دليل اختيار المحولات أحادية الطور لمشروعات كهربة المناطق الريفية في أفريقيا: خفض تكاليف الاستثمار وتحسين موثوقية إمدادات الطاقة لدى المستخدم النهائي

قبل أن نتناول هذا الموضوع، اسمحوا لي أولًا أن أطرح عليكم سؤالًا.

في العديد من مشاريع كهربة المناطق الريفية في أفريقيا, الاختيار بين single-phase و محولات التوزيع ثلاثية الطور يؤثر مباشرةً في استثمار المشروع, الجدول الزمني للإنشاء, ، و تكاليف التشغيل على المدى الطويل.

إذا كنت مسؤولًا عن إمداد قرية بالكهرباء تضم 100 أسرة, ، بميزانية محدودة و خط جهد متوسط الذي يحتاج إلى أن يمتد لأكثر من عشرة كيلومترات، هل ستختار three-phase or single-phase?

سيكون أول رد فعل لدى معظم الناس هو three-phase.

هذا ما تقوله الكتب المدرسية. وهو أيضًا ما تتطلبه العديد من معايير الشبكات. ولا حرج في ذلك.

لكن عندما تصل فعليًا إلى موقع مشروع ريفي في أفريقيا, ، قد تكتشف شيئًا لا تخبرك به الكتب المدرسية:

عندما تكون الميزانية غير كافية، لا يمكن للمشروع حتى أن يبدأ.

زيشينغ إلكتريك منخرطة بعمق في مشاريع تصدير معدات توزيع الطاقة إلى أفريقيا لسنوات عديدة. غرب أفريقيا وشرق أفريقيا وجنوب أفريقيا, ، بما يشمل سيناريوهات مثل كهربة المناطق الريفية, الشبكات الصغيرة للطاقة الشمسية, ، و توزيع الطاقة الصناعية.

غالبًا ما تكون المشكلات التي تواجهها المشاريع الريفية هي نفسها وتتكرر باستمرار.

اليوم، ننظم الخبرات التي اكتسبناها من مواقع المشاريع ومناقشاتنا مع نظرائنا في القطاع على مر السنين. لا يتعلق الأمر بإخباركم بأن حلًا واحدًا يكون دائمًا أفضل من حل آخر. بل نريد تفصيل عملية اتخاذ القرار هذه وترك المجال لكم لتكوين حكمكم الخاص.

أولًا. ثلاثة تحديات أساسية تواجه مشاريع كهربة المناطق الريفية في أفريقيا

قد تبدو كهربة المناطق الريفية في أفريقيا أمرًا بسيطًا — فكل ما عليك هو إيصال الكهرباء إلى القرى.

لكن كل من عمل فعليًا في هذه المشاريع يعرف أن الأمور أكثر تعقيدًا بكثير.

1.1 لا تكفي الميزانية أبدًا

A محول ثلاثي الطور بالاقتران مع خط توزيع ثلاثي الأطوار يتطلب استثماراً أعلى.

المعدات نفسها أكثر تكلفة، كما أن تكلفة الموصلات ومواد البناء أعلى بشكل ملحوظ.

بالنسبة لقرية تضم حوالي مئة أسرة فقط، فإن مد خط ثلاثي الأطوار لمسافة تزيد عن عشرة كيلومترات قد يتجاوز ميزانية المشروع بسهولة.

تكتشف العديد من المشاريع في منتصف مرحلة التنفيذ أن التمويل أقل بكثير من المتطلبات.

تصبح الخيارات المتاحة حينها:

• تقليص نطاق المشروع
• انتظار تمويل إضافي

وعادة ما لا تكون عملية انتظار التمويل قصيرة، فحتى سنة إلى سنتين قد تُعتبر فترة سريعة.

1.2 تصل الكهرباء، ولكن يتعذر الحفاظ على الجهد

خطوط التوزيع طويلة للغاية.

في نهاية الشبكة، قد ينخفض جهد الطرف إلى 180-190V، مما يجعل حتى الإضاءة الأساسية غير مستقرة، ناهيك عن معدات مثل:

• مضخات المياه
• مكيفات الهواء
• الآلات الزراعية

يشتكي المستخدمون، ويطلب المشرفون تفسيرات، وتضطر فرق الصيانة للسفر مراراً وتكراراً إلى المواقع النائية.

بعد بذل الكثير من الوقت والجهد، تظل المشكلة الأساسية دون حل.

1.3 بعد تركيب الطاقة الشمسية الكهروضوئية، قد لا تكون الشبكة جاهزة

في السنوات الأخيرة، أصبحت الطاقة الشمسية ميسورة التكلفة بشكل متزايد.

يقوم العديد من المستخدمين في المناطق الريفية بتركيب أنظمتهم الكهروضوئية الخاصة وتغذية الشبكة بالكهرباء الفائضة.

ومع ذلك، لم تكن شبكات التوزيع الريفية التقليدية مصممة لهذا الوضع.

يمكن أن تكون النتيجة:

• تقلبات في الجهد
• فصل العاكس (Inverter)
• ضغط مفرط على المحولات ناتج عن تدفق الطاقة في اتجاهين

نظام التوزيع الأصلي ببساطة لم يكن مصمماً للتعامل مع نمط التشغيل الجديد هذا.

1.4 عند تعطل المحولات، لا يتوفر أحد لإصلاحها

هناك مشكلة أخرى يتردد الكثيرون في مناقشتها علانية:

مناطق التوزيع النائية.

عند تعطل المحول، قد يستغرق استبداله شهوراً من وقت الإبلاغ الأولي عن العطل وحتى استعادة الخدمة نهائياً.

يفقد القرويون الكهرباء.

تستمر المكالمات الهاتفية في الورود.

في نهاية المطاف، يقع فريق المشروع تحت طائلة المسؤولية.

لا يمكن حل هذه المشكلات ببساطة عن طريق زيادة التمويل.

ثانياً: قارن بين الحلول أحادية الطور وثلاثية الطور بهذه الطريقة، وستتضح لك الصورة

قد يتساءل البعض: هل المحول أحادي الطور موثوق حقاً؟

لنضع الأمر على هذا النحو: لا ينبغي استخدام المحولات أحادية الطور في المناطق التجارية الحضرية.

ولكن بالنسبة لـ مناطق التوزيع الريفية النائية في أفريقيا، حيث تتميز الخصائص بما يلي:

• أحمال متفرقة
• طلب منخفض على الكهرباء
• مسافات توزيع طويلة

هذا هو المكان الذي تكون فيه المحولات أحادية الطور الحل الأكثر ملاءمة.

يقارن الجدول التالي بين الخيارين جنباً إلى جنب:

كما ترون، للحلول ثلاثية الطور مزاياها، ولكن المفتاح يكمن في اختيار التطبيق المناسب.

الأنظمة ثلاثية الطور للمدن، والأنظمة أحادية الطور للمناطق الريفية؛ لكل منها استخدامها المناسب.

تختلف معايير الشبكات ومتطلبات المشاريع باختلاف الدول. تمثل المعايير التالية التكوينات الشائعة المستخدمة في العديد من مشاريع كهربة الريف في أفريقيا، والشبكات الشمسية المصغرة، ومناطق التوزيع النائية:

ثالثاً: هذه هي الحالات التي تعمل فيها المحولات أحادية الطور بكفاءة عالية

دعونا نتحدث عن عدة سيناريوهات واقعية.

السيناريو 1: كهربة القرى النائية

السيناريو 1: كهربة القرى النائية

بالنسبة للقرى التي تضم فقط 20-30 أسرة، حيث يُستخدم الكهرباء بشكل أساسي للإضاءة، وشحن الهواتف المحمولة، وأحياناً لتشغيل ثلاجة صغيرة، فإن محول أحادي الطور بقدرة 10-30 كيلو فولت أمبير عادة ما يكون كافياً.

يمكن تركيبه على عمود كهرباء عند طرف القرية، مع خطوط جهد منخفض ممتدة إلى الخارج.

المزايا واضحة:

• تكلفة استثمار أقل
• تنفيذ أسرع
• تركيب أسهل

عندما يزداد الحمل في المستقبل، يمكن ترقية المحول. ومن ثم يمكن نقل الوحدة الأصغر إلى قرية أخرى لمواصلة الخدمة هناك، مما يجنب هدر الاستثمار.

السيناريو 2: الري باستخدام مضخات المياه بالطاقة الشمسية

خلال النهار، عندما يتوفر ضوء الشمس، يقوم النظام بضخ المياه. وبدون ضوء الشمس، يتوقف عن العمل.

ومع ذلك، تقلبات الجهد الكهروضوئي يمكن أن تكون كبيرة:

• قد يكون جهد الصباح حوالي 300 فولت فقط
• يمكن أن يرتفع جهد منتصف النهار إلى 500 فولت أو أكثر

قد تواجه المحولات العادية صعوبة في التعامل مع هذا المستوى من التقلبات.

بالإضافة إلى ذلك، عندما لا تعمل المضخة ليلاً، يصبح تقليل فقدان الحمل اللاحملي (بدون حمل) أمراً مهماً.

بالنسبة للمناطق التي تعتمد على مولدات الديزل، فإن توفير الطاقة يعني خفض تكاليف التشغيل بشكل مباشر.

السيناريو 3: محطات شحن الدراجات النارية الكهربائية

في العديد من المناطق الأفريقية، تُعد الدراجات النارية وسيلة النقل الرئيسية. وفي السنوات الأخيرة، اكتسبت الدراجات النارية الكهربائية شعبية متزايدة تدريجياً.

عادة ما يكون نمط الشحن مركزاً:

• يعود الناس إلى منازلهم في المساء
• يبدأ الشحن حوالي الساعة 7-8 مساءً
• يزداد الحمل بشكل حاد لمدة ساعة أو ساعتين
• ثم يعود إلى طبيعته

إذا تم اختيار محول تقليدي بدقة وفقاً للسعة المقدرة، فقد يتطلب الأمر ترقيته بمجرد زيادة ذروة الطلب.

الترقية تعني استثماراً إضافياً.

A المحول الأحادي الطور يتمتع عموماً بقدرة جيدة على تحمل الأحمال الزائدة. التشغيل عند حمل بنسبة 120% لمدة ساعتين إلى ثلاث ساعات ممكن في ظل ظروف مناسبة، مما يجنب الحاجة إلى توسيع السعة غير الضروري.

السيناريو 4: مرافق المعالجة الصغيرة

مرافق مثل:

• مطاحن الحبوب
• آلات معالجة الأرز
• المناشر الصغيرة

غالباً ما تستخدم محركات أحادية الطور.

هذه المحركات لديها تيار البدء.

محول ذو ممانعة أقل يمكن أن يقلل من انخفاض الجهد أثناء بدء تشغيل المحرك، مما يجعل المحركات أقل عرضة للأعطال أو الاحتراق.

استبدال المحولات بشكل متكرر يكلف في الصيانة أكثر من استثمار المعدات الأصلية.

رابعاً: استخدام المحولات في أفريقيا يختلف عن استخدامها في غوانغدونغ

عادة ما يتم تصميم المنتجات المحلية القياسية بناءً على درجة الحرارة المحيطة حوالي 40°C.

ومع ذلك، تعاني العديد من المناطق الأفريقية من:

• درجات حرارة طويلة الأمد تتجاوز 45°C
• أشعة شمس مباشرة قوية
• وصول درجات حرارة سطح حاوية المعدات إلى 60-70°C

لا يمكن حل هذه المشكلة ببساطة عن طريق تغيير لوحة الاسم.

يسرد الجدول التالي العديد من التعديلات المصممة خصيصاً لظروف التشغيل في أفريقيا. كل تعديل مستمد من الدروس المستفادة من واقع الخبرة العملية في المشاريع.

لأغراض الاعتماد، نحن نقدم أيضاً دعماً كاملاً.

شهادة IEC هي المتطلب الأساسي. يمكننا أيضاً دعم متطلبات الامتثال للتصدير مثل:

• نيجيريا SONCAP
• كينيا PVOC
• شهادات التخليص الجمركي الخاصة بدول أخرى

خامساً: القرى العشرين في منطقة البحيرة بتنزانيا

اسمحوا لي أن أشارككم مشروعاً شاركنا فيه شخصياً.

يقع المشروع في منطقة بحيرة فيكتوريا في تنزانيا، على الجانب الغربي من البحيرة.

كان هناك:

• 20 قرية متناثرة
• أكثر من 1,500 أسرة
• لا يوجد مصدر كهرباء حالي

لم يكن الأمر أن أحداً لم يفكر في المشروع.

كانت شركة المرافق المحلية قد وضعت خطة بالفعل:

بناء خط جهد متوسط ثلاثي الأطوار بطول 30 كم إلى المنطقة وتركيب محولات على طول المسار.

كان هذا هو النهج القياسي.

ولكن بعد حساب التكاليف، تم تعليق المشروع.

كان السبب بسيطاً:

لم تكن الميزانية كافية.

ظل المشروع معلقاً لأكثر من عام.

عند استئناف المشروع، تغير النهج المتبع.

اقترح أحد الاستشاريين:

"لماذا لا نجرب نظاماً أحادي الطور بسلكين؟"

بصراحة، كان الجميع يشعرون بعدم اليقين في البداية. اعتقد البعض أنه قد يكون حلاً وسطاً.

لكن الواقع هو أنه لم تكن هناك ميزانية كافية للاستمرار في الخطة الأصلية.

لذا، مضى المشروع قدماً بنهج جديد.

الحل النهائي:

• نظام أحادي الطور بسلكين
• تم تركيب عشر نقاط توزيع على طول المسار
• مجموعتان من محولات أحادية الطور من سبائك غير متبلورة بقدرة 50kVA عند كل نقطة
• تكوين توصيل V-V
• تم ربط القرى المجاورة عبر خطوط جهد منخفض من كل نقطة توزيع

وبعد ذلك:

وصلت الكهرباء إلى القرى.

بعد ستة أشهر، وخلال فحص المتابعة، قمنا بجمع بيانات التشغيل.

ظل الجهد المقاس مستقراً بين:

215V-228V

بموجب حسابات حل الثلاثي الطور السابق، كان الحفاظ على 200V عند الطرف البعيد من الشبكة أمراً غير مؤكد.

📊 بيانات القياس الفعلية للمشروع

الموقع: غرب تنزانيا، غرب بحيرة فيكتوريا

التغطية: 20 قرية، تقريباً 1,500 أسرة

الحل: نظام أحادي الطور بسلكين + 10 نقاط توزيع. تم تجهيز كل نقطة بوحدتين من محولات أحادية الطور من سبائك غير متبلورة بقدرة 50kVA (توصيل V-V).

توفير الاستثمار: وفقاً لتقييم الاستثمار الأولي للمشروع، وبالمقارنة مع الحل ثلاثي الأطوار الأصلي، فإن تكلفة الاستثمار انخفضت بنسبة 50% تقريباً.

جدول البناء: تم تقصير مدة المشروع بمقدار 4 أشهر مقارنة بالخطة الأصلية.

جهد النهاية: 215-228V (كان من المقدر أن ينخفض الجهد في الحل ثلاثي الأطوار الأصلي إلى ما دون 200V عند الطرف البعيد).

مع التخطيط المعقول لنقاط التوزيع وتقصير مسافات إمداد الجهد المنخفض، يمكن تقليل فقد الخطوط بشكل كبير.

فترة التشغيل: 6 أشهر (بناءً على بيانات التشغيل اللاحقة)

بالطبع، لم يسر المشروع بسلاسة من البداية إلى النهاية.

كانت عملية التنسيق المبكرة صعبة للغاية. لم يسبق لفريق البناء المحلي تركيب المحولات أحادية الطور من قبل. خلال عملية الرفع الأولى، قاموا بتوصيله في الاتجاه الخاطئ بالفعل - حيث تم عكس جانب الجهد العالي وجانب الجهد المنخفض.

بقي مهندسنا في الموقع لمدة أسبوعين وأشرف على العملية برمتها من البداية. بعد ذلك، أصبح التثبيت سلساً تدريجياً.

هذا النوع من الحوادث لا يبدو جيداً في تقرير المشروع، لكنه حدث بالفعل.

بعد تشغيل المشروع، جذب هذا الحل أيضاً انتباه موظفي تخطيط الطاقة في المناطق المحيطة. وهم يدرسون الآن إمكانية اعتماد نهج مماثل.

يعتمد إمكانية تكرار ذلك على الظروف الخاصة لكل موقع. لكن على الأقل أثبت هذا المشروع أن:

هذا النهج ليس طريقاً مسدوداً.

سادساً. الأسئلة الشائعة

هل يمكن توصيل محول أحادي الطور بشبكة ثلاثية الطور؟

نعم.

يمكن لمحولي طاقة أحاديي الطور تشكيل إمداد ثلاثي الأطوار من خلال توصيل V-V.

بدلاً من ذلك، يمكن أيضاً تثبيتهما بشكل منفصل على خط توزيع أحادي الطور.

هل يمكن استخدامه في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة؟

نعم.

يمكن توصيله مباشرة بـ محولات الطاقة (inverters) لتطبيقات الطاقة الشمسية.

كيف يتم التعامل مع خدمة ما بعد البيع؟

لدينا مستودعات قطع الغيار في:

• كينيا
• نيجيريا
• جنوب أفريقيا

والتعاون مع الفرق المحلية فرق الخدمة.

خلال فترة الضمان:

• استجابة عن بُعد في غضون 72 ساعة
• يتم تسليم معدات الاستبدال إلى الموقع في غضون 7 أيام عمل

بعد فترة الضمان، نواصل تقديم الدعم من خلال دعم فني مدى الحياة.

سابعاً: نقاط رئيسية يجب مراعاتها عند الاختيار

تعتمد السعة المطلوبة ومادة المحول على كل مشروع على حدة.

يوفر الجدول التالي سيناريوهات التطبيق الشائعة والحلول الموصى بها كمرجع:

هناك أيضاً العديد من التوصيات العامة:

7.1 لا تختر السعة بشكل ضيق جدًا

بناءً على الحد الأقصى للحمل المحسوب، أضف حوالي هامش سعة يتراوح بين 20% و30%.

تشغيل المحول بكامل طاقته بشكل مستمر سيقلل بشكل كبير من عمره التشغيلي. استبدال المعدات في وقت مبكر أكثر تكلفة بكثير من إضافة هامش كافٍ في البداية.

7.2 تأكد من مستويات الجهد قبل الطلب

أفريقي أنظمة الجهد المتوسط تتفاوت:

• 11 كيلو فولت
• 33kV

The نظام أحادي الطور بجهد منخفض عادة ما يكون 230V.

قبل تقديم الطلب، تأكد دائماً من:

• جهد النظام
• متطلبات الشبكة

مواصفات الجهد الخاطئة يمكن أن تؤخر الجدول الزمني للمشروع بأكمله.

7.3 حدّد طريقة التركيب مسبقًا

قرر مبكراً:

• مثبت على عمود or ground-mounted
• بيئة ساحلية أو داخلية
• ما إذا كانت حماية ضد التآكل مطلوبة

ضع اللمسات الأخيرة على هذه التفاصيل قبل التصنيع لتجنب مشاكل التركيب في موقع المشروع.

7.4 تعتمد المراقبة الذكية على حجم المشروع

لـ:

• المشاريع الكبيرة
• المشاريع النائية

يوصى بتضمين وظائف المراقبة منذ البداية.

بالنسبة للمشاريع الصغيرة، يمكن ترقية النظام لاحقاً إذا لزم الأمر.

هذه هي المعلومات الأساسية تقريباً.

نمتلك خبرة واسعة في تنفيذ المشاريع في أفريقيا، ويمكننا تخصيص الحلول وفقاً لمتطلبات المشروع المحددة:

• الظروف المناخية
• ظروف الشبكة
• خصائص الحمل

تشمل منتجاتنا:المحولات المغمورة بالزيت, محولات المحطات الفرعية, محولات مثبتة على وسادة (pad-mounted), محولات مثبتة على أعمدة, المحولات الجافة، وغيرها من معدات توزيع الطاقة. كما نقدم حلولاً للنظام تغطي العملية بأكملها بدءاً من اختيار المعدات وصولاً إلى التشغيل والصيانة.تمتلك الشركة 22 براءة نموذج منفعة و 3 حقوق نشر برمجيات، وقد اجتازت ISO9001 و ICE عمليات التدقيق.

إذا كنت تقوم حالياً بتطوير مشاريع كهربة الريف في أفريقيا، أو الشبكات الشمسية المصغرة، أو مشاريع توزيع الطاقة، يمكننا توفير:

• حسابات اختيار المحولات
• دعم المواصفات الفنية
• وثائق شهادات التصدير

تشمل الخدمة اختيار المعدات و تقدير العائد على الاستثمار، مع تقديم حل أولي في غضون 24 ساعة.

مجاناً.

في مثل هذه المشاريع، كلما تم النظر في التفاصيل بعناية أكبر في المرحلة المبكرة، قلت المشاكل التي ستحدث لاحقاً.

نتمنى لكم التوفيق.

عن شركة ZISHENG ELECTRICAL

زيشينغ هي شركة متخصصة ذات خبرة تمتد لأكثر من 19 عاماً في التصنيع والإنتاج المحوّلات المغمورة بالزيت, المحطات الفرعية المدمجة, المحوّلات المركبة على القواعد, المحوّلات المثبتة على الأعمدة و المحوّلات الجافة. نحن نمتلك شهادات ISO/CE/IEC 60076 وTUV Rheinland.
تخضع المحولات لاختبارات FAT واختبار المواصفات النوعية بشكل صارم، وتدعم تخصيص الجهد/السعة. نرحب باستشارتكم بشأن كتالوج و المنتج. يمكنك الاتصال بنا عبر البريد الإلكتروني [email protected].