Waste not, want not.
sähköjärjestelmän jokaisessa vaiheessa-generaattorista pistorasiaan-tapahtuu energiahäviöitä. Kun energiaa menetetään, sähkölaitosten on tuotettava tai ostettava lisää energiaa kysynnän tyydyttämiseksi. Toisin sanoen tehottomuus maksaa.
yksinkertainen tapa laskea häviö kustannuksina on kertoa keskimääräinen energiakustannus megawattituntia kohti kerrottuna kokonaisenergiahäviöllä. Toinen tapa on selvittää sähkölaitoksen häviöprosentti, joka on kokonaisenergiahäviöiden suhde kokonaisenergialähteisiin. Julkisen vallan menetysprosentin mediaani on 4,07%. Yli 6 prosentin tappiot julkisten sähkölaitosten osalta voivat viitata liiallisiin fyysisiin menetyksiin.
yleishyödyllisillä laitoksilla on vahva kannustin, jotta ne voisivat käyttää suurimman osan sähköstään. Tehokkuudessa ei ole kyse vain kustannuksista – se on myös hyvä mittari järjestelmän suorituskyvylle ja terveydelle, ja erilaisten kohteiden, kuten muuntajien ja muiden laitteiden ylimääräisen lämmön seuranta voi tukea lisääntynyttä luotettavuutta. Tehokkuuden merkitys sähkölaitoksille on se, miksi se on osa sekä älykkään energian tarjoajan että luotettavan julkisen sähköntuottajan nimityksiä.
mistä tappiot tulevat?
jotkin järjestelmähäviöt ovat väistämättömiä, eikä tappioita voida poistaa kokonaan.
lähes kaksi kolmasosaa energiasta menetetään sähkön tuotannossa ja siirrossa.
jakelutasolla, jota useimmat yleishyödylliset laitokset hoitavat, suurin osa häviöistä tapahtuu linjoissa (yläpuolella tai maan alla) ja muuntajissa.
- Ensiöjohdot ja säätimet voivat aiheuttaa lähes puolet jakeluverkon häviöistä
- muuntajat aiheuttavat noin 27% jakeluverkon häviöistä
muissa laitteissa, kuten kytkimissä ja katkaisimissa, tapahtuvat häviöt muodostavat pienemmän osan häviöistä, mutta ne voivat olla merkittäviä järjestelmän toisissa osissa, joissa virrat ovat yleensä suuria.
tässä lyhyt kertaus tavoista, joilla julkiset sähkölaitokset voivat vähentää johtimien ja muuntajien hävikkiä.
Kapellimestarihäviöiden vähentäminen
johtimet mahdollistavat sähkövirran virtaamisen. Johtimet tarjoavat myös vastuksen virran virtaukselle, mikä johtaa tehohäviöön. Tehon menetystä (watteina) kuvaa tuttu suhde:
P=I2R
johtimen kuljettama virta ampeereina (A) ja sähkövastus ohmeina (Ω) merkitään vastaavasti I: llä ja R: llä. Vastus kasvaa johtimen pituuden myötä ja pienenee Johtimen poikkipinta-alan kasvaessa. Samoin kuin leveän putken läpi virtaa enemmän vettä kuin kapean putken läpi, sähkövaraus on suurempi ja vastus pienempi johdoissa, joiden poikkipinta-ala on suurempi.
resistanssi, R, johtimelle määritetään seuraavalla yhtälöllä:
R = pL / A
kappaleen resistiivisyys esitetään ρ (rho) ja se mitataan Ω m (ohmmetreinä). L kuvaa materiaalin pituutta ja A poikkipinta-alaa. Yhtälöissä esitetyt suhteet vahvistavat, että johtimen vastus kasvaa pitemmällä ja heikkenee suuremmilla poikkipinta-aloilla.
tyypillisiä uusissa yläpuolisessa jakelussa käytettyjä johtimia ovat 336,4 kcmil 26/7, mikä tarkoittaa 26-säikeistä alumiinijohdinta, joka ympäröi 7-säikeistä terästä. Johtavan alumiinin pinta-ala on 336,4 kcmiliä, jossa yksi kcmil on tuhat pyöreää miliä ja yksi pyöreä mil on ympyrän pinta-ala, jonka halkaisija on yksi mil (0,001 tuumaa). Vanhempien johtimien, kuten #4 AWG kuparilinjan poikkileikkaus on 41,7 kcmil.
seuraavaa yksinkertaistettua esimerkkiä käytetään osoittamaan, miten kunnostuksella voidaan vähentää linjahäviöitä. Jos apuohjelma korvaa #4 AWG kiinteä kuparilanka 336.4 kcmil monisäikeinen alumiinilanka sen jakelussa, se voi vähentää tehohäviötä kertoimella lähes 5.
| kapellimestari | Stranding | Circular mils | sallittu ampeeri | vastus ohmia / maili | Linjatappiot 100 ampeerin kuormalle 1 mailin linjan päässä |
| 4 AWG | kiinteä | 41,740 | 170 | 1.314 | 13, 14 kW |
| 336.4 | 26/7 | 336,400 | 510 | 0.273 | 2.73 kW |
vanhojen johtimien kunnostaminen tai vaihtaminen on tärkeä hävikin vähentämistekniikka, ja se voi lisätä järjestelmän kapasiteettia. Vaikka saneeraus on teoriassa erinomainen vaihtoehto tappioiden vähentämiseksi, prosessi, mukaan lukien uusi laitteisto, on kallis.
Muuntajien häviöiden vähentäminen
muuntajat laskevat suurjännitesähkön voimalinjasta jakeluverkon pienempään jännitteeseen. Muuntajan häviöt jakautuvat kahteen luokkaan-kuormitushäviöt (käämityshäviöt) ja kuormittamattomat häviöt (ydinhäviöt). Kuormittamattomat häviöt tapahtuvat jatkuvasti, kun muuntaja on jännitteinen ja kuormitushäviöt vaihtelevat kuorman muuttuessa.
useimmat muuntajahäviöt ovat kuormitushäviöitä, minkä vuoksi kuormitushäviöiden laskeminen on olennainen osa muuntajan arviointia.
muuntajan kapasiteetti eli muuntajan sähköinen koko on mitoitettu kVA: ssa. Muuntajan kVA-lataus on virran ja jännitteen tuote. kV on muuntajan nimellisjännite kilovolteina ja I muuntajavirta ampeereina. Tuote on suunnilleen sama joko muuntajan ensiö-tai toisiopuolella.
yksivaihemuuntajien kVA-lataus = kV * i
Kolmivaihemuuntajien kVA-lataus = √3 kV * i
edellä mainitussa lausekkeessa kolmivaihepiirien jännite on linjajännite ja viitevirta on linjavirta. Muuntajan kuormitus on mitoitettu kVA: ssa ja se on kolme kertaa kuormitus per vaihe, olettaen, että vaiheet ovat suunnilleen tasapainossa. Ilmaisu pätee sekä delta-että wye-kytkettyihin käämeihin.
jakeluverkon jännitteen on pysyttävä nimellisarvossa tai sen lähellä. Muuntajan kuormitushäviöt, jotka vaihtelevat läheisesti virran neliöön, vaihtelevat myös suunnilleen muuntajan kVA-kuormituksen neliöön. Kuormitushäviöt ja kuormittamattomat häviöt muuntajan nimelliskuormalla voidaan saada valmistajan tiedoista tai muuntajalle tehdyistä testeistä.
joitakin esimerkkejä teknologiavaihtoehdoista, joita valmistajat käyttävät tehokkuuden parantamiseen, ovat:
- korkealuokkaiset Sähköiset ydinteräkset
- erilaiset johdinmateriaalit
- ytimen ja Kelan kokoonpanon muutokset
sähkölaitokset voivat myös luoda muuntajan häviöarvoja koskevia takuita ostaakseen sopimuksia valmistajien kanssa, kuten:
- vaaditaan laajennettua valmistajan testausta suurille erille muuntajia, joilla on tukevat testausasiakirjat.
- tarvitaan laitoshenkilöstön käyntejä paikalla valmistajan testauksen aikana.
- käyttäen riippumatonta laboratoriota muuntajanäytteiden testaamiseen.
- vaaditaan hinnantarkistuksia muuntajille, jotka eivät vastaa taattua tappiollista suorituskykyä.
muita muuntajahäviön vähentämis-ja seurantastrategioita ovat:
- uusien muuntajien (ja jännitesäätimien) hankinta elinkaarikustannusarvion perusteella.
- jännitesäätimien line drop compensation-ominaisuuden käyttäminen, jotta säätimiä lähimpänä olevat muuntajat eivät altistuisi yli 5%: n nimellisjännitteille.
- käyttäen pienintä mahdollista kapasiteettimuuntajaa kussakin asennuksessa ottaen huomioon sellaiset tekijät kuin Ympäristön lämpötila huippukuormituksen aikana, odotetun huippukuormituksen kesto ja odotettu kuormituksen kasvu; tämä voi sulkea pois täysin itsesuojattujen (CSP) muuntajien käytön, joiden ylikuormituskapasiteettia rajoittaa integroidun toisiokytkimen automaattinen toiminta.
- pitää kirjaa siitä, mitkä asiakkaat ovat yhteydessä kuhunkin käyttömuuntajaan, ja seuraa kunkin muuntajan asiakaskuormaa; varmista, että kaikki hylätyt muuntajat on irrotettu pääjohdosta.
muita tapoja vähentää hävikkiä
jakeluverkon hävikin mittaamiseen ja vähentämiseen on monia muita tapoja – jotkut ovat helpompia toteuttaa ja toiset liittyvät suurempiin kuluihin. Kalliimmat vaiheet liittyvät tyypillisesti taloudellisiin elinkaarikustannuksiin ja tekniseen analyysiin.
- tutki säännöllisesti järjestelmän suorituskykyä – ja varmista, että sinulla on tarkka kuva kuormituskertoimestasi.
- Paikanna ongelma-alueet, joilla on fyysisiä menetyksiä.
- priorisoidaan päivitykset, jotka perustuvat suurimpiin energiakustannuksiin tai kysyntähäviöön.
- pidä kaikilla kolmella syöttöpiirin vaiheella yhtä suuret (tasapainoiset) virrat niin paljon kuin on käytännöllistä.
- käytä suurinta taloudellista johdinta uusille ensiöpiireille ja pidä toisiopiirit mahdollisimman lyhyinä.
- käytä suurinta taloudellista kokojohtinta uusille ensiöpiireille ja arvioi kolmivaiheisen ja yksivaiheisen rakenteen hyödyt; vältä jännitteensäätimien käyttöä virtaussuuntaan sähköasemalta, jos mahdollista.
- analysoi kondensaattoripankit varmistaaksesi, että kondensaattorin koko ja sijainti sopivat oikein syöttökuormaan.
- Asenna kondensaattorit korjaamaan tehokerroin, joka perustuu mitattuihin syöttölaitteiston ominaisuuksiin, tietokoneavusteiseen mallinnukseen ja elinkaarikustannusanalyysiin.
- tarkista jokaisen laskutusjärjestelmään kirjatun mittarin kerroin mittariin merkityistä vastaavista kertoimista kahden vuoden välein.
- Suorita mittareiden testaus ja kalibrointi säännöllisesti. Testaa yksivaiheiset asiakasmittarit kahdeksan vuoden välein, polyfaasimittarit kuuden vuoden välein ja korkean käytön mittarit (jotka tuovat yli 3% järjestelmän kokonaistuloista) vuosittain.
- asennetaan syöttöasemien mittaus – /valvontalaitteet kutakin syöttölaitetta varten, jotta saadaan vähintään jännite -, virta-ja tehokertoimen profiilit ajan suhteen.
- muuntaa pitkät, huomattavasti kuormitetut yksivaihepiirit kolmivaiheisiksi.
- Muunna yksi tai useampi syöttölaite suuremmalle jännitetasolle
- johdattamaan olemassa olevien raskaasti kuormitettujen virtapiirien rungot uudelleen lähdepäästä alkaen.
tehokkuuden lisääminen auttaa pitämään julkisen vallan etumatkan luotettavuudessa ja edullisuudessa vertaisiimme verrattuna. Liity energy services listserv jakaa lisää vinkkejä ja strategioita vähentää hävikkiä.
PS – laitosten, joilla on huomattavia energiatehokkuustoimia, olisi harkittava Smart Energy Provider-nimityksen hakemista. Hakemukset on määrä jättää 30.huhtikuuta.