搜索
1非晶合金变压器应用推广项目技术经济性分析报告摘要：1．非晶合金和非晶合金变压器名称简介2．非晶合金变压器的显著特点——节能和环保2．1节能效果明显2．2环保效应强2．3综合使用成本低2．4运行稳定、安全性能高3．非晶合金变压器的节能效果分析3．1直接比较年节电费用3．2考虑无功分量和负载率时节约能耗估算3．3性价比测算3．4投资价差回收年限3．5新疆天富热电股份有限公司城农网10kV公共配电变压器改造项目4．非晶合金变压器在电力市场的发展现状4．1非晶合金变压器的发展过程和国外应用情况4．2非晶合金变压器在国内市场的应用现状4．3非晶合金变压器的国内生产商4．4非晶合金变压器的市场趋向4．4．1经济背景4．4．2政策背景4．4．3快速增长的机会5．项目建议6．项目具体实施的风险控制评估ShanghaiSuperconductorEnergyEquipmentCo.,Ltd.21.非晶合金和非晶合金变压器名称简介通常所说的“非晶合金”是指一种采用特殊的超快速致冷工艺加工而成的金属材料，由于材料生产工艺的限制，一般均为带材。非晶合金在其制造过程中采用了超急冷凝固的技术，使得在材料的微观结构中，金属原子在从液体（钢水）固化成固体的过程中，原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化。这种原子结构无序排列的状态即称为非晶态，由此生产而成的材料被成为“非晶合金”。非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能，它的去磁与被磁化过程极易完成，较硅钢材料铁心损耗大大降低，达到高效节能效果。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。采用非晶合金制造成变压器铁心、并组装成的变压器即称为“非晶合金变压器”（或非晶合金铁心变压器）。2.非晶合金变压器的显著特点——节能和环保输配电(T&D)系统从遥远的发电厂将电能通过调节输送给用户，在几级变电站降压后才能适合用户使用。位于最终电力用户附近的配电变压器最后将电压降到合适值。正是在配电变压器降压的过程中，配电变压器的铁心造成空载损耗，在整个系统中这种耗能是相当大的。1990年中国由于配电变压器铁心造成的空载损耗约110亿度，相当于当年总用电量的1.8%。减少这些能耗相应地就可以减少污染物的排放，约可减排1200万吨CO2，2万吨SO2和9万吨NOX，避免造成不必要的环境污染。配电变压器的使用数量按用电量成正比例增长，它造成的能耗也因此增加。估计中国从1995年到2010年间由配电变压器空载损耗引起的累积损耗将至少为3000亿度。这是一个惊人的数字，然而变压器买主的选择可以改变它。由于非晶合金变压器可以大大降低配电变压器产生的损耗，因此可以大大节约电力，降低对装机容量的需求，减少电厂、输电、变电的投资。1994年美国AlliedSignal公司的一份研究报告估算了以非晶变压器替代硅钢变压器所能节约的能源：假设从1995年开始，所有的配电变压器都采用非晶合金，到2010年，此项技术将为中国带来如下效益：节省发电装容量600万千瓦，节约电能2400亿度，少产生7690万吨二氧化碳，少产生520万吨二氧化硫。另按AlliedSignal公司的报告，单在美国，使用非晶合金变压器节约的能量相当于五个大的核电站的发电量。2.1节能效果明显由于非晶合金材料具有优越的导磁性,更易于以极少能耗磁化或消磁,因此，非晶合金变压器的空载损耗远远低于传统变压器。以SEC公司(美国超导能源公司)生产的500kVA非晶合金变压器为例，非晶合金变压器和S9、S7型变压器的空载损耗分别为190W、900W和1080W。非晶合金变压器的空载损耗仅为S9型变压器的20%左右，仅为S7型的17％左右，节能效果非常显著。对于公路、城市基础设施及住宅小区等电力负荷波动较大的领域，非晶合金变压器的节能效益更加明显。2.2环保效应强非晶合金变压器节能效果显著，可节省大量的电厂投资，减少发电燃料的消耗，从而减少对大气环境的污染。因而在国际输配电行业中非晶合金变压器获得了没有发电机的绿色发电厂的美称。2.3综合使用成本低3由于非晶合金变压器采用了新材料新技术，工艺复杂，因此其产品价格较传统变压器高，一般比同型号传统变压器高30%左右；但由于其节能效果显著，运营成本较低，所以其综合使用成本较传统变压器低。以500kVA的非晶合金变压器与常用的S9（S7）型变压器相比，非晶合金变压器每台每年可节约电能12184（19540）kWh，一年节约电费7310（11724）元（假设电价为0.6元/kWh）。假设500KVA非晶合金变压器比S9型变压器价格高30%（约高26000元/台）左右，则所增加的成本可在该变压器运行的2～4年内全部回收。按变压器使用期限20年，静态计算，剩下的16年中至少可节约电费11.7万元，足够更新一台新的变压器。2.4运行稳定、安全性能高非晶合金变压器由于损耗低、发热少、温升低，故运行性能非常稳定。非晶合金变压器低压绕组为箔绕式，损耗低、抗短路能力强、结构先进合理。变压器的联结组别采用Dyn11，可减少谐波对电网的影响，改善供电质量，提高供电可靠性。3.非晶合金变压器的节能效果分析（以干式变压器为例）非晶合金变压器与传统硅钢变压器相比，其主要损耗的降低取决于空载损耗的大幅度降低。3.1直接比较年节电费用（考虑直观和计算方便，忽略无功损耗和负载率的影响）通过直接比较两种变压器的年空载损耗成本来计算年节电费用（考虑直观和计算方便，忽略无功损耗和负载率的影响，直接运行中，节能效果更好），可最简单直观地体现非晶合金变压器的节能效益。现分别以1000kVA、1600、2500kVA干式和油浸式变压器为例来进行能耗对比，见表1。表1：非晶合金变压器电费节约比较（干式非晶与SC9硅钢干变比较）容量(kVA)100016002500产品类别非晶硅钢非晶硅钢非晶硅钢空载损耗（W）5501990760276012004000年空载损耗(kWh)4818174326658241781051235040年空载损耗成本(元/年)4818174326658241781051235040年节约电费(元/年)126141752024258注：工业电价按1.0元/度测算。由上表可见，为了直观和计算方便，忽略无功损耗和负载率的影响影响的前提下，非晶合金变压器的电费节约效益已十分显著，如果计入实际运行中无功损耗和负载率的影响，则节能效果更为惊人。下面按实际运行状况计算非晶合金变压器的节能效益，计算相对较为复杂。3.2考虑无功分量和负载率时节约能耗估算当变压器运行时，不同地区的负载率有所不同，年运行能耗也不同，下面比较非晶合金变压器与硅钢变压器的性能参数和年运行能耗，比较值见表2。（因计算过程较为复杂，本文略去计算过程。）4表2：非晶合金变压器节能效果比较表（非晶干变与SC9硅钢干变比较）容量kVA产品类别空载损耗W负载损耗W年运行能耗kWh每年节约能耗kWh1000非晶干变55081303639217013SC9硅钢干变1990861053405——1600非晶干变760117305479624375SC9硅钢干变27601240079171——2500非晶干变1200171708138232929SC9硅钢干变400018180114361——注：假设无功当量系数取0.1kW/kvar；年平均负载系数按0.45，年运行时间按8760h计算。从上表计算结果可知：一台1000kVA的非晶干变运行一年后比SC9硅钢干变节约能耗约17000kWh，按1.0元/度工业电价计算，每年可节约电费1.7万元。一台1600kVA的非晶干变运行一年后比SC9硅钢干变节约能耗约24375kWh，按1.0元/度工业电价计算，每年可节约电费2.44万元。一台2500kVA的非晶干变运行一年后比SC9硅钢干变节约能耗约32929kWh，按1.0元/度工业电价计算，每年可节约电费3.29万元。3.3性价比测算总拥有费用法（简称TOC法）是一种评价变压器能耗和价格合理性的比较全面的性价比评估方法，在国外的变压器采购评估中被广泛使用。它是根据综合比较变压器价格和能耗水平的原则，按照总拥有费用最低来选择变压器，具体计算公式为：TOC=Ct+A×Po+B×Pk式中，Ct为变压器价格，元；Po为空载损耗，计量单位W；Pk为负载损耗，计量单位W；A为空载损耗等效初始费用，暂按120元/W计算，B为负载损耗等效初始费用，暂按20元/W计算。(A与B的比值取6，国际上一般为5~7倍，取值越高，空载节能带来的效益越高)按公式计算1000kVA的TOC值，列于表3：表3：TOC评估比较表容量（kVA）1000产品类别非晶干变SC9硅钢干变空载损耗（W）5501990负载损耗（W）81308610投资费用（元）198000142000NLL费用（元）66000238800LL费用（元）162600172200TOC费用（元）426600427000首期设备购置费用倍率（基于SC9）（%）139100TOC费用比较（基于SC9）（%）0.991.00结论：当非晶干变的售价是硅钢干变的1.39倍时，TOC法测算的非晶变压器性价比仍然比硅钢高1%。53.4投资价差回收年限非晶干变的空载损耗较硅钢干变直接降低70%多，假设其价格比硅钢干变平均高出30%，当不考虑投资的货币时间价值，采用静态投资回收期计算法进行计算，可得出多增投资在多长时间内回收的时间值。下面以1000kVA为例对其节能效果与投资效益作计算：计算公式：有功损耗：Ｐ=Ｐ0+Ｋ1β2Ｐk无功损耗：Ｑ=Ｑ0+Ｋ1β2Ｑk总功率损耗：ΔＰ=Ｐ+Ｋ2ＱＱ0≈Ｉ0%Ｓ，Ｑk≈Ｕk%Ｓ式中：Ｑ0——空载无功损耗（kvar）Ｐ0——空载损耗（kW）Ｐk——额定负载损耗（kW）Ｓ——变压器额定容量（kvar）Ｉ0%——变压器空载电流百分比。Ｕk%——短路电压百分比β——平均负载系数Ｋ1——负载波动损耗系数（取1.05）Ｑk——额定负载漏磁功率（kW）Ｋ2——无功经济当量（kW/kvar）(取0.1)计算结果列于表4：表4：容量按1000kVA项目非晶干变SC9硅钢干变空载损耗(W)5501990负载损耗(W)81308610空载电流(%)0.41.0阻抗电压(%)6年平均负载率45%90%45%90%年运行时间8760年有功损耗(kW)19961653903346981580年无功损耗(kvar)146795482062199356534623年综合总能耗(kW)3464011359653405135042电费单价(元/度)1.00年消耗电费(元)3464011360053400135040节约电费差（元）－18760－21440//从上表计算结果可知，每台1000KVA非晶变压器，运行一年可节约电费18760元（负载率45%时）和21440元（负载率90%时）。投资价差回收年限计算：投资价差回收年限，一般有两种计算方法：静态投资回收期：不考虑投资的货币时间价值；动态投资回收期：考虑投资的货币时间价值，将现在投资及未来收益均以资金的折现率折为6现值。此法计算复杂，要涉及通货膨胀率、资金银行利率、折现率等，因此不确定因素多。现采用静态投资回收期计算法：假设1000kVA非晶干变的价格为19.8万元/台，硅钢干变的售价为14.2万元，对应非晶干变的售价高约30%多，两者的售价差价是5.6万元：在负载率β＝45%时，多投资的回收年限为：5.6/1.876＝3（年）在负载率β＝90%时，多投资的回收年限为：5.6/2.144＝2.6（年）即采购节能非晶变压器时多投资部分能在约3年的时间内通过节约电费支出的方式回收。原国家计委节能局在1983年颁布实施的《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中指出：计算投资回收年限一般不应超过５年，最长不超过７年，做为权衡投资与节能效益的政策规定。非晶合金变压器比硅钢变压器多投资的部分均在政策规定的年限内收回，因此目前推广应用非晶合金变压器符合节约能源的国家政策导向。广泛推广应用非晶合金变压器，无论是在负载率低的农村地区的农网