So sánh ưu nhược điểm và ứng dụng của dầu máy biến áp và dầu tổng hợp
|
Để có được góc nhìn toàn diện, trước tiên chúng ta cùng tìm hiểu máy biến áp Amophous. Show
1. Sơ lược về máy biến áp Amophous (AMT - Amorphous metal transformer)1.1. Khái niệm cơ bản về AMTLà loại máy sử dụng thép vô định hình làm lõi từ. Lõi thép này bao gồm Silic, Bo, Fe và Phosphor. Khác với thép từ thông thường (Cold rolled Grain oriented stell - Thép hướng hạt cán nguội hay còn gọi là thép Silicon), thép vô định hình có độ dày khoảng 25 μm, trong khi thép CRGO có độ dày bình quân từ 0,25 mm tới 0,35 mm.
 Sự khác nhau về cấu trúc nguyên tử giữa thép Silicon và thép vô dịnh hình. Công nghệ chế tạo thép vô định hình được thực hiện bằng cách làm rắn hợp kim nóng chảy với tốc độ đủ nhanh để ngăn kim loại kết tinh. Sự đông đặc nhanh chóng ở tốc độ 106 K/s đã khiến chất rắn được thuỷ tinh hoá với cấu trúc nguyên tử ngẫu nhiên (vô định hình). Ưu điểm của thép vô định hình nằm ở khả năng nhiễm từ và điện trở cao, tuy nhiên nhược điểm của nó là giòn, cứng hơn 4 lần so với thép silic(1) nên dễ gãy và gây trở ngại khi sản xuất máy biến áp. 1.2. Quy trình sản xuất máy biến áp Amophous so với máy sử dụng thép định hình (gọi tắt là máy CRGO)
Lõi máy biến áp Amorphous. Amophous được áp dụng cho máy biến áp 3 pha và 1 pha. Lõi từ của AMT loại 3 pha thường có 5 trụ thép, trong khi cùng công suất nhưng máy CRGO chỉ cần 3 trụ. Ngoài ra do đặc tính vật lý của lõi thép vô định hình dẫn đến quy trình sản xuất khác nhau:
1.3. Ứng dụng của máy biến áp AmophousTrên lưới điện, AMT chỉ được được sử dụng làm máy phân phối trong khi CRGO (tuỳ theo thiết kế) có thể vừa là máy phân phối (Distribution transformer), vừa làm máy truyền tải (Power transformer). Điều này xảy ra do sự giới hạn về công suất của máy biến áp Amophous.
2. Nhược điểm của máy biến áp Amophous2.1. Giới hạn công suấtCông suất tối đa của máy biến áp AMT bị giới hạn dưới 10 MVA. Công suất này phù hợp với các trạm biến áp phụ và trạm phân phối. Muốn công suất AMT vượt quá 10 MVA bắt buộc phải tăng 2 yếu tố là độ rộng của lá thép vô định hình và khối lượng đồng. Công nghệ chế tạo thép vô định hình hiện nay mới chỉ tạo ra các lá thép có chiều rộng lần lượt là 142,2 mm; 170,2 mm và 213,4 mm. Hai yếu tố này ngăn cản khả năng mở rộng công suất của Amorphous. Trái ngược thép vô định hình, thép cán nguội dùng cho máy CRGO có chiều rộng lên tới 1000 mm, nhờ đó việc gia công cắt ghép lõi từ CRGO trở nên linh hoạt hơn. 2.2. Kích thước tổng thể lớn hơn máy biến áp Silicon (CRGO)Với công suất như nhau, máy biến áp sử dụng thép vô định hình cần số lượng đồng lớn hơn. Không chỉ vậy, lõi thép thay vì 3 trụ (máy CRGO), AMT đòi hỏi 5 trụ thép. Hai điều này dẫn đến kích thước hoàn thiện của AMT lớn hơn máy biến áp thông thường. Để trực quan, chúng ta so sánh 2 loại của 2 đơn vị sản xuất khác nhau. Loại 3 pha 400 kVA do hãng Schneider sản xuất:
Loại 3 pha 1.000 kVA do hãng Hitachi sản xuất:
2.3. Chi phí đầu tư ban đầu tốn kém hơn- Do khó khăn trong khâu chế tạo vật liệu vô định hình nên giá thành sản xuất lõi từ máy Amorphous cao hơn lõi từ máy biến áp sử dụng thép Silicon; - Cùng công suất như nhau, máy biến áp Amorphous sử dụng lượng đồng nhiều hơn máy CRGO; - Vỏ máy Amorphous có kích thước lớn hơn so với máy biến áp thông thường cùng công suất. Từ 3 nguyên nhân nêu trên, theo nhiều khảo sát, nghiên cứu của các chuyên gia, mặt bằng giá bán Amorphous trên thế giới cao hơn từ 1,2 đến 1,3, thậm chí có nơi chênh lệch tới 1.4 lần so với máy biến áp sử dụng lõi thép sắt từ. Giá máy biến áp do các đơn vị Việt Nam sản xuất tuy có mức chênh lệch thấp hơn nhưng về tổng thể chi phí bỏ ra để sở hữu Amorphous cao hơn máy biến áp CRGO. Ví dụ về bảng giá máy biến áp Thibidi công bố năm 2020(2) như sau: Ví dụ 1: MBA Amorphous 100 kVA - 22/0,4 kV tiêu chuẩn 62/QĐ EVN có giá niêm yết dành cho đại lý là 118,159,000 VND. Sản phẩm máy biến áp dầu thông thường, cùng thông số, cùng tiêu chuẩn áp dụng có đơn giá 101.861.000 VND. Ví dụ 2: MBA Amorphous 1000 kVA - 22/0,4 kV tiêu chuẩn kỹ thuật 3370/QĐ EVN HCMC có giá thành niêm yết dành cho đại lý là 442.129.000 VND. Sản phẩm máy biến áp dầu thông thường, cùng thông số, cùng tiêu chuẩn áp dụng có đơn giá 381.048.000 VND. - Qua ví dụ 1 và 2 cho ta thấy giá bán máy biến áp Amorphous cao hơn 1.16 lần so với máy biến áp dầu thông thường; - Sự chênh lệch giá bán giữa Amorphous và máy sử dụng thép Silicon ở Việt Nam thấp hơn các nước khác là do nhân công rẻ hơn, điều kiện sản xuất không đòi hỏi cao như các nước phát triển; - Qua hai ví dụ chúng ta nhận thấy, hai loại cùng công suất, áp dụng cùng tiêu chuẩn, do kích thước và chi phí đầu vào của AMT nhiều hơn nên AMT có giá bán cao hơn so với máy biến áp dầu thông thường. 2.4. Khả năng chịu tải của Amorphous kém hơn- Amorphous vận hành ở hệ số tải nhỏ hơn 80% đem lại hiệu quả tốt nhất(3) cho lưới điện. Trong một công bố khác của hãng Hitachi(4), khi vận hành AMT ở mức 50% công suất, tổn thất không tải (P0 - Tổn thất sắt từ) và tổn thất có tải (Pk - Tổn thất đồng) thấp hơn so với máy biến áp thông thường. Tuy nhiên khi vận hành 100% tải, điều ngược lại xảy ra: Tổn thất P0 và Pk của MBA Amorphous cao hơn MBA CRGO. Ví dụ sau đây của Hitachi minh chứng điều này:
- Giới hạn chịu tải của máy biến áp AMT dừng lại ở mức 80% công suất, trong khi với máy biến thông thường, khả năng chịu tải có thể lên đến 120% công suất thiết kế. 2.5. Chịu ngắn mạch kémĐặc điểm lõi từ AMT là làm từ thép vô định hình nên giòn, dễ gãy. Do vậy các cuộn dây buộc phải cuốn theo hình chữ nhật thay vì hình trụ như MBA CRGO. Do hình dạng cuộn dây như vậy nên khả năng phân bổ lực trên Amorphous kém hơn CRGO, từ đó dẫn đến tác động do sự cố ngắn mạch vào Amorphous lớn hơn so với máy biến áp CRGO. 2.6. Tạo ra tiếng ồn lớnTrong quá trình sản xuất, lõi từ của máy biến áp Amorphous không thể chịu lực ép, vì thế tính liên kết của lõi thép vô định hình lỏng lẻo hơn, để lại khoảng trống giữa các lá thép nhiều hơn so với máy biến áp CRGO. Chính những khoảng trống này tạo ra tiếng ồn cao hơn so với máy biến áp thông thường. 2.7. Bảo trì tốn kémDo đặc tính giòn, mỏng của cấu trúc thép vô định hình mà trong quá trình chế tạo máy biến áp, nhiều mảnh vụn nhỏ được tạo ra. Quá trình di chuyển, vận hành chịu tác động cơ học nên lõi từ càng sinh ra nhiều mảnh vụn. Những mảnh vụn này sẽ khiến giảm khả năng cách điện của dầu làm mát. Nếu không thường xuyên thay dầu, sự cố phóng điện cục bộ rất dễ xảy ra. Rủi ro chập cháy, hư hỏng AMT là điều khó tránh khỏi nếu áp dụng quy trình bảo dưỡng như máy biến áp thông thường. 2.8. Khả năng sửa chữa gần như bằng khôngVới khả năng chịu tải thấp hơn (2.4), chịu tác động ngắn mạch kém hơn (2.5), máy biến áp Amorphous khi gặp sự cố quá tải sẽ hư hỏng hoàn toàn. Với máy biến áp dầu thông thường, nếu xảy ra cháy/chập, lõi từ vẫn có thể được sửa chữa và tận dụng. Điều này không thể xảy ra với AMT. Khi quá tải, lõi từ vô định hình có nguy cơ tạo ra nhiều mảnh vụn, tính chất vật lý thay đổi khiến việc tái sử dụng lõi từ AMT coi như bằng không. Khi xảy ra sự cố, toàn bộ ruột máy Armophous phải loại bỏ. Thứ duy nhất có thể giữ lại là thùng máy biến áp. 2.9. Tuổi thọ không caoThông thường với các trạm biến áp phân phối, tổn thất của máy biến áp phụ thuộc vào sự biến động của các thiết bị phụ tải. Với các đơn vị sản xuất, thời gian ban ngày là lúc hệ thống máy móc vận hành tối đa. Với khu dân cư, thời gian cao điểm xảy ra vào lúc 17h đến 20h hằng ngày. Vì sự biến động công suất trên lưới điện dẫn theo sự biến đổi về lượng gánh tải của máy biến áp. Như phần 2.4 đã trình bày, máy biến áp Amorphous phát huy tối đa khả năng với mức tải bằng 80% công suất thiết kế. Tuy nhiên trên thực tế, việc phải vận hành ở mức trên 80% đến 100% công suất, thậm chí trên 100% công suất là điều khó tránh khỏi. Từ điều trên dẫn đến tuổi thọ của máy Amorphous không như một số trang đã công bố. Tuổi thọ bình quân của máy biến áp CRGO từ 20 đến 25 năm, và theo hãng Hitachi, tuổi thọ máy biến áp CRGO dài hơn so với Amorphous(4). Theo các chuyên gia đến từ Indonesia, nếu máy AMT vận hành dưới 65% công suất thì tuổi thọ có thể lên tới 20 năm, nếu vận hành từ 65% đến 75% công suất, tuổi thọ giảm xuống còn 14 đến 14,5 năm. Việc tuổi thọ của máy biến áp thông thường kéo dài hơn xuất phát từ khả năng chịu quá tải tốt hơn, việc bảo dưỡng dễ dàng hơn, khả năng chịu ngắn mạch tốt hơn so với máy biến áp Amorphous. Bên cạnh nhược điểm, máy biến áp Amorphous vẫn có một số ưu điểm tạo ra sự hấp dẫn nhất định.
3. Ưu điểm của máy biến áp AmorphousƯu điểm đầu tiên phải nhắc đến chính là mức độ tổn hao không tải của AMT. Cùng là máy 3 pha công suất 400 kVA 20/0,4 kV của hãng Schneider, tổn hao không tải của AMT chỉ dừng lại ở mức 0.2 kW trong khi CRGO cao hơn gấp đôi là 0,43 kW. Ưu điểm thứ hai của máy AMT là ở khả năng sinh nhiệt. Do tổn hao không tải thấp hơn, lượng nhiệt sinh ra bởi quá trình vận hành cũng thấp hơn so với máy biến áp thông thường (nếu vận hành dưới 65% công suất). Ưu điểm thứ ba đem lại lợi thế tuyệt vời cho Amorphous, đó là độ dung sai sóng hài thấp hơn các dòng máy biến áp thông thường. Dung sai sóng hài là yếu tố khiến nhiều nhà sản xuất máy biến áp chuyên dụng cho điện mặt trời đau đầu. Nhiệm vụ số một của máy biến áp năng lượng mặt trời là kiểm soát được biến động của sóng hài. Mặt khác, sóng hài làm tăng công suất chịu tải của MBA. Nếu cộng các loại sóng hài khác sinh ra bởi các thiết bị tiêu thụ điện, khả năng quá tải ở máy biến áp hoàn toàn có thể xảy ra. Ưu điểm thứ tư, cũng là ưu điểm cuối cùng của máy biến áp Amorphous đó là khả năng giảm thải khí CO2. Nếu vận hành với mức tải tối ưu (phần 2.4), cùng tải một lượng công suất như nhau, lượng khí Carbon dioxide sinh ra từ máy biến áp vô định hình ít hơn so với CRGO. Với xu thế công nghiệp xanh, giảm thiểu ô nhiễm nhà kính thì máy Amorphous là lựa chọn tuyệt vời cho các quốc gia mong muốn phát triển bền vững. Khi so sánh 2 loại máy biến áp 3 pha cùng thông số 1.000 kVA 6 kV/210 V 60 Hz, hãng Hitachi công bố(4): Cùng mức tải trong một năm là 28 MWh, lượng CO2 sinh ra của máy biến áp thông thường cao hơn 1,9 tấn so với AMT.
4. Hiệu quả kinh tế của máy biến áp Amorphous4.1. Ứng với điều kiện ở các nước châu ÂuSau khi xem xét tổng thể ưu và nhược điểm của máy biến áp Amorphous, khả năng ít người lựa chọn AMT là hoàn toàn dễ hiểu. Tuy nhiên với các nước châu Âu, biểu thuế đánh vào khí thải Carbon sẽ khiến quyết định có hay không lựa chọn máy biến áp Amorphous trở nên khó khăn hơn. Ngày 01.4.2021, các nước thuộc khối Liên minh châu Âu đã công bố biểu thuế mới dành cho lượng khí thải Carbon(5). Tại Pháp, đơn giá 1 tấn khí thải CO2 là 45 Euro (khoảng 53 USD). Tại Tây Ban Nha, biểu phí cho việc phát thải CO2 chỉ bằng 1/3 so với Pháp. Nằm ngoài EU, mức thuế đánh vào CO2 của Ukraine ở mức khiêm tốn nhất, tương ứng 0,25 Euro cho 1 tấn khí thải. Căn cứ theo mức thuế áp cho lượng CO2 phát thải ra môi trường, chúng ta cùng xem xét bảng so sánh về chi phí thu được sau 13 năm sử dụng máy Amorphous. Bảng so sánh của Schneider(6) diễn ra trên hai loại có công suất thiết kế như nhau.
4.2. Ứng với điều kiện ở các nước châu ÁTheo nội dung bài viết “Đánh giá kỹ thuật và kinh tế máy biến áp phân phối sử dụng thép vô định hình” được công bố tại Hội thảo Khoa học và Kỹ thuật lần thứ 5 tổ chức năm 2020, các chuyên gia Indonesia đưa ra nhận định như sau: - Trong môi trường thử nghiệm, chi phí sở hữu máy biến áp bao gồm chi phí mua + lắp đặt + chi phí tổn hao không tải và có tải; - So sánh hai loại AMT và CRGO 3 pha ngâm dầu công suất 100 kVA, với các mức tải và thời gian sử dụng khác nhau, ta có được các con số như sau:
- Tuy một số quốc gia phát triển tại Á châu đã và đang đánh thuế khí thải CO2 nhưng nhìn chung, với đặc điểm là các nước đang phát triển, sản xuất công nghiệp phục vụ xuất khẩu chiếm đa số, nếu đánh thuế CO2 sẽ ít nhiều cản trở đến quá trình phát triển. Lợi tức thu về từ thuế chưa chắc bù hao lợi tức do xuất khẩu đem lại. 4.3. Tại sao Amorphous không được ưa chuộng ở châu Âu và Bắc Mỹ?Nếu như nhiều website phản ảnh lợi ích vượt trội của máy biến áp Amorphous đem lại thì câu hỏi tại sao các nước phát triển lại không mặn mà với AMT? Nguyên nhân được giải thích là do công nghệ luyện kim hiện tại chưa đem đến khả năng tối ưu cho thép vô định hình. Giá thành sở hữu máy biến áp AMT chỉ được xem xét ở môi trường thử nghiệm, chưa qua đối chiếu thực tế nên chưa đủ tính thuyết phục. Giá mua máy còn ở mức cao. Ngoài ra, hệ thống máy móc cũng như điều kiện sản xuất của các nước EU và Bắc Mỹ mang lại khả năng giảm thiểu lượng phát thải CO2, đưa đến việc xem xét thay thế máy biến áp Amorphous chưa được coi trọng. Nếu như tuổi thọ máy biến áp Amorphous và các điều kiện vận hành giống như máy biến áp thông thường, dù giá máy cao hơn thì việc đầu tư chuyển đổi AMT sẽ diễn ra mạnh mẽ ở hai khu vực này.
5. Kết luận của Nhà thầu cơ điện Galaxy về máy biến áp Amorphous (AMT)- Với 4 ưu điểm và 9 nhược điểm của máy biến áp Amorphous, kết hợp với bảng so sánh chi phí sở hữu, chúng ta có đủ thông tin để kết luận nên hay không sử dụng máy biến áp lõi thép vô định hình; - Xu thế giảm thiểu phát thải khí ô nhiễm nhà kính là điều thế giới hướng đến. Qua thời gian, khoa học ngày càng phát triển, nhiều kỹ thuật mới sẽ giúp giảm thiểu nhược điểm hiện tại của AMT; - Quyết định có/không sử dụng máy biến áp Amorphous tại Việt Nam phụ thuộc phần nhiều vào cách tư vấn, chế độ chăm sóc khách hàng của bên bán và ý chí chủ quan của bên mua; - Để lựa chọn loại máy biến áp 3 pha phù hợp cho doanh nghiệp, tốt hơn hết hãy tham khảo ý kiến các chuyên gia, xem xét và phân tích các thông số vận hành thực tế của đơn vị; - Máy biến áp là thiết bị quan trọng nhất của trạm biến áp. Tuổi thọ máy có lâu bền, khả năng vận hành có linh hoạt, chế độ bảo dưỡng có dễ dàng thì nguồn cung năng lượng mới dồi dào, quá trình sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp mới ổn định. Clip minh hoạ cách làm lõi cho máy biến áp Amorphous
BBT Galaxy M&E Bài viết tham khảo tài liệu từ các nguồn: (1). Báo cáo chi tiết về vật liệu chế tạo máy biến áp phân phối Amorphous - Viện Nghiên cứu Kỹ thuật Ấn Độ; (2). Bảng giá được công bố bởi đại lý củaThibidi; (3). Đánh giá kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của máy biến áp phân phối lõi vô định hình - Indonesia; (4). Catalouge về máy Amorphous của hãng Hitachi; (5). Thuế dành cho khí thải Carbon ở châu Âu công bố trên trang taxfoundation.org; (6). Làm cách nào để máy biến áp Amorphous tăng hiệu quả và giảm thiểu khí CO2 - Schneider Electric (Tập đoàn chuyên sản xuất thiết bị điện của CH Pháp). |
