Какви са мерките за спестяване на енергия за подстанциите?

Модернизиране на остаряло оборудване на трансформаторни подстанции за по-добра ефективност

Идентифицирайте остарели активи с високи загуби: трансформатори, разпределителни устройства и реактори, които допринасят за 12–18 % паразитни загуби

По-старите подстанции обикновено имат всевъзможни остарели устройства като трансформатори, комутационна апаратура и реактори, които просто поглъщат енергия. Тези старите компоненти всъщност губят около 12–18 % от цялата енергия, която подстанцията потребява, особено когато са в бездействие. Трансформаторите с износени сърцевини губят повече мощност поради проблеми с намагнитването и онези досадни вихрови токове. С времето комутационната апаратура също се влошава, тъй като контактите натрупват съпротивление, което води до проблеми с прегряването. Реакторите също не са ефективни, тъй като магнитните им полета вече не се свързват правилно. За да се засекат тези проблеми, преди да се влошат, техниците обикновено използват термални камери за откриване на прекалено загрети участъци, провеждат тестове за частични разряди, за да проверят състоянието на изолацията, и инсталират точни броячи, за да измерят точно колко енергия се губи. Изпълнението на такъв инспекционен процес помага на екипите за поддръжка да определят първо кои компоненти изискват най-неотложно внимание. По този начин те могат да отстранят най-големите причинители на загуби, без да е необходимо да заменят всичко наведнъж, спестявайки пари и намалявайки загубите на електрическа енергия.

Приоритизирайте ретрофит проекти с висок ефект: трансформаторите с аморфен метал и вакуумните прекъсвачи значително намаляват загубите при празен ход и при превключване

Съсредоточете усилията си за модернизация върху областите, които осигуряват най-голяма ефективност при подобренията на енергийната ефективност. Две особено изтъкнати опции са трансформаторите с аморфно метално ядро и вакуумните прекъсвачи. Аморфните трансформатори работят по различен начин, тъй като ядрата им са изработени от некристални сплави вместо от обикновена стомана. Тази конструкция намалява онези досадни загуби при празен ход приблизително с две трети спрямо традиционните модели, което означава по-малко загубена енергия, когато системите не са в активна експлоатация. Вакуумните прекъсвачи също представляват революционно решение, тъй като използват вакуум вместо въздух или масло за гасене на електрическите дъги по време на комутационни операции. Те прекъсват тока значително по-бързо и по-чисто, намалявайки комутационните загуби с около 40 %. При вземането на решение къде да инвестирате, първо анализирайте профила на натоварването и извършете няколко основни изчисления на разходите. Например при главните трансформатори на подстанции замяната на старите единици често води до годишни спестявания само от енергийни разходи над 10 000 щ.д. Следователно тези модернизации не само повишават ефективността, но и имат по-дълъг срок на експлоатация между подмяните, изискват по-рядко техническо обслуживание и помагат на електроснабдителните компании да постигнат своите екологични цели чрез просто намаляване на енергопотреблението на подстанциите, когато те са в режим на „чакане“.

Внедряване на поддържане, базирано на състоянието, за минимизиране на енергийните загуби в подстанции

Замяна на графиците, основани на време, с мониторинг, задвижван от сензори: термична визуализация, частични разряди и газова хроматография на маслото (DGA) удължават срока на експлоатация на оборудването и намаляват бездействащите загуби до 22%

Преходът от поддържане по разписание към мониторинг, базиран на състоянието, намалява загубите на енергия и удължава срока на експлоатация на активите. Топлинното визуализиране следи трансформаторите за необичайно натрупване на топлина, преди положението да излезе изпод контрол. Датчиците за частичен разряд откриват проблеми с изолацията в разпределителните устройства и изолаторите още в началния им стадий. Съществува и анализ на разтворените газове (DGA), който наблюдава оборудването, пълнено с масло, за ранни признаци като дъгов разряд, прегряване или коронен ефект, чрез анализ на газове като водород, метан и етилен. Когато тези датчици регистрират отклонения, надвишаващи определени гранични стойности, поддръжката се извършва само при необходимост. По този начин оборудването обикновено остава в експлоатация с още около 15–20 години. Спестяванията също се натрупват. Обектите могат да намалят паразитните загуби при холост ход с около 22 %, което означава, че системите им работят по-ефективно дори когато отделни компоненти започнат да се повреждат. Според проучване от 2023 г. на Института Понемон това се равнява на приблизително 740 000 щ.д. спестявания всяка година само по енергийните разходи.

Стандартизиране на критичните изпитвания: Годишната проверка на контактното съпротивление и чистотата на SF6 предотвратява средно увеличение на загубите при натоварване с 7,4 %

Редовните годишни проверки правят цялата разлика, когато става дума за енергийна ефективност в електрическите системи. Двете най-важни изпитвания са измерването на контактното съпротивление в прекъсвачите и проверката на чистотата на газа SF6 в превключвателните уредби с газова изолация. Когато контактното съпротивление се повиши поради окисляване, проблеми с подравняването или просто износване, това води до онези досадни загуби I²R. Само 10% увеличение може да струва около 3,2 милиона ватчаса загубена енергия всяка година за всеки прекъсвач. От друга страна, ако чистотата на газа SF6 падне под този „магически“ праг от 99 %, диелектричната якост намалява значително. Това означава, че за гасене на дъга се изисква до 40 % повече енергия, което повишава работното напрежение и води до по-големи реактивни загуби в цялата система. Задължителното провеждане на тези изпитвания и воденето на записите им помага да се избегне типичното увеличение с 7,4 % в техническите загуби, което се наблюдава в трансформаторните подстанции без надлежащ мониторинг. Ранното отстраняване на проблемите спестява и пари. През петгодишен период обектите могат да загубят над 220 000 щ.д. за сметка на загубена енергия. Освен това поддържането на добри резерви за регулиране на напрежението става значително по-лесно — нещо абсолютно критично за осигуряване на стабилността на цялата електрическа мрежа по време на периоди на връхно натоварване.

Внедряване на интелигентна автоматизация на подстанции за оптимизация на енергията в реално време

Модернизиране на системите за управление: гранични контролери, съвместими с IEC 61850, осигуряват динамична оптимизация на реактивната мощност (+27 % ефективност)

Старите подстанционни системи за управление разчитат на фиксирани настройки на кондензаторни батерии и бавни превключватели на трансформаторни намотки, което води до постоянни проблеми с реактивната мощност при променящи се натоварвания. Когато модернизираме тези системи чрез съвременни крайни контролери, съвместими с IEC 61850, нещата се променят напълно, тъй като те могат да вземат решения почти мигновено точно на мястото на произхода. Тези съвременни устройства използват актуални данни за нивата на напрежение, токовия поток и температурите, за да коригират реактивната компенсация според нуждите. Те по същество включват и изключват кондензатори и регулират трансформаторните стъпки в зависимост от това какво действително се случва в реално време. На практика полевите изпитания показват около 27 % по-малки загуби от реактивна мощност в сравнение с по-старите статични системи, както и по-добра регулация на напрежението в рамките само на ±1,5 % вместо по-широкия диапазон от ±3 %. Каква е стойността на това? То предотвратява ненужната работа на релета при провали или върхове на напрежението и избягва скъпи проблеми с претоварване на преносната мрежа, особено по време на натоварените часове на пиковото потребление. Ако се проучи която и да е регионална оценка на електрическата мрежа, става ясно, че системите, които не са били модернизирани, са изложени на сериозни рискове, като техническите загуби потенциално могат да достигнат 15 %.

Интегриране на аналитика, задвижвана от изкуствен интелект: предиктивното откриване на неизправности намалява събитията на енергийно разтоварване и неплануваните прекъсвания с 31 % (IEEE PES 2024)

Традиционните системи SCADA просто не са достатъчно ефективни за откриване на бавно развиващи се проблеми, които в крайна сметка водят до повреди на оборудването. Това често води до аварийни спирания и т.нар. „изхвърляне на енергия“, при което електроцентрали трябва да намалят производството си само за да поддържат баланса в електрическата мрежа. Новите инструменти за аналитика, базирани на изкуствен интелект, обединяват разнообразни източници на информация, включително архивни данни за предишната производителност, реалновременни измервания на температурата, сигнали от частични разряди и дори местните метеорологични условия. Тези системи могат да регистрират предупредителни признаци, свързани с неща като повредени намотки, проникване на влага в изолаторите или разлагане на трансформаторното масло. Алгоритмите за машинно обучение откриват проблемите около две до три седмици преди действителното настъпване на повредата, което дава възможност на операторите да отстранят неизправностите, преди те да се превърнат в кризисни ситуации. Според проучване, публикувано миналата година от Обществото по електроенергетика и енергетика на IEEE, тези напреднали системи намаляват събитията на „изхвърляне на енергия“ и непредвидените прекъсвания с около 31 процента. При типична подстанция с мощност 500 мегавата това означава възстановяване на приблизително пет гигаватчаса електроенергия всяка година, както и избягване на скъпи глоби за несъответствие в баланса на мрежата. Ранното вмешателство също води до дългосрочна икономия, тъй като трансформаторите се нуждаят от замяна приблизително четири години по-късно от обичайното, защото операторите могат да отстраняват горещи точки и други дефекти, преди те да станат толкова сериозни, че да изискват пълна замяна.

Често задавани въпроси

В: Какви са паразитните загуби в подстанциите?

О: Паразитните загуби се отнасят до енергията, която се губи поради неефективно оборудване, когато подстанциите са в режим на готовност. Старото оборудване може да допринася до до 18 % от тези загуби.

В: Защо аморфните метални трансформатори са по-ефективни?

О: Аморфните метални трансформатори имат сърцевини, изработени от некристални сплави, което намалява загубите при празен ход с около две трети спрямо традиционните модели.

В: Каква полза имат подстанциите от аналитиката, задвижвана от изкуствен интелект?

О: Аналитиката, задвижвана от изкуствен интелект, помага за предиктивно откриване на повреди, като намалява непланираните прекъсвания и събитията на енергийно изхвърляне чрез откриване на проблеми седмици предварително и предотвратяване на кризи.