انقلاب سبز ترانسفورماتورهای نوع خشک آلیاژ آمورف: چالش های بازیافت و ارزش محیطی از منظر چرخه زندگی کامل

در برابر پس زمینه تسریع اهداف جهانی خنثی کربن ، صنعت تجهیزات برق در حال انقلاب زیست محیطی ساکت است. به عنوان تجهیزات اصلی سیستم انتقال و توزیع نیرو ، افزایش 1 ٪ در راندمان انرژی ترانسفورماتور می تواند به کاهش سالانه 80 میلیون تن انتشار دی اکسید کربن (داده های بین المللی آژانس انرژی) برسد. در این تحول ، ترانسفورماتورهای نوع خشک آلیاژ آمورف در حال تغییر شکل چشم انداز توسعه پایدار صنعت با خاصیت مواد انقلابی خود هستند.
ساختار آرایش اتمی آلیاژهای آمورف از طریق محدودیت های کریستالی ورق های سنتی سیلیکون سنتی شکسته می شود. فرآیند تولید آن از فناوری خنک کننده با سرعت بسیار بالا در میلیون ها درجه در ثانیه استفاده می کند تا مستقیماً آلیاژهای مبتنی بر آهن را در حالت آمورف تقویت کند. این فرایند مخرب دو مزیت مهم زیست محیطی را به همراه می آورد:
از دست دادن بدون بار توسط 70-80 ٪ کاهش می یابد: فشار آلیاژ آمورف تنها 1/10 از ورق های فولادی سیلیکون است ، از دست دادن هیسترزیس به طور قابل توجهی کاهش می یابد ، و انتشار کربن با 45 تن در کل چرخه زندگی کاهش می یابد (بر اساس چرخه عملکرد 20 ساله یک ترانسفورماتور 2000kVA) محاسبه می شود.
تولید انرژی تولید 30 ٪ صرفه جویی می شود: فرآیند پخت و پز با دمای بالا از فولاد سیلیکون گرا از بین می رود و 12 فرآیند مصرف کننده با انرژی بالا در فرآیند تولید کاهش می یابد
تحقیقات تجربی توسط فلزات هیتاچی در ژاپن نشان می دهد که صرفه جویی در مصرف برق سالانه هر 10،000 ترانسفورماتور آلیاژ آمورف معادل تولید روزانه روزانه 3.5 سه نیروگاه است. این بهبود بهره وری انرژی نمایی ، آن را به یک انتخاب استراتژیک برای ساخت شبکه های هوشمند تبدیل می کند.
با وجود مزایای قابل توجه زیست محیطی ، سیستم بازیافت آلیاژهای آمورف هنوز با چالش های خاصی روبرو است:
مشکل شکنندگی مواد: ساختار نوار با ضخامت تنها 25μm در هنگام جداسازی به راحتی شکسته می شود و میزان بازیابی فناوری خرد و مرتب سازی سنتی کمتر از 60 ٪ است
معضل جداسازی مؤلفه: نسبت دقیق آهن (80 ٪) ، بور (10 ٪) و سیلیکون (5 ٪) به تصفیه شیمیایی نیاز دارد و هزینه پردازش 2.3 برابر بیشتر از فولاد سیلیکون است
فقدان سیستم استاندارد: جهان هنوز مکانیسم صدور گواهینامه ردیابی یکپارچه را ایجاد نکرده است ، و بازگشت مواد بازیافت شده به زنجیره تولید سطح بالا دشوار است
فناوری جداسازی پلاسما با دمای پایین که به طور مشترک توسط زیمنس آلمان و آکادمی علوم چین توسعه یافته است ، با موفقیت میزان بازیابی فلز را به 92 ٪ افزایش داده است. در همین زمان ، یک سیستم گذرنامه مادی از طریق فناوری blockchain ایجاد شده است و یک راه حل قابل تکرار برای صنعت ارائه می دهد.
تجزیه و تحلیل مقایسه ای با استفاده از روش ارزیابی چرخه زندگی (LCA) نشان می دهد (نمودار را ببینید):
شاخص ترانسفورماتور آلیاژ آمورف ترانسفورماتور سنتی سیلیکون سنتی
معادل CO₂ در مرحله تولید (کیلوگرم) 8500 12000
از دست دادن سالانه در مرحله استفاده (کیلووات ساعت) 4800 22000
میزان استفاده از مواد بازیافت شده 78 ٪ 92 ٪
ردپای کربن 100 ساله (TCO₂E) 148 412
داده ها نشان می دهد که اگرچه آلیاژهای آمورف در لینک بازیافت دارای تنگناهای فنی هستند ، اما مزایای کاهش انتشار در مرحله استفاده برای جبران هزینه های زیست محیطی سیستم بازیافت کافی است. وزارت انرژی ایالات متحده تخمین می زند که اگر همه ترانسفورماتورهای توزیع جهانی با آلیاژهای آمورف جایگزین شوند ، کاهش کربن سالانه از کل انتشار ملی هند فراتر خواهد رفت.
برای به حداکثر رساندن مزایای زیست محیطی ترانسفورماتورهای آلیاژ آمورف ، یک سیستم نوآوری سه سطح باید ساخته شود:
انقلاب مادی: آلیاژ نانوکریستالی Fe-Si-B-Cu که توسط فناوری Antai ساخته شده است ، ضمن حفظ ویژگی های کم از دست دادن ، چقرمگی را بهبود می بخشد
نوآوری فرآیند: طراحی مدولار ABB چرخه جایگزینی اجزای اصلی را به 4 ساعت کوتاه می کند و راندمان بازیافت را 40 ٪ بهبود می بخشد
درایو خط مشی: مقررات تازه منتشر شده Ecodesign 2023 اتحادیه اروپا شامل ترانسفورماتورهای آلیاژ آمورف در یک استاندارد بهره وری انرژی است و یارانه بازیافت پشتیبان به 15 ٪ از قیمت تجهیزات می رسد
انستیتوی تحقیقات برق برقی چین ، ایجاد مکانیسم پیوند "صندوق احیاء اعتبار کربن" را برای تغذیه تحقیقات و توسعه فناوری بازیافت از طریق درآمد بازار کربن برای تشکیل یک حلقه بسته تجاری پایدار توصیه می کند.
تحت فشارهای دوگانه تغییرات آب و هوایی و بحران انرژی ، ترانسفورماتورهای نوع خشک آلیاژ آمورف نه تنها نشان دهنده دستیابی به موفقیت در علم مواد ، بلکه یک نتیجه برای بازسازی محیط زیست تجهیزات برق است. هنگامی که نوآوری تکنولوژیکی از طریق تنگنا بازیافت و طراحی سیاست ، حرکت بازار را فعال می کند ، این "ترانسفورماتور سبز" مزایای مثبت محیطی نمایی را آزاد می کند-این تنها مسئولیت ESG شرکتها نیست ، بلکه تنها راه انقلاب انرژی بشر است. در دهه آینده ، هر کس بتواند در مدیریت چرخه زندگی کامل آلیاژهای آمورف رهبری کند ، بر گفتمان سبز در شبکه هوشمند جهانی حاکم خواهد بود .