Які заходи щодо енергозбереження застосовуються на підстанціях?

Модернізація застарілого обладнання підстанції для підвищення ефективності

Виявіть застаріле обладнання з високими втратами: трансформатори, комутаційне обладнання та реактори, які спричиняють 12–18 % паразитних втрат

Старі підстанції, як правило, обладнані різноманітним застарілим устаткуванням — такими як трансформатори, комутаційне обладнання та реактори, — яке просто «пожирає» енергію. Ці старі компоненти втрачають приблизно 12–18 % всієї електроенергії, споживаної підстанцією, особливо коли вони перебувають у стані простою й нічого не роблять. Трансформатори зі зношеними магнітопроводами втрачають більше потужності через проблеми з намагніченням та так звані вихрові струми. З часом стан комутаційного обладнання також погіршується: контакти набувають опору, що призводить до нагрівання. Реактори також стають менш ефективними, оскільки їхні магнітні поля більше не зв’язуються належним чином. Щоб виявити ці проблеми до того, як вони стануть критичними, техніки зазвичай використовують теплові камери для виявлення перегрітих ділянок, проводять випробування на часткові розряди для оцінки стану ізоляції та встановлюють точні лічильники для вимірювання обсягу втрат електроенергії. Такий процес інспекції допомагає службам технічного обслуговування визначити, які саме компоненти потребують найпершого втручання. Таким чином вони можуть усунути найбільш значущі причини втрат, не замінюючи одразу все обладнання, що дозволяє економити кошти й зменшувати втрати електроенергії.

Зосередьте увагу на модернізації з високим ефектом: трансформатори з аморфного металу та вакуумні вимикачі значно зменшують втрати в режимі холостого ходу та втрати під час комутації

Зосередьте зусилля щодо модернізації на тих ділянках, які забезпечують найбільший ефект у плані підвищення енергоефективності при мінімальних витратах. Дві найбільш перспективні опції — це трансформатори з аморфного металу та вакуумні вимикачі. Аморфні трансформатори працюють інакше, оскільки їхні осердя виготовлені з некристалічних сплавів замість звичайної сталі. Така конструкція зменшує так звані «втрати холостого ходу» приблизно на дві третини порівняно з традиційними моделями, що означає менше втраченої енергії, коли системи не працюють у активному режимі. Вакуумні вимикачі також є революційним рішенням, оскільки вони використовують вакуум замість повітря чи масла для гасіння електричних дуг під час комутаційних операцій. Вони переривають струм набагато швидше й чистіше, скорочуючи комутаційні втрати приблизно на 40 %. При вирішенні, куди інвестувати, спочатку проаналізуйте графіки навантаження та виконайте базові розрахунки витрат. Наприклад, заміна старих трансформаторів на первинних підстанціях часто дозволяє економити понад 10 000 доларів США щорічно лише на енерговитратах. Крім підвищення ефективності, такі модернізації, як правило, мають довший термін служби між замінами, потребують меншої кількості технічного обслуговування та допомагають енергопостачальним компаніям досягати своїх екологічних цілей завдяки просто зниженню споживання електроенергії підстанціями в режимі очікування.

Застосування технічного обслуговування на основі стану для мінімізації втрат енергії на підстанціях

Заміна графіків технічного обслуговування, заснованих на часі, на моніторинг, керований датчиками: тепловізійне дослідження, часткова розрядка та газовий аналіз ізолюючої рідини (DGA) продовжують термін служби обладнання й зменшують втрати в режимі очікування до 22%

Перехід від планового технічного обслуговування до моніторингу стану скорочує втрати енергії та продовжує термін експлуатації активів. Тепловізійне дослідження дозволяє стежити за трансформаторами, вчасно виявляючи незвичайне нагрівання, перш ніж ситуація вийде з-під контролю. Датчики часткових розрядів виявляють проблеми з ізоляцією у комутаційному обладнанні та прохідних ізоляторах на найранішій стадії. Також застосовується аналіз розчинених у маслі газів (DGA), який виявляє ранні ознаки несправностей — такі як електрична дуга, перегрівання або коронний розряд — шляхом аналізу газів, зокрема водню, метану та етилену, у маслонаповненому обладнанні. Коли ці датчики фіксують відхилення, що перевищують певні порогові значення, технічне обслуговування проводиться лише за потреби. Таким чином термін експлуатації обладнання зазвичай збільшується приблизно на 15–20 років. Загалом це також призводить до суттєвого економічного ефекту. Підприємства можуть скоротити паразитні втрати в режимі очікування приблизно на 22 %, що означає більш ефективну роботу систем навіть у разі початку виходу з ладу окремих компонентів. Згідно з дослідженням Інституту Понемона за 2023 рік, це дає економію приблизно $740 000 щорічно лише за рахунок енерговитрат.

Уніфікувати критичні випробування: щорічна перевірка опору контакту та чистоти SF6 запобігає середньому зростанню втрат навантаження на 7,4 %

Регулярні щорічні перевірки мають вирішальне значення для енергоефективності електричних систем. Дві найважливіші перевірки — це вимірювання опору контакту в автоматичних вимикачах та перевірка чистоти газу SF6 у газоізольованих розподільних пристроях. Коли опір контакту зростає через такі причини, як окиснення, невідповідність положення контактів або простий знос, це призводить до неприємних втрат типу «I²R». Лише 10-відсоткове збільшення може спричинити щорічні втрати близько 3,2 мільйона ват-годин на кожен вимикач. З іншого боку, якщо чистота газу SF6 падає нижче «магічної» межі у 99 %, діелектрична міцність значно знижується. Це означає, що для гасіння дуги потрібно до 40 % більше енергії, що призводить до підвищення робочої напруги та зростання реактивних втрат у всій системі. Зробивши ці перевірки обов’язковими й ведучи їх реєстрацію, можна уникнути типового стрибка технічних втрат на 7,4 %, який спостерігається на підстанціях без належного моніторингу. Виявлення та усунення проблем на ранніх стадіях також дозволяє економити кошти: протягом п’яти років об’єкти можуть втратити понад 220 тис. доларів США через нераціональне споживання енергії. Крім того, підтримка задовільних запасів регулювання напруги стає значно простішою — а це абсолютно критично для забезпечення стабільності всієї електричної мережі в періоди пікового навантаження.

Впровадження розумної автоматизації підстанцій для оптимізації енергоспоживання в реальному часі

Модернізація систем керування: граничні контролери, сумісні з IEC 61850, забезпечують динамічну оптимізацію реактивної потужності (+27 % ефективності)

Традиційні системи керування підстанціями ґрунтуються на фіксованих налаштуваннях батарей конденсаторів та повільних регуляторах відводів, що призводить до постійних проблем із реактивною потужністю під час коливань навантаження. Після модернізації до відповідних стандарту IEC 61850 контролерів «на краю» ситуація кардинально змінюється, оскільки вони можуть приймати рішення практично миттєво безпосередньо в точці виникнення. Ці сучасні пристрої отримують поточні дані про рівні напруги, струми та температури, щоб у реальному часі коригувати компенсацію реактивної потужності. Вони фактично вмикають і вимикають конденсатори та регулюють відводи трансформаторів залежно від того, що дійсно відбувається в режимі реального часу. На практиці польові випробування показали приблизно на 27 % менші втрати через реактивну потужність порівняно зі старими статичними системами, а також покращене регулювання напруги в межах лише ±1,5 % замість ширшого діапазону ±3 %. Чому це так цінно? Це запобігає непотрібній роботі реле під час провалів або стрибків напруги й унеможливлює дорогостоячі проблеми з перегрузкою ліній електропередачі, особливо в години пікового навантаження. Розгляньте будь-яку регіональну оцінку енергосистеми — і стане зрозуміло, що системи, які залишаються без оновлення, стикаються з серйозними ризиками, а технічні втрати в них потенційно можуть досягати 15 %.

Інтегруйте аналітику на основі штучного інтелекту: прогнозне виявлення несправностей зменшує події скидання енергії та аварійні відключення на 31 % (IEEE PES 2024)

Традиційні системи SCADA просто не спроможні вчасно виявити повільні процеси, що з часом призводять до виходу обладнання з ладу. Це часто призводить до аварійного вимкнення та так званого «скидання енергії», коли електростанції змушені зменшувати виробництво лише для підтримання балансу в енергосистемі. Нові інструменти аналітики на основі штучного інтелекту об’єднують різноманітні джерела інформації, у тому числі архівні дані про попередню роботу, поточні вимірювання температури, сигнали часткових розрядів та навіть місцеві погодні умови. Такі системи здатні виявляти попереджувальні ознаки таких проблем, як пошкодження обмоток, проникнення вологи в прохідні ізолятори або розклад масла в трансформаторах. Алгоритми машинного навчання виявляють проблеми за два–три тижні до фактичного виходу з ладу, надаючи операторам час на усунення несправностей до того, як вони переростуть у кризові ситуації. Згідно з дослідженням, опублікованим минулого року Інститутом інженерів з електротехніки та електроніки (IEEE) у галузі електроенергетики та енергетики, ці передові системи скорочують кількість випадків скидання енергії та неочікуваних відключень приблизно на 31 відсоток. У типовій підстанції потужністю 500 МВт це означає щорічне відновлення близько п’яти гігават-годин енергії та уникнення дорогоцінних штрафів за порушення балансу в енергосистемі. Раннє втручання також забезпечує довгострокову економію коштів, оскільки термін заміни трансформаторів збільшується приблизно на чотири роки: оператори можуть усувати «гарячі точки» та інші дефекти до того, як вони стануть настільки серйозними, що вимагатимуть повної заміни.

ЧаП

П: Що таке паразитні втрати на підстанціях?

В: Паразитні втрати — це енергія, що втрачається через неефективне обладнання, коли підстанції перебувають у стані простою. Застаріле обладнання може спричиняти до 18 % таких втрат.

П: Чому трансформатори з аморфного металу ефективніші?

В: Основа трансформаторів з аморфного металу виготовлена з некристалічних сплавів, що зменшує холості втрати приблизно на дві третини порівняно з традиційними моделями.

П: Як аналітика на основі ШІ корисна для підстанцій?

В: Аналітика на основі ШІ забезпечує прогнозування несправностей, скорочуючи кількість аварійних відключень і подій непланового скидання енергії шляхом виявлення проблем за кілька тижнів до їх виникнення, що запобігає кризовим ситуаціям.