power Loss

کاهش تلفات در سیستم های توزیع نیروی برق

کاهش تلفات در سیستم های توزیع نیروی برق

منبع: www.uspowerpartners.org

ترجمه : تقی وحیدی
(کارشناس ارشد تحقیقات و بهره وری شرکت توزیع نیروی برق خراسان جنوبی)
شهریور ۱۳۸۶ خورشیدی

توجه:

۱. خلاصه ای از نوشتار زیر در نشریه پیک برق (از انتشارات روابط عمومی و امور بین الملل شرکت توانیر) به شماره های ۶۰۲ مورخ ۳۱ شهریور ۱۳۸۶ (۲۲ سپتامبر ۲۰۰۷) و ۶۰۳ مورخ ۷ مهر ۱۳۸۶ (۲۹ سپتامبر ۲۰۰۷) به چاپ رسیده است.
۲. متن اصلی (Original)نوشتار مزبور در بخش مقالات انگلیسی موجود است.

پیشگفتار

سیستم توزیع برق بیانگر ارتباط بین شبکه انتقال و مشترک می باشد و این سیستم در بسیاری از موارد ولتاژهای تا سطح ۳۵ کیلوولت را در بر می گیرد.
تمامی اقداماتی که منجر به کاهش تلفات انرژی در سیستم توزیع می شوند، تأثیر مستقیمی بر کاهش انتشار گازهای گلخانه ای دارند. روش های مختلف زیادی برای بهبود راندمان و کاهش تلفات در سیستم توزیع برق وجود دارد. علاوه بر اقدامات اصلاحی در اجرای خطوط توزیع، می توان اصلاحاتی را در تجهیزات مورد استفاده در سیستم توزیع مانند ترانسفورماتورها که منبع اصلی تلفات انرژی هستند، به کار برد. نوشتار زیر به بحث در باره چندین حوزه خاص مربوط به اصلاحات در سیستم توزیع برق می پردازد:
– جبران سازی به منظور کاهش تلفات ناشی از توان راکتیو
– اتوماسیون سیستم های توزیع
– بهینه سازی ولتاژ سیستم و بالانس جریان های هر فاز
– ترانسفورماتورهای کم تلفات
– ذخیره سازی انرژی های پراکنده
– استفاده از سیستم قرائت کنتور و صدور صورتحساب به صورت اتوماتیک

جبران سازی به منظور کاهش تلفات ناشی از توان راکتیو

تلفات انرژی در خطوط انتقال و ترانسفورماتورها بر دو نوع هستند : تلفات اهمی و تلفات راکتیو. تلفات ناشی از مؤلفه اهمی بار اجتناب ناپذیر است در حالی که تلفات ناشی از مؤلفه راکتیو بار را می توان کاهش داد. تلفات راکتیو از اثر خازنی مدار (تلفات منفی) و اثر سلفی مدار (تلفات مثبت) به وجود می آیند. استفاده از موتورهای الکتریکی سبب می شود که سیستم توزیع شکلی از توان موسوم به “توان راکتیو” را تحویل شبکه دهد. در مناطق مسکونی به دلیل اندازه کوچک و تعداد محدود موتورها، این مسئله عموماً مشکلی ایجاد نمی کند. برای مشترکین صنعتی و تجاری، وضعیت ممکن است کاملاً متفاوت باشد. در مناطق روستایی که دارای چاه های نفت و یا چاه های آب به طور متمرکز هستند، توان راکتیو سهم عمده ای از بار را به خود اختصاص می دهد. عرضه مقادیر زیاد توان راکتیو از طریق سیستم توزیع سبب افزایش جریان در شبکه و تلفات انرژی می شود. هنگامی که خازن های با ظرفیت مناسب در نقاط خاصی به شبکه افزوده شوند، با کاهش مولفه توان راکتیو، تلفات انرژی به حداقل رسیده و بنابراین تقاضای برق مشترکین کاهش می یابد. در واقع اتصال خازن ها به سیستم توزیع، توان راکتیو را جبران نموده و در نتیجه تلفات انرژی را کاهش می دهد. جبران سازی توان راکتیو (اصلاح ضریب قدرت با افزودن خازن) سبب کاهش مقدار جریان خط و در نتیجه کاهش تلفات خط و همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه ای شده که نهایتاً موجب بهبود راندمان سیستم برق می شود. خازن های تصحیح ضریب قدرت منصوبه در فیدرهای اولیه توزیع از جنبه اقتصادی برای استفاده در طیف وسیعی از سطوح ولتاژ مناسب بوده و عملاً بر حسب کیلووار موجود می باشند. خازن های اصلاح ضریب قدرت را می توان همراه با کلیدها و رله هایی که تغییرات ولتاژ را حس می کنند، نصب نمود.

اتوماسیون سیستم های توزیع

اتوماسیون توزیع (DA) به سیستمی اطلاق می شود که قادر است یک وسیله الکتریکی را از راه دور قرائت کرده، هماهنگی لازم مابین اجزای الکتریکی و مکانیکی دستگاه را ایجاد کرده و در زمان واقعی عمل قطع و وصل را انجام دهد. در یک سیستم اتوماسیون توزیع، عملیات مربوط به اتوماسیون فیدرها شامل اقدامات زیر می شود:
مدیریت بر بخش تقاضای مصرف (DSM)، کنترل از راه دور کلیدها، کنترل همزمان ولتاژ و توان راکتیو، سرویس دهی لازم در خصوص تعویض و جایگزینی قطعات، آرایش فیدرها، بررسی اختلالات احتمالی در فرمان ها و ارتباطات، مکان یابی بروز خطا و ایزوله سازی آن، بازرسی و کنترل بار، و بازرسی های ایمنی.
همچنین عملیات مربوط به اتوماسیون مشترکین شامل اقدامات زیر می شود :
قرائت از راه دور، کنترل بار مشترک، کاهش جریان بار و انجام مانورهای لازم در موارد اضطراری، انجام عملیات اقتصادی، جمع آوری انشعابات قطع شده، قطع و وصل بارها از راه دور، بررسی اختلالات احتمالی در فرمان ها و ارتباطات، و آشکارسازی خطاها.
برخی از این اقدامات ممکن است اثر مستقیمی بر افزایش سطح کلی راندمان سیستم برق داشته و علاوه بر آن سبب بهبود سرویس دهی کلی برق شوند. افزایش راندمان با بهینه سازی انتقال توان در خطوط بدست آمده و این امر سبب کاهش تلفات خط می شود. افزایش راندمان نه تنها به معنی کاهش هزینه هاست، بلکه به معنی کاهش انتشار گازهای گلخانه ای است به گونه ای که برای ارایه همان سطح از سرویس دهی، تولید برق کمتری مورد نیاز است.
حصول اطمینان از عملیات انجام شده در سیستم های توزیع برق با تکیه بر زیربنای اطلاعاتی و مبادله اطلاعات مربوط به تجهیزات، ارتباطات مخابراتی، تجهیزات یکپارچه موجود در سیستم، و اطلاعات سایر سیستم ها امکان پذیر خواهد بود. همچنین برای سیستم های برقی که از کارکرد آنها اطمینان داریم، زیربنای اطلاعاتی فوق بایستی اعمال گردیده و به درستی مدیریت شود تا عملیات مربوط به اتوماسیون توزیع به گونه ای مؤثر و کارآمد پیاده سازی شده و در دراز مدت قابل نگهداری باشند. تنها با وجود زیربنای اطلاعاتی درست می توان به عملیات اتوماسیون توزیع اعتماد کرد و در این صورت است که می توان عملیات توزیع را از طریق مأموران دیسپاچینگ به طور کامل انجام داد. بنابراین این سرویس ها به بهینه سازی انتقال توان خط و افزایش راندمان سیستم (و کاهش هزینه ها) کمک می کند که در نتیجه تقاضای تولید و همچنین انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد در حالی که همان سطح سرویس دهی ارایه می شود. کار بر روی تکنولوژی ابررسانایی (و دیگر تولیدات) در حال پیشرفت است و انتظار می رود که افزایش راندمان بیشتری در کنترل سیستم های توزیع در آینده به وجود آید.

بهینه سازی ولتاژ سیستم و بالانس جریان های هر فاز

انرژی برق تحت ولتاژ مورد استفاده مشترکین به ایشان تحویل شده و این ولتاژ در حد مجازی نگهداشته می شود تا از راه اندازی دقیق تجهیزات مشترکین اطمینان حاصل شود. نگهداری ولتاژ در حد نزدیک به میزان استاندارد، راه حل عملی کنترل تلفات الکتریکی است که در بهبود راندمان سیستم تأثیر دارد. بهبود قابلیت اطمینان شبکه از طریق کاهش خاموشی های ناخواسته مزیت دیگری به همراه دارد که از آن به عنوان ساعات کمتر تولید غیر ضروری و کیفیت بالاتر زندگی برای مشترکین یاد می کنند.
باید توجه داشت که مهندسی دقیق مؤلفه های سیستم توزیع و استفاده از تجهیزات تنظیم ولتاژ نیز ضرورتی انکار ناپذیر است. اتصال بار تکفاز به روش صحیح، تلفات مربوط به عبور جریان تفاضلی (جریان باقیمانده) را حذف می نماید که این کاهش در تلفات سیستم توزیع منجر به کاهش تقاضای تولید و همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه ای می شود.
تنظیم ولتاژ شبکه از طریق تنظیم نسبت تبدیل ترانسفورماتورها و نیز به کمک کنترل توان راکتیو امکان پذیر است. کنترل اتوماتیک تپ های ترانسفورماتور و استفاده از خازن ها و راکتورهای شنت همراه با سیستم اتوماسیون توزیع و سیستم SCADA (کنترل نظارتی و اخذ اطلاعات) قابل دستیابی است.

ترانسفورماتورهای کم تلفات

ترانسفورماتورهای توزیع یکی از گسترده ترین وسایل مورد استفاده در سیستم توزیع برق ایالات متحده هستند. ترانسفورماتورها وسایلی هستند که ولتاژ یک مدار برقی متناوب را تغییر داده و الکتریسیته را از سطوح ولتاژ بالا در سیستم های انتقال به ولتاژی تبدیل می کنند که بتواند با ایمنی مورد مصرف مشترکین خانگی و تجاری قرار گیرد. با این که ترانسفورماتورها در سرتاسر سیستم های برق کاربرد دارند، بیشتر برای کاهش ولتاژ از سطح توزیع ۴ تا ۶۹ کیلوولت تا سطح مورد نیاز مشتری به کار می روند. بیش از ۴۰ میلیون ترانسفورماتور توزیع در حال حاضر در سیستم های توزیع برق در مدار بوده و هر ساله شرکت های مختلف در سراسر کشور بیش از یک میلیون ترانسفورماتور نو خریداری می نمایند. ترانسفورماتورها نقش بسیار مهمی در راستای تلاش شرکت های صنعتی ایفا می کنند تا برق ایمن، مطمئن، و با صرفه تحویل مشترکین امریکایی بدهند. یکی از ویژگی های قابل ملاحظه ترانسفورماتورها، قابلیت اطمینان و طول عمر سرویس دهی آنها می باشد. به طور متوسط ترانسفورماتورها بیش از ۳۰ سال در مدار قرار داشته و در خلال این پریود، عملکردی حیاتی و قابل اطمینان را بدون کاهش کیفیت خدمات رسانی ارایه می دهند.
وقتی ترانسفورماتور به برق وصل می شود، تلفاتی برقی موسوم به “تلفات هسته” در آن به وجود می آید. مقدار این تلفات کم بوده و بنابراین بسیاری از ترانسفورماتورها در راندمان مناسب بالای ۹۸ درصد مورد بهره برداری قرار می گیرند. علیرغم راندمان بالاتر از حد متوسط، ترانسفورماتورها باز هم تأثیر قابل ملاحظه ای بر کل انرژی دارند. از ۹ درصد کل تلفات موجود در سیستم های انتقال و توزیع از نقطه تولید تا محل مصرف، ۲ تا ۳ درصد تلفات مربوط به تلفات در فیدرها و ترانسفورماتورها می باشد.
کاهش تلفات هسته بزرگترین تأثیر بالقوه را در افزایش راندمان دارد زیرا این تلفات صرفنظر از وجود بار در تمام مواقعی که ترانسفورماتور به برق متصل است، موجود هستند. علاوه بر آن، کاهش در تلفات سیم بندی که تابعی از بار ترانسفورماتور می باشد، نیز امکان پذیر است مخصوصاً وقتی که این تلفات با تلفات موجود در برخی از وسایل قدیمی منصوبه در شبکه مقایسه شود. تلفات انرژی در ترانسفورماتورها را می توان بدون اتکا به راندمان بالاتر از سطح متوسط در ترانسفورماتورهای جدید، به طور موثری از ۱۰ تا ۴۰ درصد به کمک تکنولوژی های موجود مربوط به ترانس ها کاهش داد. این گونه اصلاحات کوچک در راندمان می تواند به طرز چشمگیری تلفات انرژی و سطوح انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از ترانسفورماتورهای توزیع را کاهش دهد. به خاطر وجود شمار زیادی از ترانسفورماتورهای منصوبه در کل کشور، پتانسیل قابل ملاحظه ای برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای وجود دارد.
روش دیگر برای کاهش تلفات هسته در ترانسفورماتورها، تعویض کردن فلز به کار رفته در هسته با فلزی است که دارای مقاومت مغناطیسی کم باشد. در سال های اخیر هسته های ترانسفورماتور از جنس فولاد مورد استفاده بدون شکل هندسی معین گسترش یافته است. بر خلاف بیشتر فلزات که بر اساس یک ساختار کریستالی منظم خنک می شوند، فلزات با اشکال نامعین دارای ساختار داخلی نامشخصی است که سبب بروز حالت فیزیکی غیرمعمول و خواص مغناطیسی متفاوت در آنها می شود.
راندمان ترانسفورماتورهای توزیع را با وسایل گوناگونی از قبیل موارد مندرج در ذیل می توان اصلاح نمود که البته هزینه اولیه زیادتری را باید متحمل شویم:
۱. استفاده از سیم مس به جای سیم آلومینیوم
۲. افزایش اندازه هسته
۳. استفاده از مواد پیشرفته با کارآیی مناسب در هسته
۴. آرایش هسته و ترتیب قرار گرفتن سیم پیچ در محفظه ترانس
در سال ۱۹۹۵ شرکت “انرژی استار” ترانسفورماتورهای توزیع مناسبی را معرفی نموده و به دنبال آن سازندگان ترانسفورماتور و شرکت های توزیع را ترغیب به تولید و خرید ترانسفورماتورهای توزیع راندمان بالا نمود و بدین ترتیب علاوه بر افزایش سوددهی سازندگان و مصرف کنندگان ترانسفورماتورها موجبات کاهش تلفات برق را نیز فراهم آورد.

ذخیره سازی انرژی های پراکنده

منابع توزیع برق در واقع ژنراتورهای کوچکی با قدرت ۱ kW تا ۵۰ MW می باشند که می توان از آنها به عنوان وسایل ذخیره انرژی یاد کرد که در نزدیکی بار مشترکین یا پست های توزیع و فوق توزیع قرار گرفته اند. منابع توزیع برق با این که شبکه و سیستم توزیع را به وجود می آورند، در زمانی که آمادگی تأمین برق مشترک را دارا بوده و یا در هنگام کمک به شبکه برای کاهش پیک برق و نیز در هنگام بررسی توان شبکه و حرارت ناشی از انتقال توان و همچنین در مواقع بررسی توان اولیه، توان تلف شده و بازیافت توان موجبات سود مشترک را فراهم می آورند. منابع توزیع برق را می توان در حالت برقدار بودن شبکه و یا مستقل از شبکه برقدار و یا در حالتی متغیر بین این دو مورد بهره برداری و مانور قرار داد. بنابراین وجود شرکت های توزیع به معنی چشم انداز و آرمان شرکت های برق در آینده است. در این آرمان، تقاضای برق مشترکین، نیاز مشترک به برق، و همچنین سرویس دهی لازم به مشترکین از طریق مجموعه ای از منابع قراردادی کوچک و بزرگ با تولید استاندارد برآورده خواهد شد که حاوی سیستم های ذخیره برق بوده و به طور استراتژیک در سرتاسر سیستم های توزیع قرار گرفته اند. شرکت های توزیع می توانند از مزایای تکنولوژی های نو نیز استفاده نمایند به گونه ای که انرژی مورد نیاز را از طریق منابع پراکنده، ارتقای تجهیزات قدیمی، ارتقای شبکه های توزیع، کاهش خطرات ناشی از احداث شبکه های جدید، و همچنین بهبود قابلیت اطمینان شبکه ها تأمین نمایند.
منابع پراکنده که همگی آنها تحت مالکیت شرکت توزیع نیستند، چالش هایی را در کنترل، حفاظت، بهره برداری، و نگهداری یک سیستم توزیع به وجود خواهند آورد. یکپارچه سازی تولیدات پراکنده، به ویژه تکنولوژی های مربوط به انرژی های تجدیدپذیر، که در واقع منابع تولید برق فصلی هستند (مانند انرژی خورشیدی و انرژی باد)، به کمک سیستم های ذخیره انرژی های پراکنده امکان پذیر خواهد بود. سیستم های ذخیره انرژی در خلال ساعات غیر پیک از شبکه برق یا منابع فصلی استفاده می کنند تا آب را به یخ و یا آب خنک (برای خنک سازی) تبدیل کرده و یا انرژی را در باتری ها ذخیره نمایند. در خلال ساعات پیک، این انرژی ذخیره شده می تواند مجدداً برای استفاده به شبکه برگردانده شود. استفاده از این سیستم ها علاوه بر برآورده ساختن نیاز مشترکین در ساعات پیک، راندمان مجموعه سیستم را افزایش داده و تلفات کل سیستم را کاهش می دهد. همچنین کاهش تقاضای تولید برق سبب کاهش میزان انتشار گازهای گلخانه ای می شود. از سوی دیگر استفاده از سیستم ذخیره انرژی های پراکنده همراه با سیستم تولید برق به کمک سوخت های کم کربن یا بدون کربن، سبب کاهش انتشار گازهای گلخانه ای در مقیاس منطقه ای می شود. استفاده از سیستم های ذخیره سازی پراکنده شرکت های توزیع را قادر می سازد تا به جای ارتقای تجهیزات قدیمی خود و یا احداث شبکه های نو، با تأمین انرژی جدید به مشترکین، و بهبود قابلیت اطمینان شبکه ها، هزینه های خود را کاهش دهند. استفاده از سیستم ذخیره انرژی های پراکنده در سرتاسر  شبکه های توزیع قابلیت بهره برداری مطلوب و استفاده بهینه از سرمایه را فراهم آورده و سبب می شود که تجهیزات موجود با راندمان بهتر عمل کرده و در نتیجه راندمان کلی سیستم را بهبود بخشند.
UPS ها و سایر تجهیزات مربوط به تولید و ذخیره پراکنده انرژی در مقیاس های کم (توان تولیدی در حد کیلووات) تا مقیاس های بزرگ (توان های بالا در حد چند صد کیلووات) متغیر هستند. سیستم های اضطراری ذخیره انرژی که می توان آنها را در سرتاسر سیستم های توزیع برق به کار برد عبارتند از : باتری ها، مولدها و سیستم های ذخیره سازی به کمک انرژی مغناطیسی در ابررساناها (SMES)

استفاده از سیستم قرائت کنتور و صدور صورتحساب به صورت اتوماتیک

بهبود خدمات مشترکین را می توان به عنوان بهبود قابلیت اطمینان تلقی نمود. قابلیت اطمینان از خدمات انجام شده بر حسب مدت زمان قطع برق و تکرار خاموشی اندازه گیری می شود. از دیگر اقدامات مربوط به سرویس دهی می توان به ارتقای روش های پرداخت و صدور دقیق صورتحساب و همچنین روش های فراهم کردن اطلاعات برای کاربران اشاره کرد. در صورت وجود مشترکین تجاری و صنعتی، سرویس دهی مناسب می تواند شامل بررسی های لازم در خصوص مصرف بهینه انرژی باشد. برخی از برنامه های سرویس دهی شامل استفاده کارآمد از انرژی برای مصارف روشنایی می باشد.


پایان

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *