مشروع محطة تجميع الطاقة الجديدة بقدرة 35 كيلو فولت يتحقق من صحة مكاسب الكفاءة العالية لمحولات التيار المجهزة بقلب حديد النانو البلوري لتكامل الطاقة المتجددة

لتوضيح المنطق الفني وراء اختيار المواد لهذا المشروع، تحتاج الصناعة أولاً إلى توضيح بيئة التشغيل المتمايزة للمحولات الحالية في محطات تجميع الطاقة الجديدة مقارنة بشبكات التوزيع الحضرية التقليدية. تقوم العاكسات الكهروضوئية بتوليد مكونات توافقية غنية عالية التردد أثناء تحويل الطاقة؛ تتسبب تغيرات الإشعاع الشمسي على مدار اليوم في حدوث تقلبات جذرية في التيار الأولي أقل من 35 كيلو فولت، من الحمل الخفيف عند الفجر إلى الحمل الكامل عند الظهر، وتحدث زيادات تيار عابرة متكررة أثناء تبديل الغطاء السحابي. يعاني CT التقليدي من الصلب السيليكوني من توهين شديد في النفاذية المغناطيسية تحت التراكب التوافقي، مما يؤدي إلى إشارات خرج ثانوية مشوهة. لن تؤدي بيانات العينات المشوهة إلى قياس غير دقيق لتوليد الطاقة فحسب، بل ستؤدي أيضًا إلى تضليل أجهزة الحماية المتصلة بالشبكة لتحفيز التعثر الكاذب، مما يؤدي إلى فقدان توليد الطاقة وتقليل الكفاءة العالية الإجمالية للمحطة الكهروضوئية. بالنسبة لمشاريع الطاقة الجديدة ذات السعة الكبيرة، ستؤدي مخاطر المعدات الخفية هذه إلى خسائر اقتصادية بملايين اليوانات طوال دورة التشغيل، مما يسلط الضوء على الطلب الملح على المواد الأساسية المغناطيسية المحسنة.

يعالج قلب الحديد البلوري النانوي نقاط الألم المتعددة لمحولات التيار ذات الجهد المتوسط ​​للطاقة الجديدة من خلال خصائص المادة المغناطيسية الناعمة الجوهرية. يختلف هيكل التصفيح المتقطع لصفائح الفولاذ السيليكوني عن هيكل اللف الحلقي المتكامل للشريط البلوري النانوي الذي يزيل فجوات الهواء المغناطيسية داخل القلب، مما يقلل من التسرب المغناطيسي ويحسن دقة نقل الإشارة للمحول الحالي. تعمل قوتها القسرية المنخفضة للغاية على تقليل فقدان التباطؤ في ظل التيار المتغير المتناوب، في حين أن الشريط الرفيع للغاية ذو المقاومة العالية يقيد فقدان التيار الدوامي الناجم عن التوافقيات عالية الترتيب. بالمقارنة مع النوى المصنوعة من الصلب السيليكوني بنفس المواصفات، فإن قلب الحديد البلوري النانوي يقلل من إجمالي فقدان النواة بأكثر من 65% تحت التراكب التوافقي 5 كيلو هرتز، مما يتحكم بشكل أساسي في ارتفاع درجة الحرارة الداخلية لمعدات التصوير المقطعي في خزانات المفاتيح 35 كيلو فولت. بالإضافة إلى ذلك، تتميز المادة بقدرة ممتازة على مقاومة التحيز للتيار المستمر؛ عندما تنتج الأعطال المتصلة بالشبكة الكهروضوئية مكونات تيار مستمر متبقية في الخطوط، فإنها لن تدخل في التشبع المغناطيسي على الفور، مما يضمن أن المحول الحالي يمكنه إرسال إشارات تيار الأعطال الفعالة بشكل مستمر لحكم عمل حماية التتابع، مما يعزز بشكل كبير هامش الأمان للعملية المتصلة بمحطة الطاقة الجديدة.

تشتمل محطة التجميع الكهروضوئية Northwest 200MW على 12 مجموعة من محولات صندوقية 35 كيلو فولت ودعم خزانات مفاتيح الشبكة الحلقية ذات الجهد المتوسط، مع كل وحدة مجهزة بمحول تيار من فئة القياس وفئة الحماية يغطي نطاقات التيار الكاملة من 50 أمبير إلى 2000 أمبير. تعاون فريق التصميم الهندسي مع الشركات المصنعة للمواد المغناطيسية لتحسين القطر الداخلي والخارجي وشد اللف لقلب الحديد البلوري النانوي وفقًا لمساحة التثبيت لكل محول تيار أقل من 35 كيلو فولت، واعتمد تقنية التلدين الدقيقة المحمية بالنيتروجين لتحقيق التوازن بين النفاذية وأداء الخسارة. قبل التوصيل الرسمي للشبكة، أجرى المشروع اختبارات محاكاة الدورة المستمرة في ظل محاكاة تقلبات إنتاج الطاقة الكهروضوئية طوال اليوم وظروف العمل المتناغمة. تظهر نتائج الاختبار أن محول التيار المجهز بقلب الحديد البلوري النانوي يحافظ على خطأ الطور خلال 10 دقائق والخطأ المركب أقل من 0.15% تحت إجمالي معدل التشوه التوافقي بنسبة 30%، وهو ما يتجاوز بكثير معيار الدقة 0.5S الذي تتطلبه المواصفات الجديدة المتصلة بشبكة الطاقة. في المقابل، شهدت CT الأساسية المصنوعة من الفولاذ السيليكوني في مجموعات المقارنة المتوازية قفزة في الأخطاء المركبة إلى أكثر من 0.8% في ظل أحمال توافقية متطابقة، مما فشل في تلبية معايير الوصول إلى القياس.

بعد الاتصال الرسمي بالشبكة، أثبتت بيانات التشغيل في الموقع أيضًا مزايا الكفاءة العالية طويلة المدى لقلب الحديد البلوري النانوي. انخفض متوسط ​​انحراف قياس توليد الطاقة اليومي للمحطة بأكملها بنسبة 73% مقارنة بالمشاريع المماثلة التي تستخدم التصوير المقطعي التقليدي، مما أدى إلى القضاء على خسارة إيرادات القياس السنوية الناجمة عن تشويه الإشارة. متوسط ​​درجة حرارة التشغيل لجميع محولات التيار أقل من 35 كيلو فولت استقرت أقل من 60 درجة مئوية، مما يقلل من سرعة تقادم عزل الإيبوكسي والملفات النحاسية الثانوية. قدر قسم تشغيل المشروع أن عمر خدمة الأشعة المقطعية الأساسية من البلورات النانوية يمكن تمديده من 10 سنوات إلى 15 عامًا، كما تم تقليل تكرار عمليات التفتيش الروتينية لقياس درجة حرارة الأشعة تحت الحمراء إلى النصف، مما أدى إلى خفض تكاليف تشغيل المحطة وصيانتها واستبدال قطع الغيار بشكل كبير.

أوضح مهندسو البحث والتطوير في المواد المغناطيسية أن تعميم نواة الحديد البلوري النانوي في الطاقة الجديدة التي تقل عن 35 كيلو فولت في المحولات الحالية يستفيد أيضًا من التحسين المستمر لتكلفة العملية في السنوات الأخيرة. لقد أدى قطع الشريط الآلي، ولف التحكم العددي، وخطوط إنتاج التلدين المستمر إلى تحسين إنتاجية المنتج النهائي الأساسي بشكل كبير، مما أدى إلى تضييق فجوة تكلفة الوحدة بين نوى الصلب النانوي والسيليكون. بالنسبة للمستثمرين الجدد في مجال الطاقة، يمكن استرداد الزيادة الطفيفة في تكلفة شراء المعدات الأولية بالكامل في غضون عامين من خلال تحسين دقة قياس توليد الطاقة وخفض نفقات الصيانة.

يتوقع المطلعون على الصناعة أن الحجم المثبت لمحولات التيار أقل من 35 كيلو فولت لمحطات تخزين الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح والطاقة سيحافظ على نمو سنوي مزدوج الرقم في السنوات الخمس المقبلة. سيصبح قلب الحديد البلوري النانوي، باعتباره مادة أساسية مغناطيسية عالية الكفاءة ومنخفضة الفقد ومصممة خصيصًا للبيئات الإلكترونية لطاقة الطاقة الجديدة، الحل المطابق السائد للتصوير المقطعي المتوسط ​​الجهد في مشاريع الطاقة المتجددة، مما يساعد أنظمة الطاقة العالمية على تحقيق كفاءة أعلى في تحويل الطاقة وتكامل أكثر موثوقية لشبكة الطاقة الجديدة.