اختيار التصميم الأمثل والاعتبارات الرئيسية لمحولات مزارع الرياح

1 أهمية اختيار وتصميم مثالي لمحولات طاقة الرياح في مزارع الرياح

مع انتشار أنظمة الطاقة من الرياح، يتم دمج المزيد من محولات الطاقة، مما يزيد من سعة المعدات الإجمالية والخسائر التشغيلية. المحولات التي تصنع أساساً من صفائح السيليكون الصلب والنحاس الملفوف والأفلام، صعبة التصميم أيضاً. لذا، هناك حاجة للتصميم الأمثل والاختيار العلمي لتلبية المتطلبات الفنية والمعايير الوطنية وتوقعات المستخدمين.

لضمان تشغيل المحولات بشكل مستقر، يجب دراسة ظروف التشغيل والسياقات الخدمية وأساليب التصميم والمبادئ. بناء نموذج تصميمي مثالي، واستخدام الأساليب العلمية للتحليل وحل المشكلات، وإنشاء تصميم فعال من حيث التكلفة.

باختصار، يعزز التصميم الأمثل استخدام طاقة الرياح وتعزيز الطاقة النظيفة وتحكم خسائر الشبكة وجودة المنتج والاستقرار في المحولات، مما يساهم في تطوير الطاقة من الرياح. أثناء التصميم، يجب اختيار محولات مزارع الرياح بشكل علمي. مع البحث العميق، يقوم الخبراء بدمج تقنيات تكنولوجيا المعلومات، مثل خوارزميات الجينات والزحف الجسيمي والشبكات العصبية. تساعد تطبيق هذه الأساليب في تصميم محولات أكثر ملاءمة.

2 خصائص ومتطلبات تقنية محولات طاقة الرياح في مزارع الرياح

غالباً ما تستخدم محولات طاقة الرياح الحالية في مزارع الرياح بنية مجتمعة. يتم ترتيب مظهرها وصناديق التحكم في الجهد العالي والمنخفض بشكل "دبوس" أو "شبكة"، حسب مواقع التركيب. صندوق الجهد المنخفض يتصل بمخارج أجهزة توليد الرياح.

قد تكون هناك قصر بين الأطوار في الخطوط الناقلة بين الأجهزة والمحولات. تحتوي الأجهزة على حماية ذاتية لحماية المحولات. يتم تركيب مفتاح قاطع على جانب حماية المحول. يضيف المصممون محددات التيار ومفاتيح التحكم في الحمل على الجانب ذو الجهد العالي. بسبب الجهد العالي والعرضة للاندفاعات الكهربائية من جانب الشبكة، يتم تركيب حماية الصواعق على الجانب ذو الجهد العالي.

2.1 خصائص التشغيل

تتميز المولدات بسعتها الصغيرة. قد تتجاوز رياح عالية تصنيفات الأجهزة، مما يؤدي إلى تفعيل الحماية الذاتية لتقييد أو إيقاف التشغيل. ثم تعمل المحولات المتصلة بحمل منخفض، مما يؤدي إلى فترة تحميل زائدة قصيرة بشكل عام.

تحتاج المحولات إلى تصميم هيكل قوي. توجد مزارع الرياح في مناطق معقدة مثل الهضاب والغوبية أو البحر. تتطلب هذه المناطق تصميماً هيكلياً متخصصاً ووظائف (راجع الشكل 1 لمبادئ تصميم هيكل المحول).

3 المتطلبات التقنية

• إنتاج حراري منخفض: تتأثر مزارع الرياح بشدة بالمواسم، ولدى المحولات فترات طويلة بدون تحميل. لذا، خلال التصميم، يجب تقليل الخسائر بدون تحميل. اختيار موقع التثبيت بشكل علمي لتحقيق تبديد حراري فعال، مما يسمح بالتشغيل عالي السرعة حتى تحت الحمل.

• مقاومة قوية للأحوال الجوية والتآكل: في المناطق الساحلية الغنية بالرياح، يمكن أن تضر الأحوال الجوية القاسية بالمحولات. بدون أجهزة حماية للمولدات، يمكن أن يؤدي التعرض والتآكل إلى فشل التشغيل.

• خفيف الوزن، صغير الحجم، قوي وسهل التركيب والتشغيل: نظرًا لصغر المساحات غير النظامية للتثبيت، عند اختيار المحولات، يجب مراعاة المساحة الآمنة بين المعدات وسعة الوحدة والوزن. تصميم بأحجام وأشكال وزن مناسب. تحتاج وحدات توليد الرياح إلى نقل ورفع مخصص بناءً على المسافات لتجنب الاصطدامات والاهتزازات وتعزيز القوة الميكانيكية.

• الميزات التقنية للمحولات: في بعض مزارع الرياح، تواجه أجهزة توليد الرياح تحديات المرور والبيئة الطبيعية، مما يجعل الصيانة صعبة و дорогой. عمليات الإصلاح الكبيرة تسبب انقطاعات طويلة، مما يؤثر على الكفاءة. لذا، يجب اختيار محولات اقتصادية وموثوقة وآمنة. التصميم من عدة زوايا: استخدام بنية خزان مجزأة للاتصالات بين مفاتيح الحمل والمحولات. يجب أن تتوافق الخزانات مع المعايير الوطنية فيما يتعلق بالحجم والضيق. بالنسبة لكابلات الجهد العالي، اتبع "واحد دخل، واحد خرج". قم بتثبيت أجهزة تبديد الحرارة مع أجهزة الحماية لمنع الاصطدامات والتسرّب. يتم عرض بنية خزان المحول في الشكل 2.

4 اختيار وتصميم مثالي للمحولات الرئيسية في مزارع الرياح
4.1 أساليب تبريد المحولات

تستخدم المحولات أساليب تبريد مختلفة، وهي أساساً الغمر بالنفط والجاف والعازل بالغاز. المحولات الغامرة بالنفط صغيرة ومقاومة للجهد العالي وجيده في تبديد الحرارة ولكنها عرضة لتسرب النفط أو الحقن أو الاحتراق في حالات الأعطال ذات الحرارة العالية، مما يستهلك الكثير من الطاقة ويلوث البيئة - لذا يجب الاختيار بحذر. المحولات الجافة آمنة ونظيفة ومقاومة للحريق وسهلة الصيانة ومقاومة للقص القصير، ومع ذلك فهي كبيرة وصعبة التركيب. المحولات المعزولة بالغاز تستخدم غازاً غير سام وغير قابل للاحتراق كوسيلة، وببنية مشابهة لأنواع الغمر بالنفط. تتجنب هذه الأنواع العيوب أعلاه، وسهلة الصيانة ومن الجدير بالترويج لها.

4.2 حماية الأجنحة المبردة

تحتوي خزانات محولات مزارع الرياح على ثلاثة أجزاء: المبرد وخزان النفط والغرفة الأمامية، مع الحاجة لحماية المبرد بشكل أساسي. بما أنها غالباً ما يتم تثبيتها في بيئات صحراوية ساحلية قاسية، عرضة للتلف البشري، يتم وضع غطاء من الصفائح الحديدية حول المبرد عادة. يمنع هذا الاصطدامات ويضمن تبديد الحرارة، لذا يحتاج الخزان والغطاء إلى تصميم علمي.

4.3 تصميم خزان مجزأ لمفاتيح الحمل

نظرًا لبيئة وظروف تشغيل محولات مزارع الرياح، تحتاج مفاتيح الحمل والمحولات إلى تصميم خزان مجزأ:

• ربط مخرج المحول بالخط الرئيسي؛ ضمان كفاءة تشغيل عالية لمفاتيح الحمل في المحولات المركبة العادية.

• تتسبب الأقواس من مفاتيح الحمل الداخلية أثناء التشغيل في تقدم عمر الزيت العازل وتراكم الكربون، مما يضر بالعزل. لذا، يمكن أن يضمن خزان زيت ثابت، منفصل عن خزان المحول نفسه ومصمم بشكل مستقل، التشغيل المستقر.

5 التطبيق العملي للتصميم الأمثل

يوفر تحسين المعلمات والمتغيرات وظروف التشغيل عبر خوارزمية السرب المُحدّثة التصميم الأمثل للمحولات. مقارنة بالمخططات العادية، يقلل من استهلاك المواد والتكلفة، ويحسن الخسارة تحت الحمل والتيار بدون تحميل وارتفاع درجة حرارة الملفات والزيت. رغم انخفاض استهلاك المواد، تزداد الخسارة تحت الحمل. لذا، يجب التصميم بناءً على التشغيل الفعلي، وتحليل المواد والخسارة وتكلفة التصميم لاختيار أفضل مخطط.

6 الخاتمة

في بناء وتشغيل مزارع الرياح، تأكد من تشغيل نظام الطاقة بشكل مستقر من خلال اختيار المحولات بشكل علمي وفقًا للاحتياجات الفعلية والمعايير لتعظيم دورها. نظرًا لتصميمها الخاص وظروف تشغيلها، يجب التصميم بشكل علمي وفقًا للمعايير الوطنية والخبرة والمميزات الخاصة؛ تحسين العمليات، دمج المفاهيم الجديدة ومقارنة المخططات للتأكد من أن المخطط النهائي يلبي المتطلبات.