|
|||||||
|
|
|
|||||
|
|
|||||||
الأثر الاقتصادي لاستخدام رافعات الجهد المنظمات
في شبكة التوتر المنخفض
0.4 K . V .
الملخص
نظرا" لانخفاض التوتر عند المستهلك أحادي الطور بنسبة تزيد عن %20 لجأ جزء لا يستهان به للاستعانة برافعات جهد أحادية الطور 220 فولت للتمكن من استخدام مصابيح الإنارة الفلوريسانت والمحركات الصغيرة .
ولما كان رفع الجهد هذا يتم عن طريق محولات تعمل ببن 140 – 250 فولت بمجموعة مراحل يدوية أو آلية. فقد تم أخذ محول أحادي الطور باستطاعة 4 K.V.A وفق المواصفة الدولية I E C واحتسب الضياع على فراغ وعلى حمل يومي بمقدار10 ساعات
كما تم اعتبار أن نسبة %20 من
المستهلكين تستخدم رافعات للجهد وتم احتساب الضياع الكلي السنوي الناتج عن ذلك
وبناء" عليه تم الحساب الاقتصادي لتقييم
الهدر .المالي الناتج عن هذا الاستخدام
المقدمة
ما أن انتهت مشكلة العجز في توليد الطاقة الكهربائية في الجمهورية العربية السورية التي امتدت على مدار سنوات بين نهاية الثمانينات ومطلع التسعينات والتي تسببت بهدر اقتصادي كبير نتيجة استعمال مجموعات التوليد الاحتياطية الفردية .
ظهرت في الشبكة السورية مشكلة أخرى ناشئة عن هبوط الجهد في شبكة التوتر المنخفض 0.4 كيلو فولت وتحديدا عند المستهلك أحادى الطور بتوتر 220 فولت جاوزت الحدود المسموح بها حيث كان التوتر المغذى يقل عن 160 فولت أي بنسبة 25% بالتالي كان لابد من وسيلة لتحسين الجهد وكانت الطريقة الأقرب هي استخدام رافعات للجهد بعدة مراحل يدوية أو آلية
العرض
أولاً – تشمل الضياعات الحديدية في المحولة :
1 – الضياع الناشئ عن البطاء المغناطيسي ويعطى بالدستور التقريبي التالي :
Ph = dfVB2 m
2- الضياع الناشئ عن تيارات فوكو ويمكن حسابه بالعلاقة التالية :
(Pf = 1.64f 2e2 V(Bm / p
F التردد ويقدر بالهرتز
V حجم الحديد ويقدر بالمتر المربع
Bm التحريض المغناطيسي الأعظمي مقاسا ًبالويبر إلى المتر المربع
E ثخانة الصفائح بالمتر
P المقاومة النوعية للحديد
d عامل يتعلق بنوع الحديد وتتراوح قيمته بين 150 و 460
ومن المفيد معرفة أن ضياعات البطاء المغناطيسي تشكل 80% بينما ضياعات فوكو تشكل 20%
ويتم حساب الضياع الحديدي عادة استناداً إلى جداول ومنحنيات مأخوذة بصورة تجريبية والتي تعطي مجموع الضياعات في واحدة الحجم أو الكتلة بدلالة التحريض المغناطيسي . ويتم قياسها وتحديدها مخبرياً أثناء تجربة عمل المحولة على فراغ .
n عدد النواقل (غير المجزئة الى عناصر متصالبة ) معدودة بالاتجاه العمودي على اتجاه التدفق المتسرب
3 – الضياع في الألواح وجدران الحوض:
في المحولات التي تزيد عن 1 M.V.A. يضاف إلى ضياع الملفات 10 –15%
في المحولات التي تقل عن 1 M.V.A. يضاف إلى ضياع الملفات 5%
ثالثا – اعتبارات عامة
بما أن ما يزيد عن 90% من رافعات الجهد كانت مصنعة محليا دون الاستناد إلى مواصفة قياسية محددة ومعتمدة فقد تم أخذ الاعتبارات التالية :
1 – تم أخذ محولة باستطاعة اسمية 4 K.V.A. وفق المواصفة القياسية IEC 91477
الضياع على فراغ :Po= 37.9 watt
الضياع على قصر:Pcc=87.8 watt
Vcc%=2.2
Efficiency =97%
2 – تم اعتبار عدد ساعات التشغيل الوسطية 10 ساعات يوميا.
3 – تم اعتبار عدد سكان سورية يزيد عن 17 مليون نسمة استنادا لإحصائيات وزارة الداخلية وتم اعتبار عدد أفراد الأسرة خمسة أشخاص وسطيا. وبالتالي فان عدد الأسر السورية يساوي 3400000 أسرة (مستهلك).
4 – تم اعتبار أن 20% من الأسر تستخدم رافعات الجهد . وبالتالي فان عدد المستخدمين يساوي 680000 أسرة (مستهلك).
رابعا – الطريقة التقريبية للحسابات الاقتصادية الناجمة عن الضياعات
(1) Plose = Po + Pcc
Po الضياع على فراغ (الحديدي)
Pcc الضياع على قصر (النحاسي)
الضياع السنوي على فراغ
(Wyo = ( Po * 8760 )/1000 [KWh] (2
الضياع السنوي على حمل
(Wycc = ( Pcc * 365 * Hw )/1000 [KWh] (3
Hw- عدد ساعات العمل اليومية
الضياع السنوي للمستهلك الواحد
(Wylo = Wyo + Wycc (4
الضياع السنوي الكلي
Wyt = ( Wylpo * N )/1000 [MWh] (5)
N عدد المستهلكين
ثمن الفاقد السنوي :
Eyt = Wyt * E [Cou] (6 )
Eyt - ثمن الفاقد السنوي مقدرا بواحدة العملة [Cou]
E – ثمن الميغا وات الساعي الواحد مقدرا بواحدة العملة [Cou/MWh]
ثمن الأجهزة الرافعة للجهد:
Edt = Edv * N (7)
Edt - ثمن الأجهزة الكلية مقدرا بواحدة العملة [Cou]
Edv ثمن الجهاز الواحد مقدرا بواحدة العملة [Cou]
N عدد المستهلكين
الهدر المالي الكلي الناجم عن استخدام رافعات الجهد :
Extot = Edt + Eytt * Xn (8)
Xn – عدد سنوات استخدام رافعات الجهد.
وهذه معادلة جمال التقريبية.
2 – التطبيق:
الضياع السنوي على فراغ
Wyo = ( Po * 8760 )/1000 [KWh] (2)
= ( 37.9 * 8760 ) /1000
Wyo = 332.004 [KWh]
الضياع السنوي على حمل
Wycc = ( Pcc * 365 * Hw )/1000 [KW h] (3)
Wycc = (87.9* 365 *10 ) /1000
Wycc = 320.47 [KW h]
Hw=10 hour/day
الضياع السنوي للمستهلك:
Wlose = ( Wyo + Wycc )
= ( 332.004 + 320.47 )
= 652.474 [KW h]
الضياع السنوي الكلي
Wyt = ( Wylpo * N )/1000 [MW h]
= (652.474 * 680000 ) / 1000
=443682.32 [MW h]
حيث N = 6800000 أسرة (مستهلك)
ثمن الفاقد السنوي:
Eyt = Wyt * E [Cou] (6)
= 433682.32 * 2000 E = 2000 [L.S/MWh]
= 887364640 [ L.S ]
=19719214 [ $ ]
ثمن الأجهزة الرافعة للجهد:
Edt = Edv * N
= 4000 * 680000 Edv = 4000 [ L.S ]
= 2720000000 [ L.S ]
= 60444444 [ $ ]
الهدر المالي الكلي الناجم عن استخدام رافعات الجهد :
Extot = Edt + Eytt * Xn
= 2720000000 + 887364640
= 3607364640 [ L.S ]
= 80163658 [ $ ]
وهي تعادل 1.4% من الدخل القومي لعام 1998 .
خامسا – الطريقة الدقيقة للحسابات الاقتصادية الناجمة عن الضياعات
من الحل التقريبي نجد أن الضياع السنوي الكلي
Wyt = ( Wylpo * N )/1000 [MW h] (5)
إذا قمنا بقسمة الضياع السنوي الكلي على عدد ساعات التشغيل السنوي كاملة نجد أن استطاعة التوليد المحجوزة فقط لهذا الضياع تساوي:
Pgyt = Wyt / 8760 [MW] (9)
وهو حمل يؤخذ من المحطات القاعدية كونه معتبر مشغلا على مدار السنة .
وإذا أخذنا ظروف الحل الأسوأ هو أن هذه الوحدة المهدورة هي جزء من محطة قاعدية واحدة ، ونقل هذه الاستطاعة المهدورة يسبب ضياعات اضافية في الشبكات 6 – 8% من هذه الاستطاعة وبالتالي تصبح استطاعة وحدة التوليد المهدورة
Pgt = 1.08 Pgyt [MW] (10)
وثمنها
Egyt = Pgt * Eg [Cou] (11)
[Egyt [Cou – الثمن المهدور لوحدة التوليد
[Eg [Cou/MW - ثمن الميغاوات الواحد من وحدة التوليد مقدرا بواحدة العملة.
وثمن ضياع الاستطاعة السنوي لهذه الوحدة يساوي
Eglose = Pgt * 8760 * Eg [Cou] (12)
ثمن الفاقد السنوي - Eglose [ Cou ]
[Eg [Cou/MWh – ثمن الميغاوات الساعى الواحد من الفاقد السنوي مقدرا بواحدة العملة.
وبناء عليه فنحن بحاجة إلى محولتين على طرفي خط نقل التوتر العالي باستطاعة:
Stg = Ptg / Cos j [MVA] (13)
يضاف إلى ذلك كلفة خط نقل التوتر العالي
Elin = L1 * El [Cou] (15)
L1 – طول الخط مقدرا [KM]
[El [Cou/KM - ثمن الكيلومتر الواحد من خط نقل التوتر العالي مقدرا بواحدة العملة.
وعدد محولات توتر النقل المتوسط تساوي
Nstm = Stg / Stm (16)
Nstm - عدد محولات توتر النقل المتوسط
Stm – الاستطاعة الاسمية لمحولة توتر النقل المتوسط الواحدة
وثمن هذه المحولات المهدور يساوي
Estm = Nstm * Etm (17)
يضاف إلى ذلك كلفة خط نقل التوتر المتوسط
Elin = L2 * Elm [Cou] (18)
L2 – طول الخط مقدرا [KM]
[Elm[Cou/KM - ثمن الكيلومتر الواحد من خط نقل التوتر المتوسط مقدرا بواحدة العملة.
و عدد محولات توتر التوزيع المتوسط تساوي
Nstl = Stg / Stl (19)
Nstl - عدد محولات توتر التوزيع المتوسط
Stl – الاستطاعة الاسمية لمحولة توتر التوزيع المتوسط الواحدة .
وثمن هذه المحولات المهدور يساوي
Estl = Nstl * Etl (20)
يضاف إلى ذلك كلفة خط نقل توتر التوزيع المتوسط
Ell = L3 * Ellc [Cou] (21)
L3 – طول الخط مقدرا [KM]
[Ellc[Cou/KM - ثمن الكيلومتر الواحد من خط نقل توتر التوزيع المتوسط مقدرا بواحدة العملة.
يضاف إلى ذلك كلفة خطوط نقل توتر التوزيع المنخفض
Elow = L4 * El [Cou] (22)
L4 – طول الخط مقدرا [KM]
[El [Cou/KM - ثمن الكيلومتر الواحد من خط نقل توتر التوزيع المنخفض مقدرا بواحدة العملة .
بالتالي فان مجموع كلفة المحولات
Etra = Estg + Estm + Estl [Cou] (23)
ومجموع كلفة الخطوط
EL = Elin + Elm + Ell + Elow [Cou] (24)
بالتالي فان الكلفة التأسيسة المهدورة تساوي:
Eblose = Egt + Etra + EL + Edt [Cou] (25)
Eblose - الكلفة التأسيسة المهدورة .
Egt - كلفة وحدة التوليد المهدورة .
Etra - كلفة المحولات المهدورة .
EL - كلفة خطوط النقل المهدورة .
Edt - كلفة الأجهزة الفردية الرافعة للجهد المستعملة من قبل المستهلكين .
وبناء علبه فان الكلفة الاجمالية الناجمة عن استخدام رافعات الجهد هذه تساوي
Etot = Eblose + Eglose * Xn (26)
Etot = Egt + Etra + EL +Edt + Eglose * Xn (27)
Eglose – ثمن ضياع الاستطاعة السنوي
Xn - عدد سنوات استخدام رافعات الجهد
وهذه هي معادلة جمال في الحالة الدقيقة
2 - التطبيق:
وجدنا من التطبيق في الحالة التقريبية أن ضياع الاستطاعة السنوي الكلي الناجم عن استخدام رافعات الجهد :
Wyt = 443682.32 [MW h]
بالتالي فان استطاعة التوليد المحجوزة لهذه الاستطاعة المهدورة
Pgyt = Wyt / 8760
= 443682.32 /8760 = 50.648 [MW]
وباعتبار أن نسبة الضياع الإضافي لنقل هذه الاستطاعة المهدورة يساوي 8% بالتالي:
Pgt = 1.08 Pgyt
= 1.08 * 50.648 = 54.7 [MW]
وثمن وحدة التوليد المهدورة
Egyt = Pgt * Eg
= (54.7) * (600000) = 32820000 [$]
Eg = 6000 00 [$/MW]
كما أن كلفة ضياع الاستطاعة السنوي
Eglose = Pgt * 8760 * E
= (54.7) * (8760) * (2000)
=958353811 [L.S]
=21296751 [$]
E = 2000 [L.S /MWh]
1 $ = 45 L.S
بالتالي استطاعة المحولات
Stg = Pgt / Cos fj
= 54.7 / 0. 8 = 68.375 [MVA]
# 70 [MVA]
ثمن محولات التوتر العالي
EST = 2 St * EST
= 2 * 70* 5000 = 700000 [$]
Est = 5000 $
و عدد محولات توتر النقل المتوسط تساوي
Nstm = Stg / Stm
= 68.375 / 35 # 2
ومن هذه المحولات المهدور يساوي
Estm = Nstm * Etm
= 2 * 280000 = 560000 [$]
Etm = 280000 $
و عدد محولات توتر التوزيع المتوسط تساوي
Nstl = Stg / Stl
= 68.375 # 69
وثمن هذه المحولات المهدور يساوي
Estl = Nstl * Etl
= 69 * 35000 = 2415000 [$]
بالتالي فان مجموع ثمن المحولات المهدورة
Etra = Estg + Estm + Estl
= 700000 + 560000 + 2415000
= 3675000 [$]
يضاف إلى ذلك كلفة خط نقل التوتر العالي
Elin = L1 * El
= 100 * 15000 = 1500000 [$]
L1 = 100 [KM]
El = 15000 [ $/KM]
يضاف إلى ذلك كلفة خط نقل التوتر المتوسط
Elm = L2 * Em
= 10 * 7000 = 70000 [$]
L2 = 10 [KM]
Em = 7000 [ $/KM]
يضاف إلى ذلك كلفة شبكة التوتر المتوسط
Ell = L3 * El
= 69 * 5000 = 340000 [$]
L3 = 69 [KM]
Em = 5000 [ $/KM]
يضاف إلى ذلك كلفة شبكة التوتر المنخفض:
Elw= L3 * Elow
= ( 69 * 12 * 0.5) * 50 = 20700 [$]
L4 = ( 69 * 12 * 0.5) [KM]
Elow = 50 [ $/KM]
بالتالي فان مجموع ثمن الخطوط المهدور
EL = Elin + Elm + Ell + Elow
= 1500000 + 70000 + 345000 +20700
= 1835700 [$]
بالتالي فان الكلفة التأسيسة المهدورة
Eblose = Egt + Etra + EL + Edt
= 32820000 + 3675000 + 1835700 + 60444444
= 98775144 [$]
وبناء عليه فان الكلفة الإجمالية للهدر
Etot = Eblose + Eglose * Xn
= 97525144 + ( 21296751 * 5 )
= 98775144 + 106483755
= 205258899 [$]
Etot # 205 [M.$]
وهي تعادل 3.7% من الدخل القومي لعام 1998 .
استنادا للحسابات في الحالة التقريبية وجدنا أن نسبة الهدر تعادل 1.4% من الدخل القومي لعام 1998 وكذلك في حالة الحسابات الدقيقة كانت نسبة الهدر تعدل 3.7% من الدخل القومي لعام 1998 أي أنها أكبر بثلاث مرات تقريبا من الحسابات التقريبية .
وبناء عليه لابد من إجراءات فعالة وسريعة ومدروسة لتحسين مستوى الجهد وليس تنظيمه .
من ناحية أخرى يمكن أن نطرح المعادلة في الحالة الدقيقة كمؤشر لحساب قيمة الهدر الناتج عن الضياعات في الشبكات بشكل عام وذلك بعد حذف الحد المتعلق بثمن أجهزة رفع التوتر بحيث تصبح المعادلة العامة لكلفة الضياعات هي :
Etot = Egt + Etr + EL + Eglose * Xn
وذلك بعد وضع الحدود Etr EL حسب نسب التحويل ومستويات توترات الخطوط .والمؤشر الجيد لاقتصادية الشبكة أن تكون Etot ضمن الحدود الصغرى .
