حل التحديث والتجديد لمحولات الطاقة المتوسطة الجهد القديمة

1.الخلفية الصناعية

مع تقدم تعديل الهيكل الطاقي العالمي وأهداف "الكربون المزدوج"، أصبحت توفير الطاقة والذكاء والأمان في معدات الطاقة مهمة مهمة للشركات الشبكية والمستخدمين الصناعيين. لا تزال العديد من محولات الطاقة المتوسطة الجهد التي تم تشغيلها في الثمانينيات والتسعينيات تلعب دورًا مهمًا في تزويد الطاقة في شبكات الكهرباء والمصانع والمناطق الصناعية. ومع ذلك، فقد وضعت معايير السلسلة IEC 60076 الحالية، IEC 60567 وغيرها من لوائح التشغيل الآمن، بالإضافة إلى القوانين البيئية ذات الصلة، متطلبات تصحيح واضحة لمثل هذه المعدات الموجودة. على الرغم من أن الاستبدال الكامل يمكن أن يحقق الهدف في خطوة واحدة، إلا أنه غالباً ما يواجه صعوبات عملية مثل الاستثمار الكبير وزمن الانقطاع الطويل وتأثيره على استمرارية الإنتاج.

1.2 نقاط الألم الأساسية

• خسائر عالية: تتميز المعدات القديمة بخسائر فارغة وحمولة عالية، مما يؤدي إلى تكاليف استهلاك طاقة مرتفعة وكفاءة اقتصادية ضعيفة أثناء التشغيل طويل الأمد؛
• مخاطر السلامة: تقادم المكونات العازلة والمعدنية يعرض لحوادث سلامة مثل التفريغات القصيرة والحروق تسرب الزيت؛
• ضغط الامتثال: عدم الوفاء بالمعايير الحالية لتوفير الطاقة والحماية البيئية والسلامة، ومواجهة متطلبات التصحيح التنظيمي؛
• مشكلة الاستبدال: تكلفة الاستبدال الكاملة وزمن الانقطاع الطويل يؤثران بشكل كبير على استمرارية الإنتاج وتزويد الطاقة.

2.الوضع الأساسي للحل

يركز هذا الحل على الأهداف المزدوجة "تحسين كفاءة استخدام الطاقة والأمان والامتثال" ويقدم مسار ترقية متكامل "تقييم - تجديد/استبدال - قبول" للمحولات المتوسطة الجهد القديمة (بخسائر عالية ومخاطر سلامة عديدة وعدم الامتثال للمعايير الحالية). من خلال استراتيجية الجمع بين التقييم العلمي والتنفيذ التدرجياً والضمان الانتقالي، يتم تحقيق التوازن بين الاقتصاد والتأثير الإيجابي للتجديد، وتقليل تأثير الانقطاع، ومساعدة المستخدمين على تحقيق أهداف خفض استهلاك الطاقة بشكل كبير وتحكم مخاطر السلامة وتحقيق الامتثال الكامل للمعايير الحالية.

السيناريوهات المطبقة: تحديث شبكة التوزيع للشركات الشبكية، تجديد المعدات للشركات الصناعية، تحسين كفاءة الطاقة الشاملة للمناطق الصناعية، وتقديم مسار عملي قابل للتكرار والترويج للتحول الأخضر والمنخفض الكربون للأصول الطاقية القائمة.

3.النظام الأساسي للتنفيذ

3.1 نظام التقييم ثلاثي الأبعاد للمعدات القديمة

تم إنشاء نموذج تقييم ثلاثي الأبعاد قياسي وقابل للقياس لتوفير أساس دقيق لاختيار مسارات التجديد. وفي النهاية، يتم إنشاء "تقرير تقييم كفاءة الطاقة والأمان" لكل جهاز، مما يوضح الأولوية والمسار القابل للتنفيذ للتجديد/الاستبدال.

3.2 خطة التجديد الهرمية

وفقاً لنتائج التقييم، يتم اعتماد استراتيجية هرمية "تتمثل في إعطاء الأولوية للتحديث الجزئي واستخدام الاستبدال الشامل كخيار بديل" لتوازن بين السيطرة على التكلفة والاستمرارية الإنتاجية.

التحديث الجزئي (السيناريوهات المطبقة: العمر المتوقع مقبول، والمشكلات الرئيسية هي الخسائر العالية أو قلة قدرة الرصد)

• استبدال الطيات/النواة: استخدام صفائح السيليكون ذات الخسارة المنخفضة أو النوى CRGO، وإعادة تفريغ الطيات مع عملية التشبث بالضغط الفراغي (VPI)، مما يمكن أن يقلل من خسارة عدم الحمل بنسبة 25% - 35%؛
• تركيب الوحدات الذكية للرصد: دمج الرصد عبر الإنترنت لدرجة الحرارة اللاسلكية، والإطلاق الجزئي، ورواسب النفط الكروماتوغرافية لتحقيق الصيانة المستندة إلى الحالة والإنذار المبكر، مما يقلل من احتمالية حدوث أعطال مفاجئة؛
• تحسين نظام التبريد: استبدال المبردات ذات الكفاءة العالية أو إضافة المراوح المتغيرة السرعة ذكاءً لتحسين السيطرة على الارتفاع الحراري تحت ظروف التشغيل المرتفعة الحرارة؛
• تحديث جهاز تغيير التوتر أثناء الحمل (OLTC): تحسين دقة تنظيم الجهد وتخفيف تأثير التقلبات في جهد شبكة الطاقة على المعدات.

الاستبدال الشامل (السيناريوهات المطبقة: تدهور عازل شديد، وكفاءة طاقة بعيدة جداً عن الحدود الحالية، أو مخاطر سلامة عالية)

• مبدأ الاختيار: إعطاء الأولوية للمحولات الموفرة للطاقة ذات الكفاءة العالية IE4/IE5 (من النوع الغامض أو الجاف) التي تتوافق مع قيم تقييم توفير الطاقة لسلسلة IEC 60076؛ تحسين مستويات الحماية من الحريق والانفجار والدرجات الحامية (مثل IP55/IP56) حسب السياقات التطبيقية؛
• تطبيق المواد الخضراء: يمكن اختيار زيت الأسترات القائم على البيولوجيا + الورق الآراميدي لتحقيق التوازن بين العمر الطويل وإمكانية إعادة التدوير، مما يقلل من بصمة الكربون خلال دورة الحياة الكاملة؛
• التكوين الذكي القياسي: الوحدة الداخلية للحساس الضوئي/اللاسلكي + وحدة حوسبة الحافة، والتي يمكن ربطها بنظام إدارة الطاقة المؤسسي أو المنصة الرقمية الإقليمية.

3.3 خطة ضمان الانتقال بتكاليف منخفضة

• محورها "تقليل الانقطاع"، توفير ضمان التنفيذ الكامل لتقليل تأثير الإغلاق على الإنتاج والتزويد بالطاقة:
• البناء التدريجي: تركيب أجهزة الرصد والضمان المؤقت للتبريد أولاً، ثم الترتيب المركزي للفترة الرئيسية للتجديد (تجنب الذروة الإنتاجية)؛
• ضمان التزويد بالطاقة المؤقت: نشر المحولات المحمولة في صناديق أو سيارات التزويد بالطاقة البديلة لضمان التزويد المستمر بالطاقة للأحمال الحرجة؛
• تقنية التحويل السريع: اعتماد مخططات الربط المُعدة مسبقًا والرفع السريع لضغط وقت استبدال الوحدة الواحدة إلى 4-8 ساعات؛
• العمل بالتوازي: استخدام الحافلة ثنائية الدائرة أو متعددة الأقسام للتجديد التدريجي لضمان التشغيل الطبيعي للمناطق غير المعنية بالتجديد.

4.حساب فوائد التحديث

مع الأخذ بمثال تجديد محول قديم بقدرة 2 MVA، فإن مقارنة مؤشرات الفوائد الأساسية وتحليل العائد كما يلي:

فترة استرداد الاستثمار: تبلغ فترة الاسترداد الثابتة لمشروع تجديد نموذجي ٢٫٥–٤ سنوات (وتتضمن فوائد توفير الطاقة وانخفاض تكاليف الصيانة).

٥. حالة نموذجية: مشروع تحديث وتجديد المحولات في حديقة صناعية قديمة

٥٫١ الخلفية العامة للمشروع

• بُنيت الحديقة الصناعية في تسعينيات القرن العشرين، وهي مزوَّدة بِإجمالي ٨ محولات غامرة بالزيت بجهد ١٠ كيلوفولت قديمة (سعة كلٍّ منها ١٫٦–٢٫٥ ميغا فولت أمبير)، ومتوسط عمر خدمتها ٢٢ سنةً؛
• المشاكل الجوهرية: خسائر التشغيل بدون حمل/تحت الحمل مرتفعة بشكل مفرط، وازدياد الخسائر العازلة للزيت العازل، وحدوث تسربات زيت متكررة، وعدم الامتثال لأحدث القوانين واللوائح المتعلقة بكفاءة استخدام الطاقة وحماية البيئة؛
• المتطلَّب الجوهري: تقليل أقصى حدٍّ ممكنٍ لفترة انقطاع التيار الكهربائي وضمان التشغيل المستمر لخط الإنتاج.

٥٫٢ خطة التنفيذ

• مرحلة التقييم: إنجاز تقييم كفاءة استخدام الطاقة والسلامة لجميع الوحدات الثماني، وتحديد ثلاث وحدات للاستبدال المباشر وخمس وحدات للترقية الجزئية؛
• الترقية الجزئية: استبدال القلوب واللفائف، وتثبيت وحدات قياس درجة الحرارة اللاسلكية ووحدات رصد التفريغ الجزئي لخمس وحدات، وتحسين نظام التبريد لها؛
• الاستبدال الشامل: اختيار محولات غامرة بالزيت عالية الكفاءة من الفئة IE5 (مزوَّدة بزيت إستر بيولوجي الأصل) لثلاث وحدات، مع واجهات مراقبة ذكية وتشغيل تبديل سريع؛
• ضمان المرحلة الانتقالية: اعتماد خطة «المحولة المتنقِّلة من النوع الصندوقي + انقطاع التيار على مراحل»، بحيث يُحتَرَس من أن لا تتجاوز مدة استبدال وحدة واحدة ٦ ساعات.

٥٫٣ نتائج التجديد

• تحسين استهلاك الطاقة: انخفض متوسط خسائر التشغيل بدون حمل بنسبة ٣٢٪، وانخفضت خسائر التحمُّل بنسبة ٣٦٪، وارتفعت وفورات الطاقة السنوية إلى نحو ٢٦٠٬٠٠٠ كيلوواط ساعة، ما يعادل وفورات في تكلفة الكهرباء تقدَّر بـ ≈ ١٩٥٬٠٠٠ يوان صيني؛
• تحسين السلامة: انخفضت حالات الفشل المرتبطة بالعازلات من ٦ حالات سنويًّا في المتوسط إلى صفر، وبذلك تم القضاء تمامًا على مخاطر الحرائق؛
• تحقيق الامتثال: تستوفي جميع المعدات قيم تقييم كفاءة استخدام الطاقة المنصوص عليها في سلسلة المواصفات IEC 60076 والمتطلبات البيئية؛
• عائد الاستثمار: بلغ إجمالي استثمار المشروع ٦٨٠٬٠٠٠ يوان صيني، وفترة استرداد الاستثمار الثابتة نحو ٣٫٥ سنوات.

٦. الخاتمة

وبفضل الاستراتيجية المتكاملة المبنية على «التقييم العلمي + التجديد الطبقي + الانتقال منخفض التكلفة + المراقبة الرقمية»، تساعد هذه الحلول شركات شبكات الطاقة والمصانع القديمة والمناطق الصناعية على تحقيق الهدفين المزدوجين المتمثلين في ترشيد استهلاك الطاقة وتحسين الكفاءة، وكذلك ضمان السلامة والامتثال للمحولات القديمة متوسطة الجهد، وذلك في ظل السيطرة على التكاليف والمخاطر. ولا تقتصر فوائد هذه الحلول على خفض استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل والصيانة على المدى الطويل فحسب، بل تمتد أيضًا إلى القضاء التام على المخاطر الأمنية الكبرى. وفي الوقت نفسه، توفِّر هذه الحلول مسارًا عمليًّا قابلاً للتكرار والترويج له في إطار التحوُّل الأخضر ومنخفض الكربون للأصول الكهربائية القائمة، مما يدعم تنفيذ أهداف «الكربون المزدوج» ويسهم في التنمية عالية الجودة لقطاع الطاقة.