เหตุใดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรจึงเหมาะสมสำหรับสนับสนุนโครงการอุตสาหกรรมระบบจ่ายไฟฟ้าแบบกระจายศูนย์ที่ใช้พลังงานหมุนเวียน

ความท้าทายของการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายและข้อกำหนดด้านการผลิตไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม

โรงงานผลิตสมัยใหม่และโครงการเหมืองแร่ระยะไกลในภาคอุตสาหกรรมเริ่มติดตั้งระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจายภายในสถานที่มากขึ้น เพื่อแก้ไขปัญหาความไม่เสถียรของโครงข่ายไฟฟ้าและหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายในการส่งไฟฟ้าช่วงพีคที่เพิ่มสูงขึ้น สำหรับศูนย์แปรรูปแร่แบบไม่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าหลักซึ่งใช้ไมโครกริดพลังงานหมุนเวียนในพื้นที่ พบว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโรเตอร์ขดลวดแบบดั้งเดิมเกิดปัญหาการสึกหรอของแปรงบ่อยครั้ง สูญเสียพลังงานในการเหนี่ยวนำสูง และแรงดันไฟฟ้าตกอย่างรุนแรงเมื่อมีโหลดจากการสตาร์ทมอเตอร์อย่างฉับพลัน การอัปเกรดระบบผลิตไฟฟ้าให้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรรุ่นล่าสุดสามารถแก้ไขปัญหาความล้มเหลวของการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เครือข่ายไฟฟ้ามีความมั่นคงยิ่งขึ้น พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและเชื้อเพลิงให้สูงสุดภายใต้ภาระงานการผลิตที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง

ไมโครกริดเชิงอุตสาหกรรมต้องการอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าที่สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ไม่ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อมอย่างรุนแรง หรือมีการป้อนพลังงานกลที่ไม่สม่ำเสมอ แมชชีนแบบซิงโครนัสแบบดั้งเดิมใช้กระแสตรงจากภายนอกเพื่อให้พลังงานกับขดลวดทองแดงบนโรเตอร์ผ่านแปรงคาร์บอน หรือไดโอดตัวกระตุ้นแบบหมุนไร้แปรง (brushless rotary exciter diodes) ระบบเสริมเหล่านี้ถือเป็นจุดอ่อนที่รู้จักกันดี ต้องได้รับการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ และก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าแบบไม่จำเป็น ในทางตรงข้าม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Generator) ใช้วัสดุแม่เหล็กภายในตัวเองเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่คงที่ โดยไม่ต้องดึงพลังงานไฟฟ้าจากภายนอก

ความเรียบง่ายแบบไร้แปรง และการกำจัดโหมดความล้มเหลว

แปรงคาร์บอนในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบโรเตอร์พันลวดมาตรฐานต้องได้รับการตรวจสอบด้วยตาเปล่า การทำความสะอาด และการเปลี่ยนเป็นระยะ ๆ เพื่อป้องกันการเกิดประกายไฟที่คอมมิวเทเตอร์และรอยบุ๋มบนสไลด์ริง การทำงานในสถานที่ห่างไกลหรือในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีฝุ่นหนาแน่นจะเร่งให้แปรงสึกหรอเร็วขึ้น ส่งผลให้มีโอกาสสูงขึ้นที่การผลิตไฟฟ้าจะหยุดชะงักโดยไม่ได้วางแผนไว้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Generator) ทำงานโดยไม่ใช้แปรง ไม่ใช้สไลด์ริง และไม่ใช้ไดโอดเหนี่ยวนำแบบหมุนเลย จึงตัดชิ้นส่วนที่สึกหรอสูงออกทั้งหมด และเพิ่มเวลาในการใช้งานอย่างต่อเนื่องสูงสุด

การแปลงพลังงานไฟฟ้าที่เหนือกว่าภายใต้ภาระงานที่เปลี่ยนแปลง

ไมโครกริดอุตสาหกรรมประสบปัญหาการเปลี่ยนแปลงภาระไฟฟ้าอย่างมากเมื่อเครื่องจักรกระบวนการขนาดใหญ่เริ่มหรือหยุดทำงานระหว่างกะการทำงาน ไดนาโมแบบโรเตอร์พันลวดมีประสิทธิภาพลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อถูกบังคับให้ทำงานที่กำลังต่ำกว่าค่าที่กำหนด ขณะที่ไดนาโมแม่เหล็กถาวรสามารถรักษาประสิทธิภาพสูงในการแปลงพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าได้ตั้งแต่ร้อยละ 25 ถึงร้อยละ 120 ของกำลังที่ระบุ ทำให้ได้ประสิทธิภาพรวมในการผลิตไฟฟ้าสูงกว่าในช่วงเวลาการผลิตที่แปรผัน

การตอบสนองต่อกระแสเริ่มเดินเครื่องของมอเตอร์อย่างรวดเร็ว

การสตาร์ทมอเตอร์แบบกระรอกกรงขนาดใหญ่ก่อให้เกิดภาระเหนี่ยวนำสูงมากต่อไมโครกริดแบบกระจาย ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าตกอย่างรุนแรงบ่อยครั้งในวงจรการผลิตไฟฟ้าแบบดั้งเดิม สนามแม่เหล็กที่แข็งแรงภายในไดนาโมแม่เหล็กถาวรให้การเชื่อมโยงแม่เหล็กที่มั่นคงข้ามช่องว่างอากาศของไดนาโม เมื่อเกิดกระแสปฏิกิริยาสูงสุดอย่างฉับพลัน เครื่องจักรจะกู้คืนรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าขาออกได้อย่างรวดเร็ว จึงป้องกันไม่ให้ระบบควบคุมกระบวนการอัตโนมัติหยุดทำงานและป้องกันไม่ให้โรงงานเกิดภาวะไฟฟ้าดับ

ความเป็นเลิศทางเทคนิคของโซลูชันการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายของ ENNENG

การติดตั้งโครงสร้างพื้นฐานสำหรับการผลิตไฟฟ้าแบบกระจายที่เชื่อถือได้ จำเป็นต้องอาศัยวิศวกรรมที่แข็งแกร่งและออกแบบมาเฉพาะสำหรับแหล่งพลังงานหลักที่มีความแปรผัน รวมถึงเครื่องขยายพลังงานจากความร้อนเสียในภาคอุตสาหกรรม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจากกังหันน้ำขนาดเล็ก และชุดอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าจากลมแบบหมุนเวียน ENNENG ผลิตอุปกรณ์กำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสขั้นสูงทั้งแบบความเร็วต่ำและแบบความเร็วสูง ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับโครงการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย การติดตั้ง ENNENG เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวร ให้ความมั่นคงในการดำเนินงานอย่างต่อเนื่องภายใต้โครงสร้างอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

เมทริกซ์ผลิตภัณฑ์แบบบูรณาการของ ENNENG ครอบคลุมช่วงกำลังการผลิตที่กว้างตั้งแต่ 5 กิโลวัตต์ ถึง 5 เมกะวัตต์ โดยมีแรงดันไฟฟ้าขาออกที่ปรับได้ตั้งแต่ 110 โวลต์ ถึง 690 โวลต์ สำหรับการติดตั้งกังหันลมแบบแกนตั้งเฉพาะทาง ENNENG ให้โซลูชันแบบขับตรงที่ครอบคลุมช่วงกำลังการผลิตตั้งแต่ 1 กิโลวัตต์ ถึง 10 กิโลวัตต์ โดยมีจุดเน้นหลักอยู่ที่การติดตั้งขนาด 3 กิโลวัตต์, 5 กิโลวัตต์ และ 10 กิโลวัตต์

การขับเคลื่อนโดยตรงที่ความเร็วต่ำสำหรับการผลิตพลังงานหมุนเวียน

ระบบกังหันลมแบบดั้งเดิมและกังหันน้ำขนาดเล็กพึ่งพาเกียร์บ็อกซ์แบบกลไกเพื่อเพิ่มความเร็วในการหมุนจากความเร็วต่ำของกังหัน (RPM) ให้สูงขึ้นถึงระดับที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาตรฐานต้องการ คือ ๑,๕๐๐ หรือ ๑,๘๐๐ RPM เกียร์บ็อกซ์ก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงานจากแรงเสียดทานอย่างมาก เสียงรบกวนเชิงอะคูสติก และภาระงานด้านการหล่อลื่นอย่างต่อเนื่อง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรยี่ห้อ ENNENG สามารถผลิตให้มีจำนวนขั้วแม่เหล็กสูง ทำให้เชื่อมต่อเพลาโดยตรงกับกังหันที่หมุนช้าได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้เกียร์บ็อกซ์ระหว่างกลาง

ขนาดกะทัดรัดและการปรับแต่งประสิทธิภาพด้านความร้อน

เนื่องจากขดลวดทองแดงบนโรเตอร์ถูกแทนที่ด้วยแม่เหล็กถาวรชนิดแรร์เอิร์ธที่มีขนาดกะทัดรัด ปริมาตรและมวลรวมของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจึงลดลงร้อยละสามสิบถึงสี่สิบ เมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามาตรฐานที่ให้กำลังไฟฟ้าเท่ากัน การเพิ่มอุณหภูมิภายในขดลวดสเตเตอร์ต่ำลง ส่งผลให้อายุการใช้งานของฉนวนเพิ่มขึ้น ทำให้สามารถผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้แม้ในโครงสร้างแบบสคิดที่มีขนาดเล็กหรือในสภาพแวดล้อมทะเลทรายที่รุนแรง

มาตรฐานอันเป็นที่ยอมรับและสอดคล้องตามข้อกำหนดการเชื่อมต่อกับไมโครกริด

การเชื่อมต่อระบบพลังงานแบบกระจายไปยังบัสบาร์ของโรงงานอุตสาหกรรมหรือเครือข่ายสาธารณูปโภคในระดับภูมิภาค จำเป็นต้องปฏิบัติตามเกณฑ์วิศวกรรมสากลอย่างเคร่งครัด สถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) ได้กำหนดกฎเกณฑ์สำหรับการเชื่อมต่อแหล่งพลังงานแบบกระจายผ่านมาตรฐาน IEEE 1547 ซึ่งระบุขอบเขตการควบคุมแรงดันไฟฟ้า การตอบสนองความถี่ และการป้องกันภาวะเกาะตัว (islanding)

การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและขีดจำกัดด้านความร้อนต้องสอดคล้องกับมาตรฐาน IEC 60034-1 สำหรับเครื่องจักรไฟฟ้าแบบหมุน ขณะที่เกณฑ์การบิดเบือนฮาร์โมนิกถูกควบคุมอย่างเข้มงวดโดยมาตรฐาน IEEE 519 ซึ่งกำหนดให้ค่าการบิดเบือนแรงดันรวมจากฮาร์โมนิก (THD) ต้องไม่เกินร้อยละห้า ที่จุดเชื่อมต่อร่วม (point of common coupling) เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรที่พันขดลวดอย่างเหมาะสมจะผลิตคลื่นไซน์ที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก ช่วยลดความร้อนจากฮาร์โมนิกภายในหม้อแปลงไฟฟ้าของโรงงานและอุปกรณ์อัตโนมัติที่ไวต่อสัญญาณ นอกจากนี้ สำหรับการติดตั้งกังหันลมแบบเฉพาะที่ ต้องปฏิบัติตามมาตรฐาน IEC 61400-12-1 อย่างเคร่งครัดทั้งในด้านการทดสอบสมรรถนะการผลิตไฟฟ้าและความมั่นคงของโครงสร้าง

แนวทางการดำเนินงานจริงสำหรับโครงการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย

กลยุทธ์การจับคู่ทรัพยากรและการกำหนดขนาดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

วิเคราะห์เส้นโค้งแรงบิดและความเร็วรอบของตัวขับกลไกทางกลก่อนเลือกเฟรมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างสุดท้าย สำหรับอุปกรณ์ขยายพลังงานจากก๊าซเสีย หรือกังหันลมแกนตั้งที่มีกำลังการผลิตในช่วง 1 กิโลวัตต์ ถึง 10 กิโลวัตต์ (โดยเฉพาะหน่วยขนาด 3 กิโลวัตต์ 5 กิโลวัตต์ หรือ 10 กิโลวัตต์) ให้เลือกใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเชื่อมต่อโดยตรง (direct-drive) ซึ่งมีลักษณะของแรงดันไฟฟ้าขณะทำงานสอดคล้องโดยตรงกับอุปกรณ์แปลงพลังงานไฟฟ้า สำหรับการติดตั้งระดับอุตสาหกรรมที่มีขนาดใหญ่กว่า ตั้งแต่ 5 กิโลวัตต์ ถึง 5 เมกะวัตต์ ให้ตรวจสอบว่าภาระงานหลักเป็นแบบฐานต่อเนื่อง (continuous base-load) หรือแบบจ่ายพีคช่วงสั้นๆ (intermittent peaking duty)

การปรับสภาพกำลังไฟฟ้าและการประสานงานของอินเวอร์เตอร์

เนื่องจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรให้ความถี่และแรงดันไฟฟ้าที่แปรผันตามความเร็วของตัวขับหลักที่เปลี่ยนแปลงไป ดังนั้นพลังงานขาออกจึงจำเป็นต้องผ่านอุปกรณ์แปลงพลังงานแบบเต็มขนาดแบบกลับต้น-ปลาย (back-to-back power converter) ขั้นตอนการเรกติไฟเออร์จะเปลี่ยนกระแสสลับที่ผลิตได้ให้เป็นกระแสตรงที่มีค่าคงที่บนบัสกระแสตรง ในขณะที่อินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกับระบบจำหน่ายไฟฟ้าจะสร้างกระแสสลับความแม่นยำ 50 เฮิร์ตซ์ หรือ 60 เฮิร์ตซ์ ขึ้นใหม่ โดยให้สอดคล้องกับอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ภายในโรงไฟฟ้า โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่ารีเลย์ป้องกันของอินเวอร์เตอร์มีฟังก์ชันจำกัดแรงดันเกิน (over-voltage clamping) เพื่อป้องกันแม่เหล็กถาวรจากความผิดปกติชั่วคราวบนสายส่ง

การตรวจสอบ การหล่อลื่นตลับลูกปืน และมาตรการป้องกันการเสื่อมสมบัติแม่เหล็ก

ดำเนินการทดสอบความต้านทานฉนวนระหว่างเฟสของสเตเตอร์ทุกปี โดยใช้มิเตอร์วัดฉนวนที่สอบเทียบแล้ว ตรวจวัดอุณหภูมิของตลับลูกปืนอย่างต่อเนื่องโดยใช้เซนเซอร์ RTD ที่ฝังไว้ เพื่อตรวจจับการเสื่อมสภาพของสารหล่อลื่นในระยะแรก รับรองว่าทางเดินของอากาศระบายความร้อนไม่มีสิ่งสกปรกจากฝุ่นละอองในโรงงานสะสมอยู่ เพราะการรักษาระดับอุณหภูมิในการทำงานตามค่าที่ระบุไว้จะช่วยป้องกันไม่ให้แม่เหล็กถาวรสูญเสียสมบัติแม่เหล็กจากความร้อนสูงตลอดอายุการใช้งานหลายสิบปี

สำหรับข้อมูลทางเทคนิคโดยละเอียดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โปรดตรวจสอบ แคตตาล็อกผลิตภัณฑ์ ENNENG และสำรวจโซลูชันเฉพาะทางที่เว็บไซต์ เว็บไซต์ทางการของเอนเนิง .

• วอตส์แอป: +86 18562780228
• อีเมล: [email protected]
• โทรศัพท์: +86 532 66000559
• ที่อยู่:  สวนอุตสาหกรรมพลังงานใหม่และวัสดุใหม่ไห่ชวง ถนนกุ่ยติง หมายเลข 1 เขตลี่ฉาง เมืองชิงเต่า มณฑลซานตง ประเทศจีน

F AQ

คำถาม: ทำไมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรจึงมีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบธรรมดา

คำตอบ: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบธรรมดาใช้พลังงานไฟฟ้าประมาณสามถึงห้าเปอร์เซ็นต์ของพลังงานทั้งหมดที่ผลิตได้ เพื่อรักษากระแสไฟฟ้าภายในขดลวดเหนี่ยวนำบนโรเตอร์ ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรสร้างสนามแม่เหล็กโดยใช้วัสดุแม่เหล็กที่ผ่านการแม่เหล็กไว้ล่วงหน้า ซึ่งช่วยขจัดการสูญเสียพลังงานจากความต้านทานไฟฟ้าบนโรเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์ โครงสร้างนี้ลดการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิภายในลงอย่างมาก และเพิ่มประสิทธิภาพรวมของการแปลงพลังงานไฟฟ้า

คำถาม: กังหันลมแกนแนวตั้งได้รับประโยชน์จากระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบแม่เหล็กถาวรอย่างไร

ก: กังหันลมแกนตั้งทำงานได้ที่ความเร็วการหมุนเชิงอากาศพลศาสตร์ต่ำและแปรผัน ใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรแบบขับตรงพิเศษที่ออกแบบไว้สำหรับช่วงกำลัง 1–10 กิโลวัตต์ โดยเฉพาะรุ่น 3 กิโลวัตต์ 5 กิโลวัตต์ และ 10 กิโลวัตต์ ซึ่งสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่รอบต่ำโดยไม่จำเป็นต้องใช้เกียร์เพิ่มความเร็วเชิงกล การจัดวางแบบเรียบง่ายนี้ทำให้เริ่มหมุนเองได้ ไม่มีเสียงรบกวนจากการส่งกำลัง และลดภาระการบำรุงรักษาบนหอคอยที่เปิดรับสภาพแวดล้อมอย่างมาก

ข: อะไรคือสิ่งที่ป้องกันไม่ให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแม่เหล็กถาวรสูญเสียสมบัติแม่เหล็กเมื่อเกิดวงจรลัดวงจรทางไฟฟ้า

ก: เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารุ่นใหม่ใช้แม่เหล็กนีโอดิเมียมชนิดหายากคุณภาพสูง ซึ่งมีความต้านทานการถูกทำลายสนามแม่เหล็กจากภายนอก (intrinsic magnetic coercivity) สูงมาก วิศวกรด้านระบบไฟฟ้าออกแบบค่าความเหนี่ยวนำรั่วของช่องวางขดลวดสเตเตอร์ (stator slot leakage reactances) ให้สามารถลดกระแสลัดวงจรที่อาจเกิดขึ้นให้ต่ำกว่าค่าขีดจำกัดที่จะทำให้แม่เหล็กเสื่อมสภาพอย่างถาวร การเลือกใช้วัสดุฉนวนที่ทนอุณหภูมิสูงช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะสามารถรับมือกับความผิดปกติของระบบไฟฟ้าภายนอกแบบฉับพลันได้อย่างปลอดภัย โดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพของสมบัติแม่เหล็กอย่างถาวร