میزان هدر‌رفت در خطوط انتقال به چه میزان است
راهکارهایی برای کاهش تلفات برق
چه چیزی باعث افت برق در خطوط انتقال می‌شود؟
از آنجا که در هنگام انتقال برق از شبکه گسترده‌ای استفاده می‌شود، این امر باعث تلفات الکتریسیته می‌شود. یکی از دلایل اصلی افت برق، اثر ژول است که در ترانسفورماتورها و خطوط برق یافت می‌شود که در نتیجه آن انرژی به شکل گرما در هادی‌ها از بین می‌رود. فرآیند انتقال دارای هادی‌هایی است که هدف اصلی آنها مقاومت در برابر جریان الکتریکی است. مقاومت در هر کیلومتر از خطوط انتقال اندک است، اما با امتداد و گسترش خطوط انتقال می‌تواند تاثیر زیادی داشته باشد. بنابراین، این امر منجر به تولید گرما و افزایش دما در هادی‌ها می‌شود. به نوبه خود، افزایش دمای هادی باعث افزایش مقاومت هادی می‌شود که در نهایت منتج به تلفات خط انتقال می‌شود.
تلفات برق در خطوط انتقال چقدر است؟
یکی از سوالات رایج اکثر مردم این است که با ورود برق به خانه شما چقدر انرژی از دست می‌رود؟ با این حال، برای پاسخ به این سوال، باید آن را به یک راهنمای گام به گام تقسیم کنید تا بتوانید بفهمید که برق تولیدشده چگونه وارد محل سکونت شما می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که نیروگاه‌های مختلف براساس عناصر مختلف می‌توانند راه‌اندازی شوند. به عنوان مثال، نیروگاه‌ها می‌توانند با گاز طبیعی، زغال سنگ، نفت و هسته‌ای کار کنند. با این حال، مهم نیست که چه سوختی انرژی تولید می‌کند. همه این نیروگاه‌ها بر اساس یک اصل کار می‌کنند. مواد پر‌انرژی را می‌توان سوزاند تا گرما آزاد شود.
سپس گرما آب را به بخار تبدیل می‌کند و باعث چرخش توربین می‌شود و از آن برای کمک به تولید برق استفاده می‌شود. اگرچه این یکی از موثرترین راه‌های تولید برق است، اما تنها دو‌سوم انرژی تولیدشده به برق تبدیل می‌شود. انرژی‌های دیگر به دلیل محدودیت‌های ترمودینامیکی در فرآیند از بین می‌روند.از آنجا که بیشتر نیروگاه‌ها از منازل مسکونی دور هستند، باید یک راه استراتژیک برای توزیع برق وجود داشته باشد. اولین مرحله انتقال، شامل استفاده از خطوط فشار قوی است که برق را به مسافت طولانی منتقل می‌کند. دلیل استفاده از ولتاژ بالا این است که به پایین نگه داشتن تلفات برق کمک می‌کند. سپس توزیع نیرو به ترانسفورماتورها می‌رسد. ترانسفورماتورها برقی دریافت می‌کنند که می‌تواند ۱۲۰ ولت یا بیشتر باشد، که باعث می‌شود بدون ایجاد برق‌گرفتگی وارد خانه شما شود. با این حال، در مرحله توزیع و در خطوط انتقال تلفات برق وجود دارد.
در مراحل مختلف درصدهای متفاوتی از برق از دست می‌رود. حدود ۱ تا ۲ درصد انرژی در طول ترانسفورماتور افزایش‌دهنده از زمان تولید الکتریسیته تا زمان انتقال آن از بین می‌رود. حدود ۲ تا ۴ درصد انرژی در خطوط انتقال تلف می‌شود. ۱ تا ۲ درصد انرژی در حین تبدیل از خط انتقال به توزیع تلف می‌شود و حدود ۴ تا ۶ درصد انرژی در حین توزیع از بین می‌رود. بنابراین میانگین تلفات برق بین نیروگاه و مصرف‌کنندگان بین ۸ تا ۱۵ درصد است.
آشنایی با سه نوع تلفات انرژی در خطوط انتقال
تلفات مقاومتی، خازنی و القایی در خطوط نه‌تنها در انتقال ولتاژ بالا بلکه در سناریوهای ولتاژ کم و متوسط نیز رخ می‌دهد. هر سه این نوع تلفات خط، تا حدودی با از دست دادن گرما ناشی از برق در امتداد خطوط برق ایجاد می‌شود.
تخمین تلفات فنی خطوط انتقال
در حین انتقال برق، تلفات یا فنی هستند یا غیر‌فنی. برای اینکه توان الکتریکی به شکل و کیفیت مناسب به مصرف‌کنندگان نهایی برسد، تلفات انتقال و توزیع در طول خطوط باید به حداقل ممکن کاهش یابد. وظایفی که به تولید برق، انتقال و توزیع برق مربوط می‌شود، به دلیل اهمیت انرژی الکتریکی برای توسعه اقتصادی و اجتماعی جامعه، باید بالاترین اهمیت را در برنامه‌ریزی ملی هر کشوری به خود اختصاص دهند. برنامه‌ریزی نیروگاه‌ها به گونه‌ای که نیاز بار شبکه برق را برآورده کند، یکی از مسائل مهم و ضروری در سیستم‌های قدرت است.
همان‌طور که می‌دانیم خطوط انتقال، نیروگاه‌ها و پست‌های تولید را در شبکه‌های برق به یکدیگر متصل می‌کنند، اکتشاف، محاسبه و کاهش تلفات انتقال و توزیع در این شبکه‌ها مورد توجه مهندسان برق است. تلفات فنی معمولا ۲۲.۵ درصد تخمین زده می‌شود و برخی از دلایل تلفات فنی شامل خطوط توزیع طولانی، اندازه نامناسب هادی‌ها، نصب ترانسفورماتورهای توزیع دور از مراکز بار، توزیع نابرابر بار بین فازها، اتلاف برق و نشتی، بارگذاری بیش از حد خطوط و شرایط عملیاتی غیرعادی است.
کاهش تلفات فنی
بر اساس تحقیقات انجام شده توسط شرکت‌های برق نیویورک، EPRI و SAIC و همچنین بررسی سایر مطالعات صنعتی، تلفات الکتریکی را می‌توان با بهبود سیستم‌های انتقال و توزیع کاهش داد. برای توجیه هزینه‌های مربوطه بهبود سیستم، یک تجزیه و تحلیل هزینه/فایده کلی یا مورد خاص نیاز است.
کاهش تلفات فنی در سیستم‌های انتقال
بهینه‌سازی کنترل‌های موجود در شیرهای ترانسفورماتور، ولتاژ ژنراتور و بانک‌های خازن شنت سوئیچ، شدت جریان را کاهش می‌دهد و تلفات را به حداقل می‌رساند. افزودن بانک‌های خازن شنت، ثابت و سوئیچ‌شده، در نقاطی از سیستم که نزدیک‌ترین منبع بار رآکتیو هستند، شدت جریان را کاهش می‌دهد و تلفات را به حداقل می‌رساند.
کاهش تلفات فنی در سیستم‌های توزیع
تعادل فاز، تلفات هادی خط را کاهش می‌دهد. همچنین نصب بانک‌های خازن توزیع روی فیدرها برای بهبود ضریب توان فیدر، تلفات خط را کاهش می‌دهد. بانک‌های خازن در پست‌ها یا نزدیک آنها، ضریب توان ایستگاه ناشی از نیاز VAR ترانسفورماتور قدرت پست را بهبود می‌بخشد و تلفات بار در ترانسفورماتور را کاهش می‌دهد. همچنین استفاده از ارزیابی چرخه عمر برای اندازه تجهیزات (نصب اولیه ترانسفورماتورها و هادی‌های توزیع) تلفات هسته ترانسفورماتور و سیم‌پیچ را کاهش می‌دهد.
تاثیر فناوری جدید بر تلفات برق
شبکه سیستم الکتریکی ماهیت پویا دارد و با پیشرفت‌های فناوری دائما در حال تکامل و توسعه است. یکی از ملاحظات سیستم‌های قدرت، تاثیر بر تلفات ناشی از پیشرفت‌های تکنولوژیکی است. بحث زیر تاثیری را که فناوری‌های جدید می‌توانند بر تلفات در سیستم‌های انتقال و توزیع داشته باشند، تشریح می‌کند.
اندازه‌گیری پیشرفته
همان‌طور که داده‌های اندازه‌گیری پیشرفته در زیرساخت تاسیسات، هم در سطح تغذیه و پست و هم در سطح مشتری، یکپارچه می‌شوند، داده‌های خطوط انتقال را می‌توان مستقیما به مدل شبیه‌سازی رایانه‌ای اختصاص داد. علاوه بر این، از داده‌های ساعتی، از جمله kW و kvar، می‌تواند برای محاسبه انرژی و پیک تلفات سیستم استفاده شود. این روش می‌تواند با حذف تخمین تخصیص بار و ارائه جزئیات بیشتر، نتایج دقیق‌تری ایجاد کند.
انتقال جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC)
یک روند نوظهور در صنعت نیرو خطوط جریان مستقیم ولتاژ بالا (HVDC) هستند که کاربرد فزاینده آن به دلیل برخی از مزیت‌ها در کارآیی است. طبق یک مطالعه توسط شرکت ABB، خطوط HVDC بالغ بر ۲۵ درصد تلفات خط کمتری را ارائه می‌دهند که ۲ تا ۵ برابر از ظرفیت خطوط AC در ولتاژهای مشابه توانایی بالاتری دارند.
کنترل جریان برق
از لحاظ تاریخی، به جز در چند مورد از کاربرد این فناوری، هزینه‌ها برای اکثر اپراتورهای انتقال بسیار زیاد بوده است تا بتوانند HVDC را به عنوان یک گزینه در نظر بگیرند. با این حال، با پیشرفت‌های تکنولوژیک و در دسترس شدن گزینه‌های اقتصادی‌تر، استفاده از HVDC ممکن است در آینده نزدیک امکان‌پذیرتر شود.
پست‌های عایق گاز
پست‌های عایق گاز راه‌حل ممکنی برای کمک به کاهش تلفات هستند. پست‌های معمولی زمین‌های بزرگی را اشغال می‌کنند و در خارج از مناطق بار متراکم قرار دارند. در نتیجه، خطوط ولتاژ پایین از پست‌ها می‌توانند مسافت زیادی را قبل از رسیدن به مراکز بار طی کنند، که تلفات را افزایش می‌دهد. پست عایق گاز (GIS) یک پست ولتاژ بالا است که در آن ساختارهای رسانای اصلی در یک محیط آب‌بندی‌شده با گاز دی‌الکتریک به نام SF۶ یا گاز هگزافلوورید گوگرد، به عنوان محیط عایق قرار می‌گیرند. در مقایسه، یک پست معمولی (AIS) یا عایق هوا، از هوای اتمسفر به عنوان رسانه گاز دی‌الکتریک استفاده می‌کند، زیرا این نوع پست‌ها عمدتا از تجهیزات بیرونی تشکیل شده‌اند. پست‌های عایق گاز محصور شده‌اند و تمام تجهیزات داخل محفظه فلزی هستند و می‌توانند در زیرزمین یا ساختمان نزدیک به مرکز بار قرار گیرند که به کاهش تلفات کمک می‌کند.
در نتیجه عوامل مختلفی مسوول تلفات خطوط انتقال و توزیع هستند که باید حذف شوند. فناوری‌های جدید باید برای کاهش تلفات به کار گرفته شوند، مانند اندازه‌گیری پیشرفته، HVDC و پست‌های عایق‌شده با گاز. این فناوری‌ها در کشورهای توسعه‌یافته مانند چین و ایالات متحده به کار برده می‌شوند.
