راه‌حل بهینه‌سازی اقتصادی ترانسفورماتور فتوولتائیک: مسیرهای کلیدی برای کاهش هزینه و افزایش کارایی

Ⅰ. زمینه مسئله
در ایستگاه‌های تولید برق فتوولتائیک، ترانسفورماتورهای پله‌بندی درون کانتینر (که به عنوان "ترانسفورماتورهای PV" شناخته می‌شوند) حدود ۸٪ تا ۱۲٪ از سرمایه‌گذاری کلی تجهیزات را تشکیل می‌دهند، در حالی که ضایعات آنها بیش از ۱۵٪ از ضایعات کلی ایستگاه است. روش‌های انتخاب سنتی اغلب هزینه‌های چرخه حیات (LCC) را نادیده می‌گیرند که منجر به ضررهای اقتصادی پنهان می‌شود.

Ⅱ. چالش‌های اقتصادی اصلی

1. هزینه‌های اولیه بالا
   • قیمت‌های بالایی برای تجهیزات وارداتی با کیفیت بالا؛ جایگزین‌های داخلی هنوز بهینه نشده‌اند.
2. ضایعات بدون بار/با بار بیش از حد
   • ضایعات انرژی سالانه از ترانسفورماتورهای غیرکارآمد می‌تواند به ۰٫۵٪ تا ۱٫۲٪ از تولید کل انرژی برسد.
3. هزینه‌های نگهداری و تعمیرات کنترل‌نشدنی
   • خرابی‌های مکرر منجر به ضرر توقف و دوبرابر شدن هزینه‌های تعمیرات در مناطق دورافتاده می‌شود.
4. کاربرد ظرفیت کم
   • طراحی بیش از حد باعث عملکرد در حالت بار کم و کاهش کارایی می‌شود.

Ⅲ. راه‌حل‌های بهینه‌سازی اقتصادی

1. استراتژی اندازه‌گیری دقیق: جلوگیری از تکرار ظرفیت
   • مدل تطابق ظرفیت دینامیکی
   از داده‌های تابش محلی + نسبت DC به AC (معمولاً ۱٫۱ تا ۱٫۳) برای محاسبه نرخ بار ترانسفورماتور بهینه (توصیه شده ۷۵٪ تا ۸۵٪) استفاده می‌کند.
   مثال: یک ایستگاه ۱۰۰ MW ترانسفورماتورهای معمولی ۱۶۰ MVA را با واحد‌های اختصاصی PV ۱۲۰ MVA جایگزین کرد و هزینه اولیه را ۲٫۲M یورو کاهش داد در حالی که ضایعات بار را حفظ کرد.
   • بهینه‌سازی سطح ولتاژ
   استفاده از ۳۵kV (در مقابل ۳۳kV) برای ولتاژ متوسط هزینه کابل‌ها را ۷٪ تا ۱۰٪ کاهش می‌دهد و هزینه خرید تجهیزات داخلی را کاهش می‌دهد.
2. فناوری کنترل ضایعات: هسته کاهش هزینه‌های چرخه حیات
   • مواد با ضایعات کم
   ترانسفورماتورهای با هسته آمورف ضایعات بدون بار را ۶۰٪ تا ۸۰٪ کاهش می‌دهند. با وجود هزینه اولیه ۱۵٪ تا ۲۰٪ بالاتر، بازگشت سرمایه در ۳ تا ۵ سال (محسوب شده در ۰٫۴ یورو/کیلووات ساعت) به دست می‌آید.
   • تنظیم ظرفیت هوشمند
   تغییرات تپ یکنواخت (OLTC) امکان عملکرد در حالت ظرفیت کم در دوره‌های تابش کم را فراهم می‌کند و ضایعات بدون بار را بیش از ۴۰٪ کاهش می‌دهد.
3. همکاری محلی‌سازی و استانداردسازی
   • جایگزینی اجزای اصلی داخلی
   استفاده از نوارهای نانوکریستالی تولید داخل (۳۰٪ ارزان‌تر از فلزات هیتاچی) و سیستم‌های ریزنگاری اپوکسی.
   • طراحی ماژولار
   زیرایستگاه‌های PV هوشمند پیش‌ساخته (ترکیب ترانسفورماتور، واحد حلقه اصلی، سیستم‌های نظارت) هزینه‌های نصب محلی را ۲۰٪ کاهش می‌دهد و زمان‌بندی را ۱۵ روز کوتاه‌تر می‌کند.
4. سیستم هوشمند O&M: کاهش هزینه‌های پنهان
   • انتهای‌های نظارت IoT
   تعقیب زمان‌های واقعی دما، تخلیه جزئی و جریان‌های زمین‌گذاری هسته بهینه‌سازی چرخه‌های نگهداری را افزایش می‌دهد و توقف‌های غیرمنتظره را کاهش می‌دهد.
   داده: تشخیص هوشمند MTBF را به ۱۲ سال افزایش می‌دهد و هزینه‌های O&M را ۳۵٪ کاهش می‌دهد.
   • مشارکت در پاسخ تقاضای شبکه
   تغییر تپ‌های ترانسفورماتور برای پشتیبانی ولتاژ درآمد خدمات جانبی شبکه را ایجاد می‌کند (۳۰ تا ۸۰ یورو/MW·رویداد).
5. کاربردهای استفاده از ابزارهای مالی
   • ابزارهای مالی سبز
   استفاده از وام‌های سبز با هزینه کم (۱۰٪ تا ۱۵٪ کمتر از نرخ‌های معیار) برای خرید تجهیزات کارآمد.
   • قرارداد عملکرد انرژی (EPC)
   فراهم‌کنندگان محدوده کارایی را تضمین می‌کنند و در صورت عدم رسیدن به آن، اختلاف هزینه برق را جبران می‌کنند.

Ⅳ. کمی‌سازی اقتصادی (مثال ایستگاه ۱۰۰ MW)