Verschwenden Sie nicht, wollen Sie nicht.
In jeder Phase des elektrischen Systems – vom Generator bis zur Steckdose – gibt es Energieverluste. Wenn Energie verloren geht, müssen Versorgungsunternehmen zusätzliche Energie erzeugen oder kaufen, um die Nachfrage zu decken. Mit anderen Worten, Ineffizienz kostet Geld.
Eine einfache Möglichkeit, den Verlust in Bezug auf die Kosten zu berechnen, besteht darin, die durchschnittlichen Energiekosten pro Megawattstunde mit den gesamten Energieverlusten zu multiplizieren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Verlustprozentsatz des Versorgungsunternehmens zu ermitteln, dh das Verhältnis der gesamten Energieverluste zu den gesamten Energiequellen. Der mittlere Verlustprozentsatz für öffentliche Energie beträgt 4,07%. Verluste von mehr als 6% bei öffentlichen Energieversorgern können auf übermäßige physische Verluste hindeuten.
Es gibt einen starken Anreiz für Versorgungsunternehmen, den größten Teil ihres Stroms nutzen zu können. Bei Effizienz geht es nicht nur um Kosten – sie ist auch ein gutes Maß für die Systemleistung und den Zustand, und die Überwachung verschiedener Elemente, wie z. B. überschüssige Wärme von Transformatoren und anderen Geräten, kann eine erhöhte Zuverlässigkeit unterstützen. Die Bedeutung der Effizienz für Versorgungsunternehmen ist, warum es eine Komponente sowohl der Smart Energy Provider und zuverlässige öffentliche Stromanbieter Bezeichnungen ist.
Woher kommen Verluste?
Einige Systemverluste sind unvermeidlich, und Verluste können nicht vollständig beseitigt werden.
Fast zwei Drittel der Energie gehen bei der Erzeugung und Übertragung von Elektrizität verloren.
Auf der Verteilungsebene, die von den meisten Versorgungsunternehmen verwaltet wird, treten die meisten Verluste in Leitungen (oberirdisch oder unterirdisch) und Transformatoren auf.
- Primärleitungen und Regler können fast die Hälfte der Verluste des Verteilnetzes ausmachen
- Transformatoren machen etwa 27% der Verluste des Verteilnetzes aus
Verluste in anderen Geräten, wie Schaltern und Leistungsschaltern, machen einen geringeren Teil der Verluste aus, können jedoch in sekundären Systemen, in denen die Ströme tendenziell hoch sind, signifikant sein.
Hier ist eine kurze Auffrischung, wie öffentliche Energieversorger arbeiten können, um Verluste in Leitern und Transformatoren zu reduzieren.
Reduzierung der Leiterverluste
Leiter ermöglichen den Fluss von elektrischem Strom. Leiter bieten auch Widerstand gegen den Stromfluss, was zu einem Leistungsverlust führt. Der Leistungsverlust (in Watt) wird durch die bekannte Beziehung dargestellt:
P=I2R
Der vom Leiter getragene Strom in Ampere (A) und der elektrische Widerstand in Ohm (Ω) werden als I bzw. Der Widerstand nimmt mit der Länge des Leiters zu und nimmt mit der Querschnittsfläche des Leiters ab. So wie mehr Wasser durch ein breites Rohr fließt als durch ein schmales, ist die elektrische Ladung höher und der Widerstand bei Drähten mit größeren Querschnittsflächen geringer.
Der Widerstand R für einen Leiter wird durch die folgende Gleichung bestimmt:
R = pL / A
Der spezifische Widerstand eines Objekts wird durch ρ (rho) dargestellt und in Ω m (Ohmmeter) gemessen. L steht für die Länge und A für die Querschnittsfläche des Materials. Die in den Gleichungen dargestellten Zusammenhänge bestätigen, dass der Leiterwiderstand mit größerer Länge zunimmt und mit größeren Querschnittsflächen abnimmt.
Typische Leiter, die in der neuen obenliegenden Verteilung benutzt werden, sind 336,4 kcmil 26/7, das 26 Stränge des Aluminiumleiters impliziert, der 7 Stränge des Stahls umgibt. Die Fläche des leitenden Aluminiums beträgt 336,4 kcmil, wobei ein kcmil eintausend kreisförmige Mil und ein kreisförmiger Mil die Fläche eines Kreises mit einem Durchmesser von einem Mil (0,001 Zoll) ist. Ältere Leiter, wie # 4 AWG Kupferleitung, haben einen Querschnitt von 41,7 kcmils.
Das folgende vereinfachte Beispiel soll zeigen, wie durch Rekonduktionierung Leitungsverluste reduziert werden können. Wenn ein Dienstprogramm ersetzt # 4 AWG massivem Kupferdraht mit 336.4 kcmil Litze Aluminiumdraht auf seiner Verteilung, kann es Verlustleistung um einen Faktor von fast 5 reduzieren.
| Leiter | Verseilung | Rund mil | Zulässige ampacity | Widerstand ohm/meile | Linie verluste für 100-amp last am ende einer 1-meile linie |
| 4 AWG-Lehre | Fest | 41,740 | 170 | 1.314 | 13,14 Kilowatt |
| 336.4 | 26/7 | 336,400 | 510 | 0.273 | 2.73 KW |
Das Überholen oder Ersetzen alter Leiter ist eine wichtige Technik zur Verlustreduzierung und kann zu einer erhöhten Kapazität des Systems führen. Während Reconductoring theoretisch eine gute Option zur Reduzierung von Verlusten ist, ist der Prozess, einschließlich neuer Hardware, kostspielig.
Reduzierung der Transformatorverluste
Transformatoren reduzieren den Hochspannungsstrom von einer Stromleitung auf eine niedrigere Spannung im Verteilnetz. Transformatorverluste fallen in zwei Kategorien – Lastverluste (Wicklungsverluste) und Leerlaufverluste (Kernverluste). Leerlaufverluste treten kontinuierlich auf, während der Transformator mit Strom versorgt wird, und die Lastverluste variieren, wenn sich die Last ändert.
Die meisten Transformatorverluste sind Lastverluste, was die Berechnung von Lastverlusten zu einem wesentlichen Element jeder Transformatorbewertung macht.
Die Transformatorleistung oder elektrische Größe eines Transformators wird in kVA angegeben. Die kVA-Belastung des Transformators ist das Produkt aus Strom und Spannung. kV ist die Bemessungstransformatorspannung in Kilovolt und I ist der Transformatorstrom in Ampere. Das Produkt ist entweder auf der Primär- oder der Sekundärseite des Transformators ungefähr gleich.
Einphasige Transformatoren kVA-Belastung = kV * I
Dreiphasige Transformatoren kVA-Belastung = √3 kV * I
Die Spannung für dreiphasige Stromkreise im obigen Ausdruck ist die Spannung von Leitung zu Leitung und der referenzierte Strom ist der Leitungsstrom. Die Transformatorlast wird in kVA angegeben und beträgt das Dreifache der Belastung pro Phase, vorausgesetzt, die Phasen sind ungefähr ausgeglichen. Der Ausdruck gilt sowohl für Delta- als auch für Wye-verbundene Wicklungen.
Die Spannung in einem Verteilernetz muss auf oder nahe dem Nennwert gehalten werden. Die Lastverluste des Transformators, die eng mit dem Quadrat des Stroms variieren, variieren auch ungefähr mit dem Quadrat der kVA-Belastung des Transformators. Lastverluste und Leerlaufverluste bei Nenntransformatorlast können aus Herstellerangaben oder aus am Transformator durchgeführten Tests ermittelt werden.
Einige Beispiele für Technologieoptionen, die Hersteller zur Verbesserung der Effizienz verwenden, sind:
- Höherwertige elektrische Kernstähle
- Unterschiedliche Leiterwerkstoffe
- Anpassungen der Kern- und Spulenkonfiguration
Versorgungsunternehmen können auch Garantien gegen Transformatorverlustwerte in Kaufverträgen mit Herstellern einbauen, z. B. durch den Einbau von:
- Erweiterte Herstellertests für große Mengen von Transformatoren mit unterstützender Testdokumentation erforderlich.
- Vor-Ort-Besuche des Versorgungspersonals während der Herstellertests erforderlich.
- Verwendung eines unabhängigen Labors zum Testen von Proben von Transformatoren.
- Preisanpassungen für Transformatoren erforderlich, die die garantierte Verlustleistung nicht erfüllen.
Andere Strategien zur Reduzierung und Überwachung von Transformatorverlusten umfassen:
- Anschaffung neuer Transformatoren (und Spannungsregler) auf der Grundlage einer Lebenszykluskostenbewertung.
- Verwenden der Leitungsabfallkompensationsfunktion bei Spannungsreglern, um zu vermeiden, dass die Transformatoren, die den Reglern am nächsten liegen, Spannungen über 5% über dem Nennwert ausgesetzt werden.
- Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Umgebungstemperatur während der Spitzenlast, Dauer der erwarteten Spitzenlast und erwartetem Lastwachstum kann der Einsatz von vollständig selbstgeschützten (CSP) Transformatoren, deren Überlastfähigkeit durch den automatischen Betrieb des integrierten Sekundärschutzschalters begrenzt ist, ausgeschlossen werden.
- Führen Sie Aufzeichnungen darüber, welche Kunden an jeden Betriebstransformator angeschlossen sind, und überwachen Sie die Kundenlast an jedem Transformator; stellen Sie sicher, dass alle aufgegebenen Transformatoren von der Primärleitung getrennt wurden.
Andere Möglichkeiten, Verluste zu reduzieren
Es gibt viele weitere Möglichkeiten, Verluste im Verteilungssystem zu messen und zu reduzieren – einige sind einfacher zu implementieren, andere sind mit höheren Kosten verbunden. Die kostspieligeren Schritte umfassen in der Regel wirtschaftliche Lebenszykluskosten und technische Analysen.
- Überprüfen Sie regelmäßig die Systemleistung – und stellen Sie sicher, dass Sie ein genaues Bild Ihres Lastfaktors haben.
- Lokalisieren Sie Problembereiche mit physischen Verlusten.
- Priorisieren Sie Upgrades basierend auf den größten Energiekosten oder Nachfrageverlusten.
- Halten Sie in allen drei Phasen des Speisekreises die gleichen (symmetrischen) Ströme aufrecht, soweit dies praktikabel ist.
- Verwenden Sie einen sparsamen Leiter für neue Primärkreise und halten Sie Sekundärkreise so kurz wie möglich.
- Verwenden Sie den Leiter mit der größten wirtschaftlichen Größe für neue Primärkreise und bewerten Sie die Vorteile der dreiphasigen gegenüber der einphasigen Konstruktion.
- Analysieren Sie Kondensatorbänke, um sicherzustellen, dass Kondensatorgröße und -position richtig auf die Speiselast abgestimmt sind.
- Installieren Sie Kondensatoren, um den Leistungsfaktor basierend auf gemessenen Speiseeigenschaften, computergestützter Modellierung und wirtschaftlicher Lebenszykluskostenanalyse zu korrigieren.
- Überprüfen Sie jeden im Abrechnungssystem erfassten Zählermultiplikator alle zwei Jahre mit den entsprechenden Multiplikatoren, die auf den Zählern markiert sind.
- Führen Sie regelmäßig Zählerprüfungen und Kalibrierungen durch. Testen Sie einphasige Kundenzähler alle acht Jahre, mehrphasige Zähler alle sechs Jahre und verbrauchsstarke Zähler (die mehr als 3% des Gesamtsystemumsatzes einbringen) jährlich.
- Installieren Sie Umspannwerksmess- / Überwachungsgeräte für jede Einspeisung, um mindestens Profile von Spannung, Strom und Leistungsfaktor im Vergleich zur Zeit zu erhalten.
- Wandeln Sie lange, stark belastete einphasige Stromkreise in dreiphasige um.
- Einen oder mehrere Feeder auf einen höheren Spannungspegel umrüsten
- Die Stämme bestehender stark belasteter Stromkreise beginnend am Quellende neu leiten.
Die Steigerung der Effizienz trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit und Erschwinglichkeit der öffentlichen Stromversorgung im Vergleich zu unseren Mitbewerbern weiter zu verbessern. Treten Sie dem Listserv für Energiedienstleistungen bei, um zusätzliche Tipps und Strategien zur Reduzierung von Verlusten zu erhalten.
PS – Energieversorger mit herausragenden Energieeffizienzanstrengungen sollten die Beantragung der Smart Energy Provider-Bezeichnung in Betracht ziehen. Bewerbungen sind am 30.April fällig.