Wart ponad 1000 mld dolarow potezny amerykanski system przesylu mocy elektrycznej ma ponad 180 tysiecy mil lini wysokiego napiecia do ktorych przylaczonych jest 6000 elektrowni i stacji rozdzielczych. Linie przesylowe pracuja pod napieciem 115/138, 230, 345, 500, 765 KV. Na tle rozwiazan europejskich wysokich napiec jest duzo. Krytycznym elementem sieci przesylowej sa transformatory energetyczne duzej mocy.
Infrastructure Security and Energy Restoration Office of Electricity Delivery and Energy Reliability U.S. Department of Energy w raporcie "Large power transformer and the U.S. power grid" podaje sporo konkretnych i interesujacych informacji
http://energy.gov/sites/prod/files/Large%20Power%20Transformer%20Study%20-%20June%202012_0.pdf
DOE jest powazna instytucja w gesti ktorej jest takze wszelka bron atomowa USA, ktora wydawaloby sie powinna byc w gesti DOD. Tytulowy duzy transformator energetyczny (dalej po prostu transformator) ma conajmniej 100MVA mocy. Sredni ich wiek wynosi okolo 40 lat a 70% z nich ma wiecej niz 25 lat. Ale spotykane sa transformatory ktore maja 70 lat. Tak wiec amerykanska infrastruktura w tej mierze jest zaniedbana. Im starszy i mocniej obciazony transformator tym wieksze prawdopodobienstwo ze po uderzeniu pioruna w linie lub po zwarciu w sieci ulegnie on uszkodzeniu.
Na stronie 7 Raportu podano ceny i wage roznych transformatorow. Informacje takie sa ogromnie uzyteczne dla firm negocjujacych zakupy na globalnym rynku.
Jednofazowy transformator o mocy 500MVA na napiecie gorne 756 KV wazy 325 ton.
Od 100 lat znane sa prawa podobienstwa dla maszyn elektrycznych. Sa one bardzo uzyteczne we wszelkiego rodzaju rozwazaniach systemowych a w tym ekonomicznych modelach dotyczacych efektu skali. Moc maszyny elektrycznej o takiej samej geometri rdzenia i wirnika oraz takiej samej gestosci pradu w uzwojeniach oraz takiej samej indukcji w rdzeniu rosnie w potedze 4/3 z waga maszyny. Przykladowe dane dotyczace transformatora o mocy 400 VA podaja ze wazy on 5.4 kG. Zatem transformator 500 MVA wedle prawa podobienstwa winien wazyc (uzywam kalulatora... ) 202 tony a faktycznie wazy 325 ton a wiec nieco wiecej. Transformator jest jednak wykonany az na napiecie 765KV a w takim wypadku ciezar w stosunku do jednostki na mniejsze napiecia wzrasta nawet o 30-50% co wynika z duzej ilosci uzytej izolacji i wymaganych duzych odleglosci izolacyjnych co sila rzeczy powieksza gabaryty transformatora i jego wage.
Zwrocmy uwage ze gdyby moc rosla proporcjonalnie do wagi to transformator mocy 500MVA w stosunku do referencyjnego transformatora 400VA winien wazyc az 6750 ton !!! Widac wiec jak arcypotezny jest efekt skali w wypadku maszyn elektrycznych.
Transport transformatorow energetycznych jest bardzo klopotliwy i kosztowny. Mimo iz transformatory transportuje sie bez izolatorow-wyprowadzen i akcesori to musza byc uzyte specjalne potezne platformy transportowe Schnabella o obnizonej podlodze majace do 192 koł. Drogowy transport kolosa wymaga skomplikowanej logistyki i chwilowego wylaczenia z ruchu obu pasow drog. Czesto dochodzi do dewastacji chodnikow i pasow zieleni co generuje kolejne koszty. Logistyka i transport stanowia okolo 20% kosztow transformatora dostarczonego na miejsce.
Poniewaz jednak istnieja nieprzekraczalne obecnie wymiary urzedzen mozliwych do transportu to do budowy rdzenia transformatorow najwyzszej mocy uzywa sie bardzo wysokiej jakosci blach o wysokiej indukcyjnosci nasycenia. Blachy takie produkowane sa jednak tylko przez kilka (dokladnie 6) firm w swiecie.
W latach siedemdziesiatych i osiemdziesiatych uzywano do wykonania uzwojen takze aluminium ale obecnie stosowana jest tylko i wylacznie miedz. Miedz stanowi 19-27% a stal elektrotechniczna (czyli blachy) 22-24% kosztow transformatora odbieranego z fabryki. Im wyzsza jakosc stali elektrotechnicznej tym wyzsza jej cena. Stal elektrotechniczna na tle zwyklej stali jest bardzo droga i poszukiwana na rynku. To takze tlumaczy dlaczego niektore potezne huty-stalownie-walcownie uzyskuja znakomite wyniki (wysoko przy tym oplacajac pracownikow) ekonomiczne a inne upadaja
Juz w latach 1934-37 udalo sie na podstawie patentu N.P. Gossa uruchomic produkcje nowoczesnych blach i radykalnie zmniejszyc stratnosc blach elektrotechnicznych poprzez orientujace domeny magnetyczne walcowanie na zimno z miedzystopniowym wyzarzaniem i koncowym wyzazaniem odprezajacym. Technologia ta jest skomplikowana
Pierwszymi walcowniami, które uruchomiły produkcje blach według patentu N.P. Gossa były firmy amerykańskie: Allegheny Ludlum Steel Corp., Armco Steel Corp. i United States Steel Corp. Pod koniec lat piećdziesiatych i w latach sześćdziesiatych rozpoczeto produkcje blach transformatorowych walcowanych na zimno w niektórych krajach Europy zachodniej oraz w Japonii w oparciu o licencje firmy Armco. Kraje Europy zachodniej i Japonia technologi tej nie byly w stanie samodzielnie opracowac. ZSRR pracowal na nia od lat czterdziestych i masowa produkcje rozpoczal w 1974 roku.
W Polsce produkcje blach orientowanych walcowanych na zimno uruchomiono na podstawie licencji Allegheny Ludlum Steel Corp. zakupionej w 1974 roku. W tej mierze mielismy wiec blisko 40 lat zapoznienia. Kosztowny zakup licencji byl zbedny bowiem samodzielna technologicznie masowa produkcje blach walcowanych na zimno uruchomiono w Rosji w 1974 roku.
Az do lat siedemdziesiatych USA byly dominujaca potega technologiczno - przemyslowa. Obecnie od 30 lat prymat w technologi blach transformatorowych maja Japonczycy. Uzyskuja bardzo wysoka czystosc materialu i male odchylenie kierunku magnesowania od kierunku walcowania . Sa to tak zwane blachy superzorientowane. Stratnosc zostala obnizona dwu a nawet trzykrotnie ! Wyrafinowaną technologią na powierzchni blachy umieszczona jest cieniutka powloka odprezajaca mechanicznie. Stosowana jest tez laserowa obrobka powierzchni blach. Jeszcze raz nalezy podkreslic ze wysokiej jakosci stal elektrotechniczna jest droga i poszukiwana.
Wykres pokazuje produkcje stali elektrotechniczej w swiecie w 2007 roku.
Natomiast produkcja stali elektrotechnicznej o wysokiej indukcji nasycenia (Hi-B) koniecznej do budowy jednostek duzej mocy jest ostro zmonopolizowana przez 6 walcowni w swiecie a technologia pilnie strzezona. Licencje nie sa udzielane. Na wydzialach produkcyjnych gosciom nie wolno robic zdjec.
"The technology for manufacturing Hi-B electrical steel is closely held, and only six mills in the world produced it in 2007: AK Steel (United States), POSCO (Korea), Nippon and Kawasaki (Japan), TKES (Germany), and Cogent (United Kingdom)."
Zreszta gdy na innych przykladach przesledzimy produkcje stali bardzo wysokich jakosci czy stopow tytanu czy innych materialow to prawie zawsze trafimy na te same kraje i firmy oraz uwagi ze - "technology for manufacturing X is closely held".
Od razu wyjasnia sie czemu wysokie ceny energi w Niemczech czy Japoni nie sa straszne tamtemu przemyslowi.
Ciekawy link w temacie energetyki, polecam:
OdpowiedzUsuńhttp://wyborcza.biz/biznes/1,106928,15629116,GDF_Suez_gasi_swiatlo_w_Europie.html#BoxBizTxt
Szanowny autor, którego wiedzę zwykle cenię, tym razem chyba niestety trochę przesadził.
OdpowiedzUsuń1. Zgadzam się z uwagami o hutnictwie,
2. Stan infrastruktury w USA to jest stopniowy rozpad, ale należy brać poprawkę na to, że w kiedy ją budowano w latach 1930-75 panował kult dobrej jakości i zawyżonych jakościowo norm. To się obecnie zaczyna rozpadać, ale nie można porównywać do jakości znanej z bloku wschodniego
3. Transformator to zabytkowa technologia. Tam, gdzie sieć energetyczna zostaje odnawiana według starego projektu może i się wymienia na nowe. Ale zasadniczo obecnie mówimy o power electronics, tańsze, wydajniejsze i pozwalające na przesył z większymi napięciami, czyli mnieszymi stratami. Od pokazania skuteczności nowej idei przez ABB w Helljson project, budowa nowych linii AC mocno zamarła.
4. Koszt prądu dla przemysłu eksportowego i energochłonnego w Niemczej jest jednym z najniższych na świecie i najniższym w Europie. Ceny hurtowe są najniższe, choć mocno zmienne i zalezne od pogody, ceny detaliczne są obciążone zielonym podatkiem, który płaca gospodarstwa domowe i lokalne firmy. W energochłonnym przemyśle Niemcy zabijają konkurencję.