Ontwerptechniek voor energiezuinige elektriciteitscentrales

Energie-efficiëntie in elektriciteitscentrales: uitdagingen en oplossingen

Energie-efficiëntie in elektriciteitscentrales is essentieel om het verbruik binnen de faciliteit te minimaliseren. Het gaat om het optimaal configureren van interne besturingssystemen om alleen de benodigde vermogens te gebruiken zonder verspilling. Dit artikel gaat in op de zorgen bij de ontwikkeling van een faciliteit en waarom energie-efficiëntie geen eenvoudige klus is.

Het ontwerpen voor energie-efficiëntie in elektriciteitscentrales kent veel uitdagingen, van technisch tot niet-technisch. De uitdagingen die elektrisch ontwerp betreffen, omvatten:

• In elektriciteitscentrales is elektrisch ontwerp vaak de laatste afdeling die betrokken wordt, na mechanische en besturingssystemen.

Dit laat weinig ruimte voor elektrisch ingenieurs om een goed geïntegreerd energie-efficiënt ontwerp te leveren. Dit heeft vaak een nadelige invloed op de energie-efficiëntie van de centrale. Alle intern verbruikte energie via het elektriciteitssysteem wordt dan inefficiënt gebruikt.

• Het stroomsysteem is het eerste item dat wordt vastgelegd.

Dit veroorzaakt verdere beperkingen voor de tijd die elektrisch ingenieurs kunnen besteden aan conceptuele studies die belangrijk zijn voor interne centrale-operaties. Conceptuele studies bieden meestal de beste kans om de impact van basisonteerwijzigingen voor verbeterde energie-efficiëntie te begrijpen, die worden ontwikkeld rond grotere efficiëntieverbeteringen op basis van analyse. De stroomkwaliteitsstudies voor energie-efficiëntie omvatten:

• Belastinganalyse
• Stroomverdeling en spanningsvalanalyse
• Motoropstartanalyse
• Kortsluitinganalyse

Belastinganalyse

Belastinganalyse is een van de belangrijkste ingenieursstappen voor het verhogen van energie-efficiëntie. Het verzamelen van informatie en data over alle belasting die het stroomsysteem zal tegenkomen, is de eerste stap naar het ontwerp. Dit betekent het begrijpen van kritieke belasting, duty cycle, seizoensvariaties en opstartvereisten. Deze bronnen komen meestal van het mechanische en besturingssysteemontwerpteam. Vanwege de fragmentatie van leveranciers is het samenstellen van een gedetailleerde belastinglijst nooit een makkelijke taak. Voor wie geen actuele gegevens heeft over huidige ontwerpen, kunnen vergelijkbare eerdere projecten als leidraad dienen.

Belastinganalyse moet beginnen met het kwantificeren van de maximale operationele belasting op basis van werkelijke belasting en belastingfactoren. Opgeblazen waarden van de fabrikant kunnen leiden tot overdimensionering van de voorziening. De belastinganalyse moet ook rekening houden met het aantal belasting op het systeem.

Stroomverdeling en spanningsvalanalyse

Systeemspanningen in elektriciteitscentrales hebben een definite impact op energie-efficiëntie. Het kiezen van een hogere busspanning waar mogelijk zal de ohmse verliezen verminderen door lagere stroomniveaus ten opzichte van laagspanningsbussen. Het selecteren van middenspanning in plaats van laagspanning voor aandrijvingen en motoren zal de ohmse verliezen in aandrijvingsapparatuur verminderen. Motoren en transformatoren die zijn geregistreerd op hogere spanningsniveaus, hebben uiteindelijk hogere efficiënties. Hogere busspanningen stellen de ontwerper in staat om minder, maar grotere transformatoren te specificeren en verhogen de algehele systeemenergie-efficiëntie.

Opstartanalyse

Motoren met zachte starters trekken tijdens opstart aanzienlijk meer dan hun nominale belastingstroom. Hoge koppelvereisten tijdens opstart verhogen de belasting op het stroomsysteem, wat leidt tot overdimensionering van componenten, wat weer leidt tot extra kosten van lagere continue draaiende efficiëntie. Het begrijpen van de vereisten van motoropstart helpt bij het ontwerpen van interconnecterende componenten zonder parameters te overschatten, wat in essentie betekent ontwerpen voor exacte bedrijfsomstandigheden voor passende componenten.

Kortsluitinganalyse

Het primaire doel van kortsluitinganalyse is om te garanderen dat schakelaars niet overbelast worden onder kortsluitingscondities. Schakelaars moeten in staat zijn om normale belastingstroom te dragen en foutstromen te kunnen onderbreken. Als schakelaars stroom moeten onderbreken die hoger is dan hun onderbrekingsvermogen, kunnen schadelijke gevolgen volgen. Het waarborgen dat de nominale stroom en het onderbrekingsvermogen binnen redelijke bereiken vallen, verbetert de kansen op preventieve schade aan systeemcomponenten.

Het belang van apparatuursdimensionering en bus-ontwerp

Het correct verdelen van belasting over bussen verbetert stroomkwaliteit en energie-efficiëntie. In elektriciteitscentrales zijn er meerdere stroomkanalen en een correcte balans leidt tot het optimaliseren van de afmetingen van stroomsysteemcomponenten en het verminderen van opstartvereisten voor elke bus.

Een juiste analyse levert de optimale schakelaar- en kabelaafmetingen op. Slechte dimensionering van componenten kan gevolgen hebben voor zowel energie-efficiëntie als beschermingsfuncties. Het begrijpen dat ondergedimensioneerde kabels hogere verliezen hebben, is belangrijk voor kabeldimensionering.

Enkele richtlijnen voor koperen busstaf-dimensionering omvatten het vergroten van de dwarsdoorsnede om energieverliezen te verminderen, het verdubbelen van de geleiderdwaarsdoorsnede om de weerstand te halveren en verliezen in wezen te halveren. De eerste paar incrementele groottevergrotingen boven het minimum toelaatbare maken een aanzienlijk verschil in verlies, maar met elke incrementele toename neemt de opbrengst af. Het selecteren van meerdere staven van een enkele bus is een ander punt waar een ontwerpingenieur rekening mee moet houden voor het bereiken van een lager systeemverlies.

Busstaven zijn langdurige centrale componenten, wat hun lopende energiekosten meer gewicht geeft in levenscyclusberekeningen. Om een juiste busstaf te selecteren, is begrip vereist van spanningsval, kortsluitingstroom en hulpeffect die het systeem tijdens normale operaties tegenkomt.

Ontwerpen voor juiste kabelindeling in elektriciteitscentrales

De fysieke indeling voor stroomsysteemcomponenten en de lengte en diameter van kabels moeten worden geselecteerd voor minimale verliezen. Stroomverlies in kabels is verspilde energie in elektrische systemen. Verlies omvat ook die van schakelapparaten en andere stroomdragende apparaten zoals besturings- en beveiligingsschakelingen. Ontwerprichtlijnen voor het verminderen van verliezen omvatten:

• Centraal plaatsen van het belastingcentrum voor transformatoren, schakelapparaten om:
  • Kabellengtes te verminderen
  • Verliezen en spanningsval te verminderen
• Bussen en tappen zo kort mogelijk houden om:
  • De afstand tussen hulp-eenheidstransformator en generator te verminderen
• Kabeldiameter van kleinere kabels verhogen naar één of maximaal twee gauges hoger voor voordelen zoals:
  • Lagere ohmse verliezen
  • Meer kabel van minder verschillende afmetingen vermindert verspilling tijdens installatie, en betere voorwaarden zoals minimum bestelhoeveelheden.

De hoofduitrusting wordt uitgelegd voordat de verbindingen tussen hen worden bepaald. Het bepalen van de ontwerpkeuze voor de kleinste toelaatbare kabeldiameter om initiële materiaalkosten te verminderen, ten koste van veel hogere levenscyclus-exploitatiekosten.

Kabelontwerpbepaling

Het bepalen van de dwarsdoorsnede van kabels tussen interconnecterende belasting moet worden berekend in relatie tot bedrijfsomstandigheden and kabelengte. Factoren die de kabeldoorsnede beïnvloeden, omvatten:

• Toegestane belasting onder normale omstandigheden, rekening houdend met omgevingstemperatuur en legmethoden.
• Thermische kortsluitsterkte
• Toegestane spanningsval langs de kabelweg onder normale omstandigheden en opstartfase.
• Reactie van beveiligingsapparatuur bij overbelasting en de kleinste mogelijke kortsluitingstroom om gevaarlijke spanningen te onderbreken.

Kabelrouteplanning

Kabelrouting in ingewikkelde faciliteitsinstallaties, elektriciteitscentrales en schakelstations vereist een enorme hoeveelheid werk van de ingenieur en planner. Het omvat het rangschikken van kabels om het kortste pad tussen hun startpunt en eindbestemming te geven, terwijl wordt gewaarborgd dat bepaalde combinaties elkaar niet nadelig beïnvloeden.

Computer-ondersteund ontwerp (CAD) is breed gebruikt als middel voor het ontwikkelen en ontwerpen van een juiste implementatie van component- en kabelindeling. Elektriciteitscentrale faciliteiten vereisen enorme zorg bij het ontwikkelen van een volledig functionele en energie-efficiënte stroom.

E3.3D Routing Bridge

E3.3D Routing Bridge stelt eenvoudige padrouting toe met volledige integratie met mechanische CAD-software. Het bepalen van draadlengte, diameter en standaarden voor kabelselectie tussen interconnecterende componenten was nog nooit zo makkelijk.

Om te streven naar het beste ontwerp, heeft Zuken links ontwikkeld tussen E3.series en alle grote MCAD (mechanische CAD) leveranciers, wat de creatie van volledig geïntegreerde ontwerpmodellen mogelijk maakt. Met de E3.3D Routing Bridge kunnen schematische en verbindingsinformatie uit E3.series worden gekoppeld aan alle grote MCAD-systemen. Functies omvatten:

• Componentinformatie overdragen naar MCAD (connectoren, pennen, splitsingen)
• Data heen en weer overdragen naar MCAD
• Controleren op botsing (clash detection) in MCAD
• Controleren op draadbuigradius
• Automatisch berekenen van draadlengtes en segmenten in MCAD
• Automatische creatie van productiedocumentatie in E3.Formboard

E3.Schematic

E3.Schematic is ontworpen voor het ontwerpen en documenteren van elektrische besturingssystemen, inclusief schematische diagrammen, klemplannen en PLC's. Het helpt fouten te voorkomen tijdens het ontwerpen, zodat u systemen kunt ontwikkelen voor de beste energie-efficiënte ontwerp. De intuïtieve drag-and-drop interface bespaart tijd bij het ontwerpen van verbindingen en componenten, zodat meer tijd kan worden gewijd aan centrale efficiëntie en minder aan productontwikkeling. Het integreert eenvoudig werk over meerdere platforms voor integratie tussen mechanisch en elektrisch ontwerp. Dit geeft elektrisch ingenieurs ruimte voor ontwerpontwikkeling wanneer mechanische en besturingssystemen al voor elektrisch ontwerp zijn ontworpen. E3.Schematic biedt de volgende functies voor het vergemakkelijken van de ontwerpfase:

• Efficiënt schematische diagrammen maken en documenteren
• Fouten voorkomen met ingebouwde ontwerpregels
• Mogelijkheid voor ingenieurs om te ontwerpen met een enorme bibliotheek van vooraf ontworpen, goedgekeurde en geteste componenten
• Ontwerpen met drag-and-drop
• Elektrische componenten eenvoudig verbinden
• Automatisch bedradingsnummers toekennen
• Eigen subschakelingen vooraf definiëren
• Klemmen over meerdere bladen beheren met intelligente software
• Projectdocumentatie in éénvoudige stappen genereren

Zijn er manieren waarop uw faciliteit energie-efficiënter kan worden? Reageer op wat u graag wilt verbeteren.