مقدمة

ويبحث هذا المرفق من مصادر الطاقة الكهربائية، ويزيد من موثوقية نظام الكهرباء المستخدم في السوق، ويزيد من حجمه من حجمه، ويزيد من حجمه من حجمه، ويزيد من حجمه، ويزيد من حجمه، ويزيد من حجمه، ويزيد من حجمه، ويزيد من حجمه، ويقلل من حجمه، ويقلل من حجمه، ويقلل من حجم الطاقة المستخدمة.

ما هو مصانع الطاقة ولماذا يهم؟

تعريف مفاعل الطاقة

1 - إن عامل القوة هو نسبة القوة الحقيقية (المقاسة بالكيلوتات والكيلوواط) إلى القوة الظاهرة (مقاسة بكميات، كيلوفولط، كيلوفولت - أمبير) - إن الطاقة الحقيقية تؤدي مجالات عمل مفيدة هي العجلات، والضوء، والمصاعد، وحاملات البيوت، والكهرباء، والكهرباء، هي مصدر القوة الحقيقية (المقاسة بنسبة مئوية في كيلوفولت).

Leading, Lagging, and Unity Power Factor

يمكن أن يكون عامل القوة متفشياً (تهيمن عليه الحمولات المولدة)، أو رائداً (تهيمن عليها الحمولات الثقيلة)، أو وحدة، ومعظم المجمعات التجارية الكبيرة لها حمولات محفزة، مما يؤدي إلى تراكم عوامل القوة بين 0.70 و0.90، ويزيد عامل القوة المتخلفة من التدفق الحالي من خلال الموصلات والمحولات والمتحولات، ويتسبب في خسائر إضافية [FLR:]

The Cost of Poor Power Factor

ويفرض عامل ضعف الطاقة التكاليف بطرق عدة:

  • Higher demand charges]: Utilities often bill based on kVA demand rather than kW demand, directly penalizing low power factor.
  • Increased energy losses]: Higher currents cause greater resistive losses in wiring and transformers, raising the kWh consumed.
  • Reduced system capacity]: A low power factor forces the electrical system to carry more current than necessary, limiting headroom for future load additions without upgrading transformers or feeders.
  • Shorter equipment life]: Overheating due to excess current accelerates insulation degradation in transformers, motors, and cables.

How Utility Companies Bill for Low Power Factor

رسوم الطلب وعقوبات عوامل القوة

1-1 تشمل معظم التعريفات التجارية ذات الفائدة " رسوم الطلب " على أساس أعلى سعر للكم أو كيلوفولت أمبير مسجلة أثناء فترة إعداد الفواتير، وعندما يكون سعر الصرف على كيلوفولت أمبير (قوة مُؤقتة)، فإن أي تخفيض في الطاقة الرجعية يؤدي إلى تخفيض مباشر في رسوم الطلب، وتطبق المرافق الأخرى بنداً لتسوية عوامل القوة : مضاعفاً يطبق على رسوم الطلب على الرقم 10.85

بنود تسوية عوامل القوة

فهم مستعملي المرافق المحددة الخاصة بك؛ والجدول الزمني للمعدلات أمر حاسم، وكثير من المرافق تنشر صيغها الخاصة بتعديل معامل الطاقة على نحو صريح، فعلى سبيل المثال، فإن الصيغة الموحدة التي يستخدمها العديد من مرافق أمريكا الشمالية هي:

Adjusted demand Charge = Billed demand × (Reference PF / actual PF)]

وفي الحالات التي تكون فيها هذه الفئة هي العتبة (مثلا 0.90) والعامل الفعلي للكهرباء هو عامل القوة المقاس، ولا تطبق بعض التعريفات التعديل إلا عندما تكون قيمة الفرنك الافتراضي الفعلية أقل من الحد الأدنى؛ وتعاقب دول أخرى أيضا على الحد الأعلى من الفرنكات، ويمكن أن يحدد استعراض تعريفة الفائدة بدقة فرصة الادخار المحددة، وينبغي لمديري المرفق أن يطلبوا " تحليلا استراتيجيا " من فائدتهم أو مستشارا لأطراف ثالثة لتحديد حجم العقوبة الحالية ومستوى التصويب المستهدف.

The Mechanics of Power Factor Correction

Capacitor Banks

أما الطريقة الأكثر شيوعاً لتصحيح عوامل القوة بالنسبة للمجمعات التجارية الكبيرة فهي تركيب مصارف كاباسير ، وتوفر البنوك التي تعمل بنظام التشغيل الآلي قدرة رد الفعل الرئيسية التي تُعدّل القوى الرجعية المُنتَجة بالحملات المُعدّة، ويمكن تركيبها في المدخل الرئيسي للخدمة (تصويب المُسدّب) أو توزيعها على نحو فعال (خسائر المُسَلة).

أجهزة استشعار متزامنة

كما يمكن للآلات التناوبية الكبيرة التي تسمى أجهزة التفجير المتزامنة أن توفر أيضا تصحيحا لعامل القوة، وهي أساسا محركات متزامنة تعمل بدون تحميل آلي، وترسم في الوقت الحالي التفاعلي الرئيسي عندما تكون مفرطة في الازدحام، وتستخدم أجهزة التفجير المتزامنة عادة في تطبيقات عالية القوة (فوق 5 أمبير أمبير) أو حيث يكون استقرار النظام حرجا، وفي المجمعات التجارية الكبيرة، تكون أقل شيوعا مقارنة بتكاليف الصيانة والتطبيقات المادية.

الأفلام المنسّقة النشطة

(ب) تحتوي المجمعات التجارية الحديثة على حمولات غير خطية مثل أجهزة الدفع ذات الترددات المتغيرة، وسائقات الإضاءة بالأجهزة المتفجرة المرتجلة، ولوازم الطاقة غير المتعمدة، ولوازم الطاقة الحاسوبية، وهذه الحمولات تولد تناسقاً يشوّه موجات الترددات الحالية والفولطية.() ويمكن للمصارف الاستطلاعية الموحدة أن تتفاعل مع المتجانسات، مما يؤدي إلى حدوث حالات تخلف وازدهار.()

فرص تحقيق وفورات في التكاليف في المجمعات التجارية الكبيرة

انخفاض رسوم المطالبة

وتأتي أكثر الوفورات المباشرة من تصحيح عوامل القوة من خفض الطلب المبلَّغ عنه، والنظر في تحويل قدره 2000 كيلوفولت أمبير يغذي مجمعا تجاريا يبلغ 0.80 من معامل القوة، ويصل الحد الأقصى للقوى الحقيقية المستخرجة إلى 0.80 من الـ 1600 كيلو فولت أمبير، وإذا كانت فواتير الفائدة على طلب كيلوفولت أمبير، فإن تكلفة الطلب الشهرية قد تبلغ 15 إلى 000 30 دولار شهريا.

خسائر خطية أدنى

وفي تخفيض التدفق الحالي من خلال الموصلات والمحولات، يخفض الخسائر من الناتج المحلي الإجمالي، وغالبا ما تتراوح هذه الخسائر بين 3 و6 في المائة من مجموع الحمولة في منشأة تجارية نموذجية، ويقلل تصحيح عامل القوة من 0.80 إلى 0.95 من السعر الحالي بنسبة 16 في المائة تقريباً (1-0.80/0.95) مما يترجم إلى انخفاض بنسبة 30 في المائة في الخسائر من الدخل الإجمالي (حيث أن الخسائر تتراوح بين 0.80 و2)

عمر المعدات الموسعة

وتدل معادلة أرهينيوس على أنه يمكن مضاعفة العمر لكل 10 درجات مئوية في درجة حرارة التشغيل، وتقلص معدل العزلة، وتقلل من معدل العزلة، وتقلل من معدل التراكم في المعدات الإلكترونية، وتخفض هذه المدخرات بمقدار الضعف، وتخفض من معدل الاستبدال الحالي، وتخفض نسبة التدفئة الداخلية للمحولات والسيارات، بالإضافة إلى أن تحسين نظام الفولطية من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور يقلل من تكاليف الصيانة على المعدات الإلكترونية.

معدلات الخصوبة والحوافز

وتقدم العديد من المرافق برامج لإعادة تشغيل عامل الطاقة أو حوافزه كجزء من مبادرات إدارة جانب الطلب، فعلى سبيل المثال، توفر بعض المرافق إعادة تشغيل ثابتة لكل وحدة إصلاحية ثابتة، أو تخفيضاً في الطلب على كل كيلو متر مربع، وكثيراً ما تنشر إدارة الطاقة في الولايات المتحدة ومكاتب الطاقة المحلية أدلة بشأن الحوافز المتاحة.() وقدرت الدراسة التي أجراها معهد بحوث الطاقة الكهربائية في عام 2019 أن المرافق تنفق سنوياً على مليون دولار.

تحسين قدرة النظام

:: إصلاح عامل منخفض للطاقة يحرر القدرة في المحولات والمغذيات القائمة دون إنفاق رأس المال على التحسينات، إذ أن مبنى يعمل بمحوّل قدره 0.80 كيلو فولط أمبير لا يمكن أن يوصل 1600 كيلوواط من الطاقة الحقيقية، ويزيد من الطاقة الحقيقية التي يمكن تسليمها إلى 1900 كيلوواط، أي ما يعادل 300 كيلوواط (18.7 في المائة)، ويمكن لهذه القاعة أن تستوعب التوسعات في البناء، والمستأجرين الجدد، أو المعدات الإضافية دون تغيير التكاليف.

أفضل ممارسات التنفيذ

إجراء مراجعة جودة السلطة

وقبل إدخال تصحيح عوامل القوة، من الضروري إجراء مراجعة شاملة لجودة الطاقة، ويستخدم مراجع الحسابات المهني محلليات نوعية الطاقة لتسجيل الفولط، وعامل القوة الحالي، وعامل التناسق، وموجزات الحمل على الأقل على دورة كاملة واحدة من الفواتير (تراوح بين 7 و 30 يوما).

  • متوسط الطلب وذريته (كيلوواط و كيلوفولط أمبير)
  • تفاوت عوامل القوة طوال النهار وعبر المواسم
  • مستويات التشويه المسموم (THD-V وTHD-I)
  • تدفق الطاقة الاستباقية (KVAR)
  • تنظيم التأجير

وتُبلغ هذه البيانات عامل القوة المستهدف، والتقدير المطلوب للكميات، ونوع معدات الإصلاح (المثبتة ضد التلقائية، والكاباستور ضد مرشح نشط)، والموقع الأمثل للارتباط. لا تخمن أبدا حجم الإصلاح ]، والتحكم في عوامل القوة، والمسائل المحتملة المتعلقة بالانقلابات، وتحقيق وفورات مُثلى.

Sizing and Placement of Correction Devices

ويحسب تقدير قيمة الاسترداد المطلوبة من متوسط القوة الاسترجاعية أو الذروة المقيسة وعامل القوة المستهدفة، مثلاً إذا كان الطلب على الرد الفعل البالغ 900 كيلوفولط ومتوسط القوة الحالية 0.80 فرنكاً فغافورياً، فإن الرقم المطلوب هو مقياس " كاباكتور كار " هو تقريباً:

kVAR needed = kW × (tan(cos−1(PF current)) - tan(cos−1(PF target))))]

With kW = 1600, PF current = 0.80, PF target = 0.95: tan(cos - 1(0.80)) ◂ ٠,٧٥ tan(cos -1(0.95) tan(cos) ense 0.33, so kVAR need = 1600 × (0.75 - 0.33) = 672 kVAR.

ويُحسب أن التصويب في لوحة المفاتيح الرئيسية أرخص، ولكنه لا يُقلل من الخسائر في خط المبنى، كما أن التصحيح الموزع في مراكز مراقبة السيارات أو غرف المصعد أو معدات HVAC يقلل من الخسائر الداخلية ويحرر القدرة في المشغلين، ولكنه يتطلب نقاط تركيب أكثر، ومن الشائع أن يُحدد جهازاً قياسياً في الخدمة الرئيسية لمعالجة الطلب التفاعلي المستمر، ويضيف متغيرات أصغر.

معالجة المهارمونات

ويجب تقييم المستويات التناسقية القائمة قبل تركيب أجهزة الاستطلاع، ويمكن للمكثفات الموحدة أن تخلق سلسلة أو تطابقا مع مواضع النظام عند ترددات متجانسة، وتضخم تلك التناسق، وتؤدي إلى زيادة في الحرارة، وفشل المكثف، وتعثر المفاعلات المسببة للمرض، ويوفر معيار IEE 519 الحدود الموصى بها للتشويه الني للأجهزة(15).

رصد الادخار المطروحة وصيانتها

نظم الرصد عن بعد

وتشمل أجهزة التحكم في إصلاح عوامل القوة الحديثة وصلات اتصال بينية (مدبوس، وشبكة المعلومات، وشبكة المعلومات الإلكترونية) تتيح التكامل مع نظم إدارة المباني أو منابر الطاقة القائمة على السحاب، كما أن الرصد المستمر لعامل القوة، ومنتجات الكمبيوتر، والفولت، والوضع المصرفي للمكثفات يتيح الكشف المبكر عن مسائل مثل المراحل الفاشلة من الكبسولات، أو الصمامات السائلة، أو التحقق من الحافز الشهري.

عمليات التفتيش الدورية

وتتمتع المصارف التي تقوم بالصيد بحياة خدمات نموذجية تتراوح بين 15 و 20 سنة، ولكن يمكن أن تفشل المكونات قبل الأوان بسبب التناسق أو الازدحام المفرط أو التسخين المفرط، كما ينبغي أن تحقق عمليات التفتيش البصرية السنوية من علامات التفجر (انهيار العمري)، وتسرب الاتصالات الكهربائية المفككة، والارتباطات المتدهورة، والارتطام المكشوف، ويمكن أن تحدد السمات الحرارية الساخنة الناجمة عن فشل أجهزة التنظيف أو ردع.

العائد من الاستثمار وتحليل الأجور

الفترة النموذجية لاسترداد الأجور

وعادة ما تكون لمشاريع إصلاح عوامل القوة في مجمعات تجارية كبيرة فترات عودية بسيطة تتراوح بين سنة واحدة وثلاث سنوات، وقد أظهرت هذه الدراسة التفصيلية التي أجريت من مجمع مكتبي يبلغ 000 400 قدم مربع في شمال شرق الولايات المتحدة، وكان للمبنى عامل أساسي للطاقة يبلغ 0.78 دولار، ومتوسط الطلب على مبلغ 1500 كيلوفولط أمبير، وبعد أن بلغ مجموع الوفورات في قيمة المفاعل الآلي الذي بلغ 000 250 دولار (التكلفة: 000 45 دولار بما في ذلك التركيب).

مجموع تكلفة الملكية

عند تقييم مشاريع شركات القطاع الخاص، النظر في التكلفة الإجمالية للملكية (TCO): المعدات الأولية والتركيب، والصيانة الجارية (حوالي 1-2 في المائة من التكاليف المركبة سنويا)، وأي معاملات ذات فائدة، وقد تكون للمصارف الآلية التي لديها حماية متجانسة تكلفة أعلى ولكنها أقل مخاطر طويلة الأجل، وتتجاوز إدارة مجمعات الطاقة تقريباً معدل العائد الداخلي [1](أ)

المنافع البيئية والمستدامة

وبالإضافة إلى الوفورات المالية المباشرة، يدعم تصحيح عوامل القوة أهداف الاستدامة، ويعني انخفاض الخسائر في خط الكهرباء في محطة توليد الطاقة، وانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وبالنسبة لكل كيلوواط منقذة من جانب العملاء، يتم تجنب ما يقرب من 0.98 1 كيلو متر من ثاني أكسيد الكربون (على أساس مزيج الشبكة الأمريكية المتوسط).

خاتمة

إن تصحيح عوامل القوة ليس مجرد تعديل تقني؛ بل هو قرار مالي استراتيجي بالنسبة للمجمعات التجارية الكبيرة، ومن خلال خفض رسوم الطلب، وتخفيض الخسائر في خطي العمل، وتوسيع عمر المعدات، وربما تحرير حوافز المنافع، فإن لجنة الخدمة المدنية الدولية تقدم باستمرار عائدات قوية للاستثمار، ومفتاح النجاح يكمن في اتباع نهج قائم على البيانات: إجراء مراجعة شاملة لجودة استخدام الطاقة، واختيار تكنولوجيا الإصلاح الملائمة (العاملات التي تعمل على تحديد درجات الحرارة، والمزودات التي تعمل على تحقيق وفورات، أو التناسق مع التناسق)

For further reading, refer to IEE Std 141-1993 (Red Book) on power system analysis, the U.S. Department of Energy’s Power Factor Correction Guide, and the Electric Power Research Institute’s Formand-Side Management Program[FLT:]