太陽光および蓄電池プロジェクト向け配電変圧器の容量選定

再生可能エネルギープロジェクトが異なる理由

工場や商業ビルの配電用変圧器は、一日の大半を通じて定格に近い状態で運転されます。太陽光発電所の変圧器はそうではありません。出力は朝に上昇し、正午前後にピークを迎え、夕方に減少するため、ユニットは運転時間の大部分を定格容量を大きく下回る状態で過ごします。PVプラントについて一般的に引用される数値では、年間平均負荷率は銘板定格の半分以下となります。

バッテリーストレージはさらに異なる挙動を示します。蓄電システムは一日を通じて充放電を繰り返すため、その変圧器は同じ定格のPVユニットよりも多くの運転サイクルと高い平均負荷率に直面します。

どちらの場合も、仕様に関して同じ結論に至ります。つまり、ユニットは全負荷で運転される時間よりもはるかに多くの時間、通電されています。24時間絶え間なく発生する損失は、巻線の負荷損ではなく、鉄心の無負荷損です。

変圧器ではなく、インバータまたはPCSから始めましょう

低圧巻線は、インバータまたは電力変換システムの交流出力に適合させる必要があります。これは一般的に、ストリング型および中型インバータでは0.4 kVであり、大型のセントラルユニットでは0.69 kVおよび0.8 kVが使用されます。高圧巻線は、プラントのコレクタシステムに適合します。これは通常、プラントの規模と地域の慣行に応じて、10 kV、20 kV、または35 kVです。

多くの場合、2つの詳細が後回しにされがちです。1つ目はベクターグループと中性点の配置です。変圧器の接地構成は、プラントの接地設計と一致している必要があります。2つ目は、ユニットを並列運転した場合に何が起こるかです。複数の変圧器が1つのフィーダーに電力を供給する場合、または複数のインバーターが1つの変圧器に電力を供給する場合、インピーダンスとベクターグループが一致している必要があり、これは現場で修正する細部ではなく、仕様上の決定事項です。

実際に支払っている損失はどれか

無負荷損失は、変圧器が通電されている限り常に発生します。負荷損失は負荷率の二乗に比例して変化します。平均負荷率が低い状態で運転されるプラントでは、無負荷損失がライフタイムエネルギーコストの大部分を占めることがあります。そのため、低損失の鉄心設計は購入時には高コストになることがありますが、プロジェクトのライフサイクル全体ではコストを抑えられます。

多くの入札では、資本化損失評価を通じてこれを処理します。損失値ごとにワットあたりの金額が適用され、入札価格に加算された上で提案が比較されます。入札で資本化損失が使用されていない場合、最低購入価格が自動的に最低総コストになるわけではないことに注意してください。

設計を変更する条件

周囲温度。IEC 60076-1では、通常の使用条件を最高周囲温度40°C、24時間平均30°C、年間平均20°Cとしています。これを超えるサイトでは、ユニットを定格低減するか、より高い周囲温度クラスで発注する必要があります。

標高。通常の使用条件は1,000mまでと記載されています。それを超えると空気の絶縁耐力が低下し、冷却効果も弱まるため、絶縁レベルと温度上昇の両方を補正する必要があります。

高調波。インバータおよびPCSの出力には高調波成分が含まれており、従来の配電用変圧器はそれを想定して設計されていません。追加の高調波損失は巻線温度を上昇させ、定格低減が必要になる場合があります。インバータのデータシートに電流歪率の記載がある場合は、問い合わせ段階で変圧器サプライヤーに伝えてください。

設置環境条件。砂漠や高日射地域では、高い外気温度と日射熱取得が重なります。コンテナ型または屋内乾式の設置では、機器を選定する前に空気の流路を計画する必要があります。沿岸プロジェクトでは、タンクおよび付属品の腐食クラスを早い段階で確定させる必要があります。これは価格だけでなく納期にも影響するためです。

発注前に確認すべき事項

・定格容量および低圧／高圧比

· タップ範囲、通常 ±2 × 2.5%

· ベクトルグループと中性点配置

· インピーダンス、およびユニットが並列運転されるかどうか

· 無負荷損失および負荷損失の数値、ならびに適用された周囲温度／標高補正

· 乾式の場合：冷却クラス（ANまたはAF）および強制冷却時の定格出力

· 試験の範囲、および第三者検査が必要かどうか

· 規制が存在する場合、仕向市場で要求されるエネルギー効率レベル

最後の点について、プロジェクトが欧州連合内にある場合、IEC 60076への準拠だけでは十分ではありません。委員会規則 (EU) 2019/1783は、EU市場に投入される小・中・大型電力変圧器の最大損失レベルを定めており、EN 60076シリーズが整合規格となっています。必要な損失レベルは、仕上げではなく鉄心設計を変えるものであるため、仕様書の最初から明記すべきです。