送電網の安定性の確保: 再生可能エネルギー用途向けの変圧器

Jul 10, 2023

変圧器は、生成された電力をプールし、同期して州間または州内の送電システムに供給する前に、プールステーションでその電圧レベルを上昇させる重要なコンポーネントです。 それらの可用性と寿命は、断続的な供給であっても、グリッドの信頼性に大きな影響を与え、電圧制御を向上させることができます。 パリ協定とCOP26サミットの後、世界中の国々が野心的な再生可能エネルギー目標を設定しました。 再生可能エネルギーの普及が進むにつれて、比較的短い時間枠内での大きな負荷変動が避けられなくなり、送電網と配電網（T&D）の両方に影響を及ぼします。 電力網の複雑さは、とりわけ、データセンターや電気自動車の充電ステーションからの非線形負荷によってさらに高まります。 これを克服するために、分散型太陽光発電 (PV) や風力発電向けに特殊な変圧器の導入が注目を集めています。

テクノロジーオプション

再生可能エネルギー用途で利用される最も一般的なタイプの変圧器はインバータ変圧器です。 太陽電池によって生成された直流 (DC) はインバータによって交流 (AC) に変換され、AC 電力は昇圧変圧器を介して電力網に接続されます。 太陽光発電電力をグリッドに供給するために、AC 出力電力を既存のグリッドの位相周波数および電圧と同期させます。 PV インバータは効率が高く、グリッドに注入される DC、高調波、または無効電力は最小限に抑えられます。 しかし、太陽光発電システムは、最大でも約 500 kVA と、太陽光インバータのサイズが限られているため、設計上の課題に直面しています。 インバーターのサイズに関する制限により、太陽光発電システムのサイズにも制限が課せられます。 その結果、インバータ技術の進歩は遅れました。

絶縁変圧器は通常、インバータを系統側のサージから保護し、インバータから系統への DC 注入を防ぐために使用されます。 多くのインバーターモデルには絶縁トランスが内蔵されています。 ただし、コストが増加し効率が低下するため、多くの人はインバータなしでインバータを購入することを選択しています。 太陽光発電システムが昇圧変圧器などの別の変圧器を使用する場合、絶縁変圧器は必要ありません。

可変再生可能エネルギー設備からの大量の電気を処理および送電するために、乾式変圧器と液体充填変圧器の両方が注目を集めています。 乾式変圧器では、巻線とコアは、加圧された空気またはガスで満たされた密閉タンク内に密閉されています。 これらの変圧器は、再生可能エネルギー源を送電網または風力タービン、ソーラーパネル、水力発電所などの負荷に接続するために使用されます。 一方、液体充填変圧器では、鉱油、合成エステル、天然エステルの流体が使用されます。 そのため、住宅から商業および工業用の屋上太陽光発電設置、陸上のパッドマウントまたは地上設置から洋上タワーまたはナセルマウントの風力プロジェクトに至るまで、幅広い用途に適しています。

さらに、今後数年間で屋上設置の増加により、日中は電力網に電力を販売し、オフピーク時間には電力を回収することをいとわない消費者が増えるだろう。 スマート変圧器にアップグレードすると、電力網から建物へ、また消費者から電力網への双方向のエネルギーの流れが確保されます。 これにより、ピーク時に電力を必要とする消費者に競争力のある価格で電力が供給され、電力の必要性がなくなります。 また、スマート変圧器により、さまざまな種類の変動性や送電網の不安定性に対する送電網の回復力も高まります。

ソリッドステートトランス (SST) は、制御回路、高出力半導体、高周波トランスで構成されています。 これらの変圧器は、シームレスな AC-DC および DC-AC 変換を促進し、配電ネットワークの制御を強化します。 電力網に統合されると、SST は電圧変動を独立して管理します。 これらの変圧器は、従来の変圧器と比較して、堅牢性、信頼性、効率性が高く、比較的安価です。 SST は、太陽エネルギーや風力エネルギーなどの再生可能エネルギー源や牽引機関車で最も一般的に使用されています。 さらに、T&Dインフラの老朽化がSST市場の成長を支えることが期待されています。