راه‌حل بهینه‌سازی اقتصادی ترانسفورماتور فتوولتایی: مسیرهای کلیدی برای کاهش هزینه و افزایش کارایی

Ⅰ. زمینه مسئله
در ایستگاه‌های توان خورشیدی، ترانسفورماتورهای بالابر دارایی در کانتینر (که به عنوان "ترانسفورماتورهای PV" شناخته می‌شوند) حدود ۸٪-۱۲٪ سرمایه‌گذاری کل تجهیزات را تشکیل می‌دهند، در حالی که ضایعات آنها بیش از ۱۵٪ ضایعات کل ایستگاه را شامل می‌شود. روش‌های انتخاب سنتی اغلب هزینه‌های چرخه حیات (LCC) را نادیده می‌گیرند که منجر به ضررهای اقتصادی پنهان می‌شود.

Ⅱ. چالش‌های اقتصادی اصلی

1. هزینه‌های اولیه بالا
   • قیمت‌های بالایی برای تجهیزات وارداتی با کیفیت بالا؛ جایگزین‌های داخلی هنوز بهینه نشده‌اند.
2. ضایعات بدون بار/با بار بیش از حد
   • ضایعات انرژی سالانه از ترانسفورماتورهای ناکارآمد می‌تواند ۰.۵٪-۱.۲٪ تولید کل برق را شامل شود.
3. هزینه‌های نگهداری غیرقابل کنترل
   • خرابی‌های مکرر منجر به ضررهای توقف عملیات می‌شود؛ هزینه‌های تعمیر در مناطق دورافتاده دوبرابر می‌شود.
4. استفاده کم از ظرفیت
   • طراحی بیش از حد باعث عملکرد طولانی مدت با بار کم و کاهش کارایی می‌شود.

Ⅲ. راه‌حل‌های بهینه‌سازی اقتصادی

1. استراتژی اندازه‌گیری دقیق: اجتناب از اضافه‌ظرفیت
   • مدل تطبیق ظرفیت پویا
   استفاده از داده‌های تابش محلی + نسبت DC به AC (معمولاً ۱.۱-۱.۳) برای محاسبه نرخ بار ترانسفورماتور بهینه (توصیه شده ۷۵٪-۸۵٪).
   مثال: یک ایستگاه ۱۰۰MW ترانسفورماتورهای معمولی ۱۶۰MVA را با واحد‌های اختصاصی PV ۱۲۰MVA جایگزین کرد که باعث کاهش سرمایه‌گذاری اولیه به ۲.۲M یوان در حالی که ضایعات بار حفظ می‌شود.
   • بهینه‌سازی سطح ولتاژ
   استفاده از ۳۵kV (در مقابل ۳۳kV) برای ولتاژ متوسط هزینه کابل‌ها را ۷٪-۱۰٪ کاهش می‌دهد و هزینه خرید تجهیزات داخلی را کاهش می‌دهد.
2. تکنولوژی کنترل ضایعات: هسته کاهش هزینه‌های چرخه حیات
   • مواد با ضایعات کم
   ترانسفورماتورهای با هسته ناهمگن ضایعات بدون بار را ۶۰٪-۸۰٪ کاهش می‌دهند. با وجود هزینه اولیه ۱۵٪-۲۰٪ بیشتر، بازده سرمایه‌گذاری در ۳-۵ سال (محاسبه شده در ۰.۴ یوان/کیلووات ساعت) به دست می‌آید.
   • تنظیم هوشمند ظرفیت
   چنگک‌های تغییر تاپ تحت بار (OLTC) امکان عملکرد در حالت کم ظرفیت در دوره‌های تابش کم را فراهم می‌کنند که باعث کاهش بیش از ۴۰٪ ضایعات بدون بار می‌شود.
3. همکاری بومی‌سازی و استانداردسازی
   • جایگزینی اجزای اصلی داخلی
   استفاده از نوارهای نانوبلوری تولید داخل (۳۰٪ ارزان‌تر از Hitachi Metals) و سیستم‌های ریزنگاری رزین.
   • طراحی ماژولار
   زیرایستگاه‌های هوشمند PV پیش‌ساخته (ترانسفورماتورهای یکپارچه، واحد‌های حلقه اصلی، سیستم‌های نظارت) هزینه نصب محلی را ۲۰٪ کاهش می‌دهند و زمان را ۱۵ روز کوتاه‌تر می‌کنند.
4. سیستم هوشمند O&M: کاهش هزینه‌های پنهان
   • ترمینال‌های نظارت IoT
   تعقیب زمان حقیقی دما، تخلیه جزئی و جریان‌های زمین‌گذاری هسته بهینه‌سازی چرخه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد و توقف‌های غیرمنتظره را کاهش می‌دهد.
   داده: تشخیص هوشمند MTBF را به ۱۲ سال افزایش می‌دهد و هزینه‌های O&M را ۳۵٪ کاهش می‌دهد.
   • شرکت در پاسخ تقاضای شبکه
   تنظیم تاپ‌های ترانسفورماتور برای پشتیبانی ولتاژ درآمد خدمات جانبی شبکه را ایجاد می‌کند (۳۰-۸۰ یوان/MW·رویداد).
5. کاربردهای اهرم مالی
   • ابزارهای مالی سبز
   استفاده از وام‌های سبز با هزینه کم (۱۰٪-۱۵٪ کمتر از نرخ مرجع) برای خرید تجهیزات کارآمد.
   • قرارداد عملکرد انرژی (EPC)
   فراهم‌کنندگان تضمین آستانه کارایی را ارائه می‌دهند و در صورت عدم رسیدن به آن، اختلاف هزینه برق را جبران می‌کنند.

Ⅳ. کمی‌سازی اقتصادی (مثال ایستگاه ۱۰۰MW)