکسانە. شتکردنەوەی هستی لە هەر دوو حاڵەتدا بچووکە، بەبێ جیاوازی گرنگ. لەبەر LLF بچووکی نیشتمانی هەورەوە، خەرجی شتکردنەوەی هستی نسبەتان بەخەرجی شتکردنەوەی بار بەرزترە. جیاوازی سەرەکی لە شتکردنەوەی مسیدا دەمێنێت، کە بەشێوەیەکی زۆر کەمترە لە حاڵەتی TCO. لەبەر ئەوەی ڕێژەی نرخی دووکانی فلزاتی غەیری ئاسوود زیاترە لە ڕێژەی نرخی موادی هستی و مس، و CFی موادی بەکارهاتوو نسبەتان بەCFی شتکردنەوەی کارەبایی بەرزترە، ئەنجینەی به‌رژه‌وەریکردن بەرەو ئەو دیزاینانە دەچێت کە مسی کەمتریان بەکاردێت بۆ کەمکردنەوەی CFی ترانسفۆرمەر. لەبەر جیاوازی گەورەی نێوان CFی نرخی کارەبا و CFی دووکانی مس/ئاسوود، ئەنجینەکە دیزاینێکی بچووکتر و کارایی کەمتربەرچاو دەگرێت لە قۆزاکانی بنچینەی TCO.

٧ کۆتایی

ئێستا، هیچ مەتدێکی ئامادە و قبوڵکراوی گشتی نییە بۆ دیاریکردنی پێماوەی کاربۆنی ترانسفۆرمەری کارەبایی. لە دوای سەردەمی ئابووری، تحلیلی پێماوەی کاربۆن لە بەلاوەزاکانی ترانسفۆرمەری هەڵبژێردراو بە شێوەیەکی ئازاد کراوە. بەڵام ترانسفۆرمەری کارەبایی گەورە بۆ سناریۆ ئابووری جیاواز دروست دەکرێن. بۆ پێشبینیکردنی دیزاینە به‌رژه‌وەرکراوەکان، دوو دیزاینی به‌رژه‌وەریکردن لە نمونەیەکی کارامایدا ئەنجامدرا. لە یەکەم حاڵەتدا، به‌رژه‌وەریکردنی TCO ئەنجامدرا؛ لە حاڵەتی دووەمدا، پێماوەی کاربۆنی ترانسڤۆرمەر کەمتر کرابوو. ئەنجامەکان دیاری دەکەن کە تحلیلی پێماوەی کاربۆن دەتوانێت بەدۆخی کارایی کەمتر لە ڕێگاکانی TCO بەرهەم بهێنێت. ئەمە دەتوانێت لەبەر ئەوە بێت کە خەرجی ژینگەیی دروستکردنی موتۆری گەورە زیاتر بێت لە شتکردنەوەکانیان لەسەر تۆڕ. تحقیقی زیاتر دەتوانێت کاریگەری ژینگەیی ماوەی دروستکردن، مەرجکردن، بەکارهێنانی روغنی دیاکۆنلەی بتواندرێت بجوڵێت، یان دووبارە کردنەوەی ترانسڤۆرمەر بپێوانێت.