احصل على عرض أسعار
تعمل أكثر من 2000 جيجاوات من الطاقة الشمسية على نطاق المرافق في جميع أنحاء العالم، موزعة على أكثر من 100000 مرحلة من المشروع يتتبعها Global Solar Power Tracker. وسوف يقفز هذا العدد بمقدار الثلث في غضون بضع سنوات، مدفوعاً بالإضافات المتواصلة في الصين والهند. محطة الطاقة الشمسية هي المحرك وراء هذا التحول - وهي منشأة هندسية تعمل على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء على نطاق الشبكة، إما عن طريق إثارة الإلكترونات بشكل مباشر في الخلايا الكهروضوئية أو عن طريق تركيز الحرارة لتشغيل توربينات تقليدية.
تنقسم التكنولوجيا إلى عائلتين رئيسيتين. تستخدم محطات الطاقة الكهروضوئية ألواح أشباه الموصلات لتوليد التيار المباشر، ثم تضخيمه من خلال العاكسات والمحولات لتصدير الشبكة. تنشر محطات الطاقة الشمسية المركزة (CSP)، والتي تسمى أيضًا المحطات الحرارية الشمسية، آلاف المرايا لتركيز ضوء الشمس على جهاز الاستقبال، مما ينتج البخار الذي يدير التوربينات. يتمتع كل طريق بنقاط قوة مميزة في المناطق الغنية بالشمس. يوضح الجدول أدناه التناقضات الرئيسية.
| المعلمة | الكهروضوئية (الضوئية) | CSP (الطاقة الشمسية المركزة) |
|---|---|---|
| المبدأ الأساسي | التأثير الكهروضوئي في أشباه الموصلات | تقوم المرايا بتركيز ضوء الشمس على جهاز الاستقبال، مما يولد الحرارة للتوربينات البخارية |
| المكونات الرئيسية | الألواح والعاكسات والمحولات وهياكل التركيب | المروحيات/أحواض القطع المكافئ، جهاز الاستقبال، سائل نقل الحرارة، التوربينات، التخزين الحراري |
| سعة النبات النموذجية | 1–300 ميجاوات (على نطاق المرافق)؛ أيضا سطح صغير | 10-250 ميجاوات؛ عادة ما تكون أكبر ومحددة بالموقع |
| أفضل المناخ | يعمل في ضوء منتشر. يفضل التعرض للإشعاع العالي | يتطلب تشعيعًا طبيعيًا مباشرًا > 2000 كيلووات ساعة/م²/عام؛ المناطق القاحلة ذات السماء الصافية |
| التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE) | 0.024 دولار - 0.05 دولار/كيلوواط ساعة (معايير نطاق المرافق لعام 2026) | 0.07 دولار – 0.12 دولار/كيلوواط ساعة؛ أعلى ولكنها تنخفض مع التخزين |
| التخزين المتأصل | لا شيء؛ يجب أن يقترن بالبطاريات | معيار التخزين الحراري للملح المنصهر؛ 6-15 ساعة من التوزيع |
| دعم الشبكة | يعتمد على العاكس، ويمكن أن يوفر طاقة تفاعلية مع عناصر تحكم ذكية | يوفر التوربين المتزامن القصور الذاتي وتيار الخطأ |
يتوقف الاختيار بين الطاقة الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة على أكثر من مجرد التكلفة. في الأسواق التي تقدر إمكانية التوزيع المسائي، يوفر التخزين الحراري الخاص بـ CSP الطاقة بعد غروب الشمس بدون بطاريات. ومع ذلك، فإن 95% من منشآت الطاقة الشمسية الجديدة هي خلايا شمسية، وهي العمود الفقري المعياري القابل للتمويل والذي يهيمن على المصفوفات الموجودة على الأسطح وحتى المزارع التي تبلغ قدرتها 500 ميجاوات. تركز بقية هذه المقالة على محطات الطاقة الكهروضوئية، مع الإشارة إلى الأماكن التي تظل فيها بدائل الطاقة الشمسية المركزة ذات صلة.
تعمل الطاقة الكهروضوئية والطاقة الشمسية المركزة على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء من خلال عمليات فيزيائية مختلفة تمامًا. إن فهم كيفية عمل كل منها يوضح سبب ملاءمتها لمقاييس ومناخات ونماذج أعمال مختلفة.
في محطة الطاقة الكهروضوئية، يضرب ضوء الشمس طبقات أشباه الموصلات داخل اللوحة. كل فوتون لديه ما يكفي من الطاقة يفقد إلكترونًا، مما يخلق تيارًا مباشرًا. يتدفق هذا التيار المستمر إلى محولات السلسلة أو المحولات المركزية، حيث يصبح تيارًا مترددًا. يقوم المحول التصاعدي بعد ذلك برفع الجهد - عادةً من 400-800 فولت عند العاكس إلى 35 كيلو فولت لخطوط التجميع ذات الجهد المتوسط، وفي النهاية إلى 110 كيلو فولت أو 220 كيلو فولت للنقل في المحطة الفرعية. يتم تجميع العاكسات والمحولات المتعددة معًا عبر مئات الأفدنة. الأجزاء المتحركة الوحيدة هي محركات تتبع الشمس عند استخدام أجهزة تتبع أحادية المحور أو ثنائية المحور.
تعمل محطات الطاقة الشمسية المركزة بشكل أشبه بمحطة الطاقة الحرارية بدون وقود. تعمل المرايا - أحواض مكافئة، أو عاكسات فريسنل الخطية، أو الآلاف من المروحيات حول البرج - على تركيز ضوء الشمس على جهاز الاستقبال. في نظام البرج، يتم تسخين الملح المنصهر أو أي سائل آخر لنقل الحرارة إلى أكثر من 565 درجة مئوية. يقوم الملح الساخن بتخزين الطاقة الحرارية في خزانات معزولة. عند الحاجة إلى الطاقة، فإنها تتدفق عبر مبادل حراري لتوليد البخار، وتشغيل التوربينات، وتدور المولد. يمكن للمحطة أن تعمل بكامل طاقتها بعد ساعات من غروب الشمس، مما يجعلها موردًا متجددًا قابلاً للتسليم. لكن البصريات والدورات الحرارية تتطلب تشغيلًا متخصصًا وموقعًا عالي الإشعاع الطبيعي المباشر.
تتصل كلتا التقنيتين في النهاية بالشبكة من خلال شبكة تجميع متوسطة الجهد ومحطة فرعية ذات جهد عالٍ مماثلة. في محطة الطاقة الكهروضوئية، تكون مساحة المحولات والمفاتيح الكهربائية أكبر مقارنة بالسعة المركبة بسبب تخطيط العاكس الموزع. في الطاقة الشمسية المركزة، تحتوي الكتلة المركزية على التوربين والمحول الرئيسي، تمامًا مثل محطة تعمل بالغاز.
محطات الطاقة الشمسية ليست منتجًا أحادي الحجم. يقوم المطورون بتصنيفها حسب السعة ونقطة اتصال الشبكة والنشر الفعلي. كل مستوى له اقتصادياته الخاصة، ومساره التنظيمي، ومتطلبات المعدات.
معظم القدرات الجديدة هي الخلايا الكهروضوئية المثبتة على الأرض على نطاق المرافق، وبالتالي فإن أقسام التكلفة والمعدات التي تتبع تركز على هذا النموذج الأصلي. ومع ذلك، فإن المبادئ الهندسية تتلخص في المصفوفات التجارية مع تعديلات المكونات الصحيحة.
بحلول عام 2026، يتراوح المعيار العالمي لمحطة كهروضوئية أحادية المحور بقدرة 100 ميجاوات بين 0.75 دولار و0.95 دولار لكل واط تيار مباشر، في حين يمكن أن تنخفض الأنظمة ذات الإمالة الثابتة إلى 0.70 دولار/واط في الأسواق التنافسية. يختلف إجمالي تكلفة التركيب لكل ميجاوات باختلاف الموقع، ومعدلات العمالة، وتكاليف الأراضي، وأسعار الوحدات - ولكن النسبة المئوية المقسمة عبر الفئات أصبحت متسقة بشكل ملحوظ. يجمع الجدول أدناه بيانات المشروع الواقعية للطاقة الكهروضوئية ذات الميل الثابت على نطاق المرافق على ثلاثة مستويات.
| فئة التكلفة | محطة 1 ميجاوات | محطة بقدرة 10 ميجاوات | محطة بقدرة 100 ميجاوات |
|---|---|---|---|
| الوحدات الكهروضوئية والتركيب | 35-40% | 38-42% | 40-45% |
| العاكسون والمحولات | 10-13% | 8-11% | 7-9% |
| توازن النظام (BOS): الكابلات، المفاتيح الكهربائية، المراقبة | 12-16% | 11-14% | 9-12% |
| التثبيت والعمل | 15-20% | 12-17% | 10-14% |
| الأعمال المدنية، إعداد الموقع | 6-8% | 5-7% | 4-6% |
| الأرض والتصاريح | 4-6% | 3-5% | 2-3% |
| اتصال الشبكة والربط البيني | 5-8% | 4-7% | 3-5% |
| التطوير والنفقات العامة EPC والطوارئ | 6-10% | 5-8% | 4-7% |
| الإجمالي النموذجي (دولار/واط تيار مباشر) | 0.95 دولار – 1.25 دولار/وات | 0.80 دولار – 1.05 دولار/وات | 0.70 دولار – 0.95 دولار/وات |
قد يبدو خط المحولات والمفاتيح الكهربائية متواضعًا، ولكنه العمود الفقري لموثوقية المصنع. بالنسبة لموقع بقدرة 100 ميجاوات، يمكن أن يكلف محول الرفع الرئيسي وحده ما بين 200000 إلى 400000 دولار. قم بإقرانها مع الوحدات الرئيسية الحلقية ولوحات الحماية و المفاتيح الكهربائية ذات الجهد العالي ، وغالبًا ما تقترب حزمة المحطات الفرعية من 7٪ من إجمالي النفقات الرأسمالية. إن التقليل من هذه المكونات يؤدي إلى انقطاع التيار الكهربائي الذي يقضي على سنوات من إيرادات التوليد.
عند تقييم التكلفة، اربطها دائمًا بسعر التكلفة المسوى للتكلفة، وليس فقط بالدولار المقدم. قد تؤدي وحدة ذات كفاءة أعلى أو محول منخفض الخسارة إلى رفع التكلفة الأولية بمقدار 0.02 دولار/واط ولكنها تزيد العائد السنوي بنسبة 1-3%، مما يؤدي إلى صافي القيمة الحالية الإيجابية على مدى 25 عامًا.
محطة الطاقة الكهروضوئية على نطاق المرافق هي عبارة عن سلسلة من أجهزة تحويل الطاقة. يقدم كل رابط خسائر؛ إن تحديد المكون الصحيح وحجمه بشكل صحيح يحدد معدل العائد الداخلي للمشروع. فيما يلي قائمة المواد الأساسية ودورها.
العنصر الذي يتم تجاهله غالبًا هو نظام التأريض والحماية من الصواعق. تتصرف المصفوفات الكبيرة مثل جاذبات البرق. تعمل شبكة من القضبان المغطاة بالنحاس ومانعات الصواعق على حماية العاكسات والمحولات من الجهد الزائد العابر الذي يمكن أن يخترق العزل في ميكروثانية.
المحول ليس سلعة. إنه قرار مخصص يؤثر بشكل مباشر على خسائر المصانع والسلامة من الحرائق وتكلفة الصيانة على المدى الطويل. يهيمن نوعان رئيسيان على تركيبات الطاقة الشمسية: محولات التوزيع أو الطاقة المغمورة بالزيت ومحولات الراتنج المصبوب من النوع الجاف. كل يحتل مكانة محددة.
تستخدم المحولات المغمورة بالزيت الزيوت المعدنية أو الإستر القابل للتحلل كمبرد وعازل للكهرباء. فهي تتعامل مع الأحمال الزائدة بشكل جيد، وتبدد الحرارة بشكل فعال في العبوات الخارجية، وتكلف أقل بنسبة 20-30% من الوحدات المماثلة من النوع الجاف. خزانها القياسي IP65، الذي غالبًا ما يكون مزودًا بزعانف مموجة، يزدهر في الظروف الصحراوية المتربة. والمقايضة هي القابلية للاشتعال - حيث يعد وجود حاجز احتواء وأخذ عينات منتظمة من الزيت أمرًا إلزاميًا. إنها الخيار الأمثل للمزارع الكهروضوئية المثبتة على الأرض حيث يمكن التحكم في مخاطر المساحة والحرائق.
تقوم المحولات من النوع الجاف بتغليف اللفات في راتنجات الإيبوكسي تحت التفريغ، مما يؤدي إلى وحدة ذاتية الإطفاء ولا تحتاج إلى صيانة بدون سائل تبريد. إنها تتفوق في التركيبات التجارية على الأسطح، والمحطات الفرعية الداخلية، والمواقع عالية الارتفاع حيث تواجه المعدات المملوءة بالنفط عقبات تسمح بها. على الرغم من أن تكلفتها الأولية أعلى ولديها عادةً هوامش حمل زائد أقل، إلا أن التصميمات الحديثة ذات العزل من الفئة H توفر تفريغًا جزئيًا منخفضًا ويمكن أن تتوافق مع معايير الخسارة من المستوى 2. بالنسبة لمجموعة تجارية بقدرة 1-3 ميجاوات داخل مبنى المدينة، أ محول من النوع الجاف غالبًا ما يكون الخيار الوحيد المتوافق مع التعليمات البرمجية.
يلخص الجدول أدناه معلمات الاختيار الرئيسية.
| Criterion | محول مغمور بالزيت | محول من النوع الجاف |
|---|---|---|
| موقع التثبيت النموذجي | لوحة خارجية مثبتة أو محطة | داخلي أو على السطح أو في حاويات |
| خطر الحريق / السلامة | يتطلب سائل الفئة O (الزيوت المعدنية) ربطًا؛ الزيت النباتي يحسن نقطة النار | إطفاء ذاتي، بدون زيت؛ يفضل بالقرب من المباني |
| تقييمات الجهد | ما يصل إلى 36 كيلو فولت (10، 20، 35 كيلو فولت مشترك) | ما يصل إلى 36 كيلو فولت (قياسي 10، 20 كيلو فولت) |
| نطاق السعة | 50 كيلو فولت أمبير – 31,500 كيلو فولت أمبير | 5 كيلو فولت أمبير – 100 كيلو فولت أمبير (حتى 20 ميجا فولت أمبير مع الهواء القسري) |
| الخسائر (تحميل عدم التحميل) | عادةً ما تكون من الدرجة 2 من EC (المستوى 2)؛ الخيارات الأساسية غير المتبلورة منخفضة الخسارة متاحة | غالبًا ما يفي بالمستوى 2؛ يمكن تحقيق المستوى 1 مع التصميم الأساسي الأمثل |
| الصيانة | اختبار الزيت السنوي، فحص الجلبة، فحص الحشيات | الفحص البصري، التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء، التنظيف؛ لا صيانة سائلة |
| التكلفة النسبية | أقل | أعلى بنسبة 20-30% للتقييم المعادل |
Beyond the dielectric medium, the critical engineering parameters are: rated power (kVA) at least 1.1 × inverter AC output; نسبة الجهد (على سبيل المثال، 0.69/35 كيلو فولت)؛ مجموعة المتجهات (Dyn11 هو المعيار لواجب العاكس)؛ جهد المعاوقة (5-8% للحد من تيار الخلل واستيعاب التوافقيات)؛ وقيم الرسملة الخسارة. بالنسبة لمزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، محولات القدرة المغمورة بالزيت جهد 35 ك.ف في نطاق 12.5-25 ميجا فولت أمبير يتم تغذيته مباشرة في محطة التوصيل البيني للشبكة. يمكن أن يؤدي تحديد وحدة ذات قلب معدني غير متبلور إلى تقليل خسائر عدم التحميل بنسبة 60-70%، مما يوفر مئات الآلاف من الدولارات طوال عمر المصنع.
يتطلب الانتقال من قطعة أرض إلى تاريخ التشغيل التجاري تنسيق أعمال الهندسة والمشتريات والبناء (EPC) على مدار ما يقرب من 12 إلى 24 شهرًا لمشروع بقدرة 50 ميجاوات. إن الجدولة الضيقة لتسليم المحولات ودراسات الشبكة هي المكان الذي تتسلل فيه معظم حالات التأخير. وتوضح الخطوات أدناه تسلسلًا مثبتًا.
طوال عملية البناء، يجب أن يركز مهندس التشغيل المخصص بشكل حصري على تسلسل تركيب المحولات والمفاتيح الكهربائية. يمكن أن يتسبب تغيير الصنبور الذي تم ضبطه بشكل غير صحيح، أو الاتصال الأرضي المفقود، أو محطة البطانة السائبة في حدوث فشل في المحول مما يؤدي إلى تأخير المشروع لعدة أشهر.
على مدار عمر تشغيلي يبلغ 25 عامًا، حتى محطة الطاقة الكهروضوئية جيدة البناء سوف تتعرض لأعطال في المعدات. الهدف هو اكتشاف التدهور قبل أن يؤدي إلى تعطيل مرحلات الحماية أو التسبب في انقطاع توليد الإيرادات. تفصل خطة الصيانة المنظمة بين الأنشطة المخططة الهامة وبين مكافحة الحرائق التفاعلية.
| نوع الخطأ | سبب نموذجي | متوسط MTTR | العمل الوقائي |
|---|---|---|---|
| النقاط الساخنة للوحدة وفشل الصمام الثنائي الالتفافي | تظليل جزئي، تشققات الخلايا، عيب تصنيع | 4-8 ساعات (مبادلة الوحدة) | عمليات مسح حرارية ربع سنوية باستخدام طائرات بدون طيار للتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء؛ replace underperforming modules |
| العاكس ينطلق بسبب الجهد الزائد أو التيار الزائد | شبكة عابرة، برق، عاكس صغير الحجم | 1-4 ساعات (إعادة الضبط/إعادة التكوين) | تعيين معلمات حماية الشبكة المناسبة؛ قم بتثبيت مانعات الصواعق على جانبي التيار المتردد والتيار المستمر |
| ارتفاع درجة حرارة المحول أو انخفاض مستوى الزيت | الحمل الزائد المستمر، المبرد المسدود، تسرب الحشية | 2-8 ساعات (زيادة الزيت، تنظيف الزعانف) | الفحص البصري الشهري لمستوى الزيت ومقاييس درجة الحرارة؛ التحليل السنوي للغاز المذاب (DGA) |
| تسرب غاز SF6 للمفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط (معزول بالغاز) | تدهور الختم، والصدمة الميكانيكية | 4-12 ساعة (إعادة الشحن أو الاستبدال) | فحص ضغط الغاز ربع سنوي؛ تم ضبط عتبات الإنذار على 85% من الكثافة الاسمية |
| انهيار عزل الكابل | دخول الماء إلى المفاصل، وتلف القوارض، وارتفاع درجة الحرارة | 6-24 ساعة (تحديد الموقع وإعادة التوصيل) | اختبارات مقاومة العزل السنوية؛ حافظ على نظافة خنادق الكابلات |
| Tracking motor/torque tube failure | تآكل التروس، الحمل الزائد للرياح، خطأ في لوحة التحكم | 4-12 ساعة (التخزين اليدوي، استبدال المحرك) | الفحص الميكانيكي الشهري للمحركات ومفاتيح الحد؛ التشحيم وفقًا لجدول الشركة المصنعة |
تستحق الصيانة الخاصة بالمحولات التركيز. تحتوي الوحدة الكبيرة المغمورة بالزيت على آلاف اللترات من السائل العازل. يمكن لقوس داخلي واحد أو حدث دخول رطوبة أن يدمر المحول في ثوانٍ. تتنبأ اختبارات انهيار عازل الزيت السنوية وتحليل الفوران بشيخوخة عزل الورق. وبالمثل، تحتاج الوحدات من النوع الجاف إلى عمليات مسح بالأشعة تحت الحمراء عند التحميل الكامل لاكتشاف التوصيلات السائبة والتسخين المفرط للملف. إن إعادة تدوير الوصلات المُثبتة بمسامير بعد السنة الأولى من التشغيل تمنع ظهور البقع الساخنة.
يقوم العديد من مشغلي الأساطيل الآن بتكملة عمليات التفتيش الدورية بالمراقبة المستمرة عبر الإنترنت. تعمل أجهزة مراقبة الغاز في الزيت المذاب وأجهزة استشعار التفريغ الجزئي والصنابير السعوية على تغذية البيانات إلى نظام SCADA المركزي. عندما يرتفع مستوى الأسيتيلين، يقوم النظام بوضع علامة على خطأ قوسي محتمل قبل أن يتم تشغيل مرحل Buchholz. يمكن أن يعني هذا الإنذار المبكر الفرق بين إصلاح بقيمة 10000 دولار واستبدال بقيمة 200000 دولار.
© Zhejiang Detong Transformer Co., Ltd.
English
中文简体
русский
Español
