Uchunguzi wa Kidole ya Karboni dhidi ya TCO kwa Mipango ya Transformer ya Nishati

1. Mchakato

Kwa sababu ya joto la kimataifa, kupunguza matumizi ya gesi za chui ni suala muhimu. Sehemu kubwa ya hasara katika mifumo ya usafirishaji wa umeme hutoka kutoka kwa transforma. Kupunguza matumizi ya gesi za chui katika mifumo ya umeme, transforma zinazofaa kuwa na ufanisi zaidi zitayapatikana. Lakini, transforma zinazofaa kuwa na ufanisi zaidi mara nyingi huchukua viunzo vya utengenezaji zaidi. Kufanya uamuzi wa uwiano mzuri wa hasara na bei ya utengenezaji wa transforma, njia rasmi katika sekta ni kutumia mfano wa Total Cost of Ownership (TCO). Mfano wa TCO huangalia bei ya kununua (PP) na gharama za hasara wakati wa maisha yaliyopanga (PPL). Njia hii huongea kuhusu bei ya hasara kwa kutumia msingi wa capitalization (A, B).

Hata hivyo, njia hii tu huangalia gharama za umeme tu za transforma wakati wa maisha yaliyopanga. Athari zisizodhiri za rasilimali za kimazingira, miundombinu ya utengenezaji, usakinishaji, na mifumo ya misaada haijawahi kutathmini. Kwa mfano, bidhaa za umeme hizi mara nyingi hurejeshiwa na mara nyingi hurefu kutumika baada ya kusimama. Kuchukua transforma kama mfano, asilimia 73 ya viunzo vinavyotumika vinaweza kuruduliwa, na asilimia hii inaweza kuongezeka ikiwa unatumia mafuta ya insulation ya esteri ya asili. Faida za kuruduliwa na kurudishiwa kwa viunzo haijawahi kutathmini.

Je, footprint ni msumari mwingine wa kutathmini athari za kimazingira za vyombo vya umeme wakati wa maisha yao. Sasa, hakuna njia yenye ukubalika kamili ya kutafuta footprint wa carbon wa vyombo vya umeme. Vifaa vinginevu vya kutafuta huwapa matokeo tofauti sana. Makala hii inapendekeza njia ya kutathmini footprint wa carbon na inatumia kwa kutengeneza transforma. Transforma zilizotengenezwa zitachambiwa na zile zinazotegemea kwa njia ya TCO.

2. Njia ya Total Cost of Ownership

Mfano wa TCO unareprezentisha gharama za kiwango cha bidhaa kutoka kutokununua hadi kutumika tukio. Maneno mengine yanayotumika ni Life Cycle Cost (LCC). Lengo la kwanza ni kutathmini transforma kwa kutosha ili kutumia katika uamuzi wa kununua. Fomu istandaridu ya njia ya TCO wakati wa bidding ni ifuatayo:

TCO = PP + A · PNLL + B · PLL    (1)

Ambapo A ni kofeshi wa hasara bila mchango (€/kW), B ni kofeshi wa hasara na mchango (€/kW), PNLL (kW) ni hasara bila mchango wa transforma kwa maisha yote, na PLL (kW) ni hasara na mchango wa transforma kwa maisha yote.

Kutoka pande ya umeme au wateja wa kiwango cha biashara, hisabati za TCO pia ni tofauti. Mchakato wa kutathmini hasara za transforma kwa umeme huambatana na kuelewa na kutathmini gharama zote za umeme kutoka kutengeneza, kutuma, na kushiriki, kusababisha mifano ya hisabati magumu. Kwa upande mwingine, mchakato wa kutathmini hasara za transforma kwa wateja wa kiwango cha biashara huambatana na kuelewa na kutathmini bei za umeme wakati wa kutumika kulingana na muda uliyopanga.

A. Maelezo ya Mchakato

Kofeshi (A, B) zilipimwa kwa transforma ya 16MVA iliyounganishwa na stesheni ya solar (Figure 1). Tulitumia njia istandaridu kwa kutathmini thamani za A na B katika hisabati zetu.

Kwa lengo hili, lazima kutoa suluhisho kwa mlinganyo ifuatayo:

3. Tathmini ya Footprint wa Carbon

Lengo letu ni kutengeneza njia ya kutathmini na kuchambi footprint wa carbon (CF) mzuri wa transforma. "CF huangalia jumla ya matumizi ya gesi za carbon dioxide ambazo zimehusishwa moja kwa moja au imezidi kwa muda wa kiwango cha bidhaa." Inaweza pia kusema juu ya gesi za carbon dioxide (CO2) na gesi ng'ombe ng'ombe za greenhouse (GHG) (kama vile methane, nitrous oxide, nd cetera) zinazohusiana na bidhaa. CF ni sehemu ya data ambayo linahusishwa kwa LCA yenye kina. LCA ni njia istandaridu ya kimataifa (ISO 14040, ISO 14044) inayotumika kwa kutathmini gharama za kimazingira na matumizi ya rasilimali kwa muda wa kiwango cha bidhaa. Hivyo basi, CF ni LCA inayohusishwa kwa pekee kwa matumizi ambayo huathiri mabadiliko ya tabia.

Ni vifo vya kwanza kwa kutathmini CF: utaratibu wa process-based (PA) au utaratibu wa environmentally extended input-output (EIO). Utaratibu wa PA ni mtazamo wa chini kuelekea juu unayohusisha athari za kimazingira ya bidhaa moja kutoka kutengeneza hadi kukata. Utaratibu wa EIO unategemea mtazamo wa juu kuelekea chini kwa kutathmini CF.

Algorithimu wa Product Attribute to Impact (PAIA) unaelezea njia ya kimataifa ya kutathmini CF ya aina mbalimbali za bidhaa za umeme, kama vile mashine za umeme zinazozuruka, nd cetera. Njia hii huthibitisha CF ya motors wakati wa kutengeneza, kutumika, na kuruduliwa. Hata hivyo, njia ya PAIA haijawahi kutumika kwa kutathmini CF ya transforma.

Pia, mifano ya economic footprint zinazotathmini zinachukua mifano iliyochaguliwa tu (Figure 2), isipokuwa na transforma mbili zinazotengenezwa vizuri. Kwa sababu ya muda mrefu wa kutumika wa transforma, gharama za huduma zinazohusisha kurejesha kwa karibu zinahitaji viunzo vya ziada na muda ulio planifikwa. Gharama zote hizi hazijawahi kutathmini wakati wa bidding. Baada ya kutumia mila ya Industry 4.0—huduma ya kusikitisha—zinaweza kutathmini tangu awali ya kujenga vyombo.

3.1 Viwango vya Capitalization

Kwa ajili ya lengo hili, viwango vya capitalization ni ifuatavyo:

Kwa kawaida r inatafsiriwa kama mlinganyo wa malipo kwa soko la usafirishaji. Hii mara nyingi hupanda kati ya 5-10%, na tulichagua 6.75% kwa hisabati zetu. Katika hali hii, miaka yasiyofikiwa ya tafsiri (t) ni 25. Katika mlingani (4), p inatafsiriwa kama umma wa mwelekeo wa umeme wa mwaka kwa kW wa maombi ya juu. Mlingani wa maombi unatafsiriwa kama uwiano wa maombi ya juu hadi chaguo cha tafsiri (0.65). Kifanya cha kurejesha kiwango cha kiwango (f) kinatambua jumla ya gharama za muda ambazo zinahesabiwa kwa fedha za sasa. Bei ya umeme wa sasa katika Ulaya ya Msiba ni 0.05 euro (€/kWh). Mlingani wa upungufu wa ongezeko (LLF) unatafsiriwa kama uwiano wa wastani wa upungufu wa nguvu kwa muda fulani hadi upungufu wa wakati wa maombi ya juu. Mlingani wa ongezeko (LF) ni wastani wa ongezeko wa tafsiri kwa muda mzima wa maisha yake, unaelezwa kama asilimia sawa ya wastani hadi maombi ya juu. Katika hali yetu, kwa viwanja vya umeme wa jua, LF=25%, hivyo LLF ni 0.15625 (Chapisho 1).

Kutokana na mlingani (4,5), viwango vya kirejesha (A, B) vinaweza kuhesabiwa. Katika mlingani (4,5), msingi wa 8760 unaelezea masaa ya miaka ya tafsiri. Katika mlingani (B), gharama za upungufu wa ongezeko zinahesabiwa. Kati ya tafsiri zote, tafsiri yenye gharama chache na inayotumia umeme vizuri zaidi ni hiyo inayopunguza TCO (Chapisho 2).

A. Chidhini ya Kutathmini Athari ya Carbone

Kama vile mlingani wa TCO, chidhini inaweza kutengenezwa ili kutathmini athari ya carbone (CF) ya tafsiri za umeme:

TCO2 = BCP + A* · PNLL + B* · PLL

katika hali hii TCO2 inatafsiriwa kama athari ya carbone iliyohesabiwa (g), BCP inatafsiriwa kama athari ya carbone iliyohesabiwa wakati wa ujenzi wa mashine. A* na B* ni viwango vya kirejesha vya kuhesabu utokaji wa karbondaioksaidi (kg/kW) wakati wa maisha yanayohitajika ya tafsiri.

Kuhesabu haya viwango vya kirejesha viwili, vitu tatu vya majini ya nyumba (GHG) vinavyowahusika: karbondaioksaidi (CO2), metan (CH4), na oksaidi ya nitrojeni (N2O) kwa kila aina ya mafuta yanayotumika katika mtandao wa umeme. Kwa sababu ya kuhesabu kutumia ufugaji wa ukame wa mchanga, tafsiri itakayopunguza uzito wa chini na kupunguza upungufu wa juu. Utokaji wa metan na oksaidi ya nitrojeni unabadilishwa kuwa tofauti ya CO2 kwa kuzidisha kwa viwango vyao vya kihatarifu cha kikosa cha dunia (I):

katika hali hii ei ni msingi wa kutokaja katika vipimo (tCO2/MWh), wakati eCO2,i, eCH4,i na eN2O,i ni viwango vya kutokaja vya karbondaioksaidi, metan, na oksaidi ya nitrojeni kwa kila aina ya mafuta (i), yote kwa vipimo (t/GJ). Msingi wa 0.0036 unatumika kubadilisha GJ kwa MWh. Kwa mafuta i, ni inatafsiriwa kama ubora wa kutumika wa mafuta i katika mtandao wa usafirishaji (kwa asilimia %), na λi inatafsiriwa kama asilimia ya upungufu wa nguvu kwa mafuta i katika mtandao wa usafirishaji. Makala hii hutumia λi = 8% kwa hesabu za kila aina ya mafuta.

Kutumia data za muundo wa nishati wa Hungary, thamani za A*=425 kgCO2/kW na B*=66.5 kgCO2/kW zilipatahesabiwa.

4 Mtindo wa Tafsiri

Mtindo wa tafsiri wa umeme unatumia sehemu sahihi ya mbili ya windings (core na windings). Mtindo huu unatumika sana katika hatua za kuanzishwa za kudhibiti kwa sababu ya ukubwa wa sehemu sahihi undani unaelezea ukubwa wa tafsiri kamili. Sifa geometri na elektroni za tafsiri zinamodeliwa kwa kutumia viwango muhimu vya kujenga. Mataraji haya yanapitishwa sana katika biashara, yanatoa uwepo mzuri wa kukwepa upungufu wa copper na core kabisa kwa kudhibiti matumizi mengi ya vibambo vya core na windings.

Mtindo wa tafsiri wa kuanzishwa unaelezea migamba ya nje ya vigezo muhimu, ambayo ni inayostahimili kwa hesabu za gharama za awali. Kuelewa viwango hivi vya kujenga vinazidi kazi ya muhandisi, na viwango vya kujenga vilivyovitambulika vinaweza kupewa kwa kutumia njia rasmi (Chapisho 2). Wafanyibiashara wa tafsiri wa Ulaya na Amerika hutumia njia za kudhibiti dhima zinazegawanyika katika kijiji.

5 Utafiti wa Metaheuristik

Mtindo wa tafsiri unatumia programu geometri ambayo husuluhishwa na algorithumu za metaheuristik ili kutatua mlingani wa hisabati wa tatizo la kudhibiti kwa awali. Viwango viwili vinatengeneza ubora wa solvers za programu geometri. Kwanza, solvers za GP zinazotumia interior-point-based zinazozingatiwa zinazozingatiwa zinazozingatiwa. Pili, sheria za kujenga mlingani wa programu geometri zinapatikiza kuwa suluhisho linalopewa ni bora la kimataifa. Mlingani wa sawa na wasiwasi wanapaswa kuelezwa kwa kutumia fomu maalum za hisabati zinazoitwa monomials (10) na posynomials (11).

Katika hali hii ck>0, viwango vya α ni viwango vya halisi, na thamani za x variables zinapaswa kuwa chanya. Tatizo la kudhibiti gharama la tafsiri za shell-type unaweza kutengenezwa katika fomu geometri maalum. Lakini njia hii ya kudhibiti hisabati haipouweki kutumika kwa tafsiri za core-type kwa sababu tafsiri za core-type zina hitaji la chini wa impedance za short-circuit. Kwa hivyo, kwa kuchanganya njia ya GP na njia ya branch-and-bound, tarehe nzuri na ya kutosha imetengenezwa.

6 Matokeo na Mapendeleo

A. Viwango Vya Teknolojia Vya Tafsiri ya Kutest

Michezo ya pimuu zilifanyika kwenye msemaji wa nguvu wa 16MVA na kiwango cha umbo la volti la 120kV/20kV. Malengo ya pimuu yalikuwa ni Jumla ya Gharama za Uuzito (TCO) katika kesi ya kwanza na Chini ya Jezi ya Karboni (CF). Mzunguko wa grid ulikuwa 50Hz, na ukosefu wa impendansi wa short-circuit unayotakikana ulikuwa 8.5%. Viwango vilivyochaguliwa kulingana na viwango. Mbinu ya kuputa moto kwa msemaji ilichaguliwa kuwa ONAN, na joto la mazingira lilikuwa limeelezeke kama 40°C. Kwa hivyo, chini cha mwanga wa mawingu kwa msemaji mkuu ulikuwa umewekwa kuwa 3A/mm², na kwa msemaji wa tap changer kama 3.5A/mm².

Msemaji wa volti chache (mkuu) uliundwa kama msemaji wa helical na CTC (Continuously Transposed Cable), na msemaji wa volti juu (mtaa) uliundwa kama msemaji wa disc na mitindo miwili. Kutokana na matukio ya ujaza wa materiali ya core na overvoltage ya grid, kiwango cha flux density chenye maximum kilikuwa limelimitika kuwa 1.7T. Ubora wa insulation wa chini ulikuwa umechaguliwa kulingana na kanuni za tajriba. Gharama ya electrical steel ilichaguliwa kuwa 3.5€/kg, na gharama ya materiali ya msemaji kama 8€/kg. Gharama ya jezi ya karboni kwa ujenzi wa electrical steel ilikuwa 1.8kgCO2/kg, na kwa copper 6.5kgCO2/kg.

Matokeo ya uzalishaji umuhimu yamewekwa kwenye Meza 2. Kutokana na matokeo, inaweza kuonekana kuwa umuhimu mzuri wa muuzaji wa transformer kati ya uundaji wa CF ni chini zaidi kuliko umuhimu baada ya tathmini ya TCO. Mawasiliano ya kiwango cha viti kwa transformer ni sawa na uwiano wa copper-na-iron, na maadili yako sawa katika mbalimbali miaka. Sarafu za msingi ni chache sana katika mbalimbali miaka, hakuna tofauti kubwa. Kwa sababu ya LLF ndogo ya viwanja vya nguvu ya jua, gharama za sarafu za msingi ni juu zaidi kuliko gharama za sarafu za ongezeko. Tofauti kuu inakusudiwa kwenye sarafu za copper, ambazo ni chache zaidi kuliko hali ya TCO. Kwa sababu ya uwiano wa bei wa smelting wa base na ferrous metals unaelekea juu zaidi kuliko uwiano wa gharama za core na copper, na CF wa vitu vilivyotumika ni juu zaidi kuliko CF wa sarafu za umeme, programu ya uundaji inaweza kupendelea kujenga vifaa vinavyotumia copper chache ili kuridhisha CF wa transformer. Kwa sababu ya tofauti kubwa kati ya CF wa bei za umeme na CF wa smelting wa copper/iron, programu inapenda kujenga vifaa vidogo vya umuhimu chache kuliko hesabu iliyofanyika kwa njia ya TCO.

7 Muhtasara

Sasa, hakuna njia tayari imetambuliwa kwa urahisi ya kutathmini carbon footprint wa transformers wa umeme. Katika eneo la baada ya kiuchumi, tathmini za carbon footprint katika vitabu vilivyotengenezwa vilivyotambuliwa kwa undani. Lakini, transformers wa umeme wakuu wanajenga kwa ajili ya vyanzo vya kiuchumi tofauti. Ili kupanga vifaa vilivyoundaji, vilivyoundaji viwili vilivyoundaji vilivyofanyika katika mfano wa kutosha. Katika hali ya kwanza, uundaji wa TCO ulifanyika; katika hali ya pili, carbon footprint wa transformer ulipunguza. Matokeo yanatudumu kuwa tathmini ya carbon footprint inaweza kupata transformers wenye umuhimu chache kuliko njia za TCO za zamani. Hii inaweza kuwa kwa sababu ya gharama za mazingira ya mikono kubwa kwenye mchakato wa utengenezaji ni juu zaidi kuliko sarafu zao kwenye grid. Utafiti unaweza kutathmini athari ya mazingira ya muda wa kutengeneza, huduma, kutumia mafuta mpya ya kujifunika na kulelea, au kutiririsha transformer.