1 परिचय
कम कार्बन वाली अर्थव्यवस्था विकसित करने पर वैश्विक फोकस और चीन के प्रस्तावित "दोहरे कार्बन" लक्ष्य की पृष्ठभूमि में, स्वच्छ और टिकाऊ नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत के रूप में पवन ऊर्जा, दुनिया भर में सरकारों और ऊर्जा दिग्गजों के लिए एक केंद्र बिंदु बन गई है। तटवर्ती पवन फार्मों के निरंतर निर्माण, तेजी से परिपक्व प्रौद्योगिकी और घटती लागत के साथ, तटवर्ती पवन ऊर्जा तेजी से विकसित हुई है, अकेले 2019 में वैश्विक नव स्थापित तटवर्ती पवन ऊर्जा क्षमता 61.8 गीगावॉट तक पहुंच गई है। हालाँकि, तटवर्ती दोहन योग्य भूमि और पवन ऊर्जा संसाधनों द्वारा सीमित, अपतटीय पवन ऊर्जा धीरे-धीरे एक विकास प्रवृत्ति बन गई है। विशेष रूप से, चीन के दक्षिणपूर्वी तटीय क्षेत्र आर्थिक रूप से विकसित हैं, उनके पास एक अच्छी तरह से स्थापित पावर ग्रिड है, और प्रचुर मात्रा में अपतटीय पवन ऊर्जा संसाधन हैं, जो उन्हें बड़े पैमाने पर विकास और अपतटीय पवन ऊर्जा के ग्रिड कनेक्शन के लिए अत्यधिक उपयुक्त बनाते हैं।
2. अपतटीय पवन ऊर्जा उद्योग की वर्तमान स्थिति
2020 में, वैश्विक नव स्थापित अपतटीय पवन ऊर्जा क्षमता 6 GW से अधिक हो गई, जो लगभग 2019 के समान है। दस साल पहले, 2010 में, वैश्विक नव स्थापित अपतटीय पवन ऊर्जा क्षमता 1 GW से कम थी। इस बीच, वैश्विक नव स्थापित पवन ऊर्जा क्षमता में अपतटीय पवन ऊर्जा का अनुपात भी 2010 में 2.5% से बढ़कर वर्तमान 7% हो गया है।
2.1 विदेशी अपतटीय पवन ऊर्जा उद्योग की वर्तमान स्थिति और रुझान
नव स्थापित क्षमता के आधार पर देशों की रैंकिंग के संदर्भ में, 2020 में वैश्विक स्तर पर शीर्ष पांच अपतटीय पवन ऊर्जा बाजार चीन, नीदरलैंड, बेल्जियम, यूके और जर्मनी थे। उद्योग विशेषज्ञों का अनुमान है कि वैश्विक अपतटीय पवन ऊर्जा बाजार 2020 और 2025 के बीच 30% से अधिक की औसत वार्षिक वृद्धि दर का अनुभव करेगा। यह आकलन निम्नलिखित कारणों पर आधारित है:
01
अपतटीय पवन ऊर्जा लागत में तेजी से गिरावट अपतटीय पवन टर्बाइनों के बढ़ते आकार (चित्र 2-1 देखें) के कारण है, जो अग्रिम निवेश और बाद के संचालन और रखरखाव लागत पर काफी बचत कर सकता है।
चित्र 2-1 अपतटीय पवन टर्बाइनों के वैश्विक विकास रुझान
डेटा स्रोत: GWEC मार्केट डेटा प्लेटफ़ॉर्म, अगस्त 2020
02
दुनिया भर की सरकारों द्वारा अपतटीय पवन ऊर्जा विकास के लिए अपने लक्ष्य बढ़ाने के साथ, चीन, वियतनाम, जापान और दक्षिण कोरिया के एशियाई बाजारों में तेजी से वृद्धि देखने की उम्मीद है। यूरोपीय बाजार में, पश्चिमी यूरोपीय देशों द्वारा अपतटीय पवन ऊर्जा का जोरदार विकास जारी रखने के अलावा, पूर्वी यूरोपीय देश भी अपतटीय पवन ऊर्जा सुविधाओं का निर्माण शुरू करेंगे। इसके अलावा, संयुक्त राज्य अमेरिका में पहला बड़े पैमाने का अपतटीय पवन फार्म 2023 में ग्रिड से जोड़ा जाएगा।
03
फ्लोटिंग पवन ऊर्जा के औद्योगीकरण (चित्र 2-2 देखें) में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला होगी क्योंकि फ्लोटिंग फाउंडेशन संरचना 50 से 200 मीटर की गहराई वाले गहरे समुद्री क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है। विश्व ऊर्जा रिपोर्ट के अनुसार, फ्लोटिंग पवन ऊर्जा की वैश्विक स्थापित क्षमता 2030 तक 8 से 10 गीगावॉट तक पहुंच जाएगी।
चित्र 2-2 तैरते हुए अपतटीय पवन फार्म का योजनाबद्ध आरेख
2.2 चीन के अपतटीय पवन ऊर्जा उद्योग की वर्तमान स्थिति
चीन का अपतटीय पवन ऊर्जा उद्योग अपेक्षाकृत देर से शुरू हुआ, लेकिन हाल के वर्षों में इसका विकास बेहद तेजी से हुआ है। 2018 के बाद से, चीन की नव स्थापित अपतटीय पवन ऊर्जा क्षमता लगातार अन्य देशों से आगे रही है। विशेष रूप से, 2020 में, चीन की नई कनेक्टेड ग्रिड क्षमता पहली बार 3GW से अधिक हो गई। संचयी स्थापित क्षमता के आधार पर, चीन 2020 के अंत तक जर्मनी को पीछे छोड़कर दुनिया का दूसरा सबसे बड़ा अपतटीय पवन ऊर्जा बाजार बन गया। विभिन्न देशों में अपतटीय पवन ऊर्जा की वृद्धि दर के आधार पर अनुमान के अनुसार, चीन ने 2021 में ब्रिटेन को दुनिया के सबसे बड़े अपतटीय पवन ऊर्जा बाजार के रूप में प्रतिस्थापित कर दिया।
2.2.1 स्थापित क्षमता और ग्रिड कनेक्शन का पैमाना लगातार बढ़ रहा है।
शंघाई डोंगहाई ब्रिज ऑफशोर पवन ऊर्जा परियोजना, चीन की पहली बड़े पैमाने की अपतटीय पवन ऊर्जा परियोजना, जो 2006 में शुरू हुई और 2008 में निर्माण शुरू हुआ, 102MW की कुल स्थापित क्षमता के साथ 34 घरेलू उत्पादित 3MW अपतटीय पवन टरबाइन इकाइयों को सफलतापूर्वक स्थापित किया, इस प्रकार चीन में अपतटीय पवन ऊर्जा के विकास की शुरुआत हुई।
2016 में, राष्ट्रीय ऊर्जा प्रशासन ने पवन ऊर्जा विकास के लिए 13वीं पंचवर्षीय योजना जारी की और अपतटीय पवन ऊर्जा के विकास को प्रोत्साहित करने के लिए प्रमुख अनुकूल नीतियों की एक श्रृंखला पेश की, जिसका अर्थ यह भी है कि चीन में अपतटीय पवन ऊर्जा का विकास "परियोजना प्रदर्शन" से "तीव्र विकास" के तेज़ ट्रैक पर चला गया है।
2020 में, अपतटीय पवन ऊर्जा परियोजनाओं ने त्वरित स्थापना के महत्वपूर्ण दौर में प्रवेश किया। आँकड़ों के अनुसार, वर्ष की पहली छमाही में एक ही समय में 12,972,800 किलोवाट की स्थापित क्षमता वाली 30 परियोजनाएँ निर्माणाधीन थीं, जिनमें 11 नई शुरू की गई परियोजनाएँ और 3 परियोजनाएँ जो पूरी तरह से ग्रिड से जुड़ी हुई थीं।
2.2.2 पवन टर्बाइनों की एकल इकाई क्षमता साल दर साल बढ़ रही है।
2019 के अंत के आंकड़ों के अनुसार, एकल इकाई क्षमता के संदर्भ में, 4MW इकाइयों की संचयी स्थापित क्षमता सबसे बड़ी है, जबकि 5MW अपतटीय पवन ऊर्जा परियोजनाओं के लिए मुख्यधारा मॉडल बन गया है (चित्र 2-3 देखें)।
12 जुलाई, 2020 को, चीन की पहली 10MW पवन टरबाइन को सफलतापूर्वक ग्रिड से जोड़ा गया और फ़ुज़ियान प्रांत में ज़िंगहुआ खाड़ी के अपतटीय पवन फ़ार्म में बिजली उत्पन्न की गई, जिसने चीन में एकल अपतटीय पवन टरबाइन की क्षमता के लिए एक नया रिकॉर्ड स्थापित किया। पवन टरबाइन निर्माताओं की विकास योजनाओं के परिप्रेक्ष्य से, 8MW एक नया प्रारंभिक बिंदु बन गया है, और 10MW और उससे अधिक के बड़े पैमाने के अपतटीय पवन टरबाइनों को प्रमुख विकास मॉडल के रूप में सूचीबद्ध किया गया है।
चित्र 2-3 2019 के अंत में चीन में अपतटीय पवन टरबाइन क्षमता का प्रतिशत
2.2.3 अपतटीय पवन ऊर्जा निर्माण धीरे-धीरे निकट के उथले पानी से गहरे {{1}समुद्र और गहरे {{2}जल क्षेत्रों की ओर स्थानांतरित हो रहा है।
2019 के अंत तक, चीन में कुल स्वीकृत अपतटीय पवन ऊर्जा क्षमता 35 मिलियन किलोवाट तक पहुंच गई। उनमें से, जियांग्सू और गुआंग्डोंग ने 10 मिलियन किलोवाट से अधिक की क्षमता को मंजूरी दी थी, जबकि फ़ुज़ियान और झेजियांग ने 3 मिलियन किलोवाट से अधिक की क्षमता को मंजूरी दी थी। भविष्य के विकास के लिए तट के पास उपलब्ध संसाधन सीमित हैं, जबकि चीन के पास दोहन योग्य गहरे समुद्र जल का एक विशाल क्षेत्र है, जिसके भविष्य में अपतटीय पवन ऊर्जा विकास का केंद्र बनने की उम्मीद है।
3. अपतटीय पवन फार्मों में औद्योगिक ईथरनेट स्विच के लिए हार्डवेयर आवश्यकताएँ
अपतटीय पवन टरबाइन और अपतटीय सबस्टेशन बेहद कठोर वातावरण में जमीन से दसियों किलोमीटर दूर बनाए जाते हैं। यह उपकरण, विशेष रूप से मुख्य संचार उपकरण पर बहुत अधिक मांग रखता है, मुख्य रूप से विश्वसनीयता, नमक स्प्रे के प्रतिरोध, उच्च और निम्न तापमान और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से संबंधित है। इसके अलावा, अपतटीय उपकरण रखरखाव मौसम, समुद्री नियमों और पोत तैनाती से बाधित होता है, जिससे अत्यधिक अप्रत्याशित समय के साथ आपातकालीन और नियमित रखरखाव दोनों असाधारण रूप से कठिन हो जाते हैं। यह ईथरनेट स्विच के स्थिर और विश्वसनीय संचालन पर अत्यधिक मांग रखता है।
3.1 विश्वसनीयता आवश्यकताएँ
उपकरण विश्वसनीयता के कई प्रमुख संकेतक:
1) विफलता का औसत समय (MTTF)
2) विफलताओं के बीच का औसत समय (MTBF)
3) मरम्मत का औसत समय (MTTR)
3.1.1 एमटीबीएफ संकेतक
औद्योगिक ईथरनेट स्विच के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन संकेतकों में से एक विफलताओं के बीच का औसत समय (एमटीबीएफ) है। सबसे व्यापक रूप से स्वीकृत और आधिकारिक मानक MIL-HDBK-217, GJB/Z299B और बेलकोर हैं। औद्योगिक स्विच के अधिकांश विदेशी ब्रांड संदर्भ मानक के रूप में अमेरिकी एमआईएल{{7}एचडीबीके 217एफ का उपयोग करते हैं और आर एंड डी और उत्पादन परीक्षण के दौरान एचएएलटी (उच्च -त्वरित जीवन परीक्षण) और एचएएसएस (उच्च-त्वरित तनाव स्क्रीनिंग) परीक्षणों को नियोजित करते हैं ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि उत्पाद का एमटीबीएफ डिजाइन आवश्यकताओं को पूरा करता है या नहीं। अधिकांश औद्योगिक ईथरनेट स्विचों का MTBF 20 वर्ष से अधिक है, और कुछ का तो 50 वर्ष से भी अधिक है।
HALT (अत्यधिक त्वरित जीवन परीक्षण) का उपयोग मुख्य रूप से उत्पाद अनुसंधान और विकास डिजाइन चरण में किया जाता है। यह उत्पादों में संभावित दोषों को उजागर करने में प्रभावी है और उत्पाद की विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए डिज़ाइन इंजीनियरों के लिए एक महत्वपूर्ण परीक्षण विधि है।
HASS (अत्यधिक त्वरित तनाव स्क्रीनिंग) एक उच्च {{0}त्वरित तनाव स्क्रीनिंग प्रक्रिया है जो उत्पादन लाइन पर तब की जाती है जब उत्पाद अपनी परिचालन या विनाशकारी सीमा निर्धारित करने के लिए HALT परीक्षण पास कर लेते हैं। स्क्रीनिंग में भाग लेने के लिए उत्पादों के 1%% की आवश्यकता होती है। इसका उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि निर्मित उत्पाद किसी भी छिपे हुए दोष से मुक्त हैं, या कम से कम उत्पादों के कारखाने छोड़ने से पहले इन दोषों की पहचान करना और उनका समाधान करना है। HASS कम समय में दोषपूर्ण उत्पादों को खोजने, सुधारात्मक कार्रवाई चक्र को छोटा करने और समान समस्याओं वाले उत्पादों की पहचान करने के लिए त्वरित तनाव का उपयोग करता है।
3.1.2 एमटीटीआर संकेतक
अपतटीय पवन फार्म साइटों के लिए विशिष्ट आवश्यकताएं हैं: निर्माता द्वारा प्रदान किया जाने वाला मरम्मत का औसत समय (एमटीटीआर), जो आम तौर पर 0.5 से 1 घंटा होता है जब प्रबंधन समर्थन समय और डिलीवरी समय को ध्यान में नहीं रखा जाता है; और दोषपूर्ण प्लग का निदान (या निरीक्षण) और अद्यतन करने का समय 30 मिनट से कम होना चाहिए।
यदि किसी औद्योगिक स्विच में हार्डवेयर विफलता का अनुभव होता है, और यदि प्रबंधन समर्थन समय और डिलीवरी समय पर विचार नहीं किया जाता है, और केवल एक साधारण प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, तो ज्यादातर मामलों में, औद्योगिक स्विच उत्पाद को ग्राहक की एमटीटीआर आवश्यकताओं को पूरा करते हुए 1 घंटे के भीतर बदला जा सकता है।
3.2 संक्षारण प्रतिरोध आवश्यकताएँ
समुद्री परिचालन वातावरण की एक प्रमुख विशेषता उच्च नमक स्प्रे स्तर है। औद्योगिक ईथरनेट स्विच उत्पादों को G3 सुरक्षा स्तर प्राप्त करने के लिए सर्किट बोर्ड सुरक्षात्मक कोटिंग डिज़ाइन प्रदान करना होगा और कठोर समुद्री वातावरण में लंबे समय तक स्थिर और विश्वसनीय रूप से संचालित करने के लिए ISA -S71.04-1985 (वर्गीकरण G3- हैश समूह A) और EN60068-2-60 विधि 4 मानकों की आवश्यकताओं का पूरी तरह से पालन करना होगा।
प्रारंभिक अपतटीय पवन फार्मों में बड़ी संख्या में स्विच विफलताओं का अनुभव हुआ। स्विच केसिंग खोलने पर, सर्किट बोर्ड पर जलने के दृश्यमान निशान पाए गए। इसका एक कारण यह था कि इन स्विचों में सुरक्षात्मक कोटिंग का अभाव था।
3.3 उच्च और निम्न तापमान आवश्यकताएँ
चूँकि अलग-अलग अपतटीय पवन फार्म अलग-अलग अक्षांशों पर स्थित हैं, इसलिए उनकी जलवायु परिस्थितियाँ बहुत भिन्न होती हैं। उदाहरण के लिए, सर्दियों में, डालियान में झुआंघे अपतटीय पवन फार्म में सबसे कम तापमान -15 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है, जबकि गर्मियों में, झानजियांग में ज़ुवेन अपतटीय पवन फार्म में उच्चतम तापमान 38 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है। पवन टरबाइन टावरों के अंदर का तापमान बाहरी तापमान से भी अधिक हो सकता है। इसलिए, औद्योगिक स्विचों के सामान्य ऑपरेटिंग तापमान पर बहुत अधिक आवश्यकताएं लगाई जाती हैं।
हालाँकि बाज़ार में अधिकांश औद्योगिक स्विच निर्माता अपने स्विच के ऑपरेटिंग तापमान को -40 डिग्री से +70 डिग्री, या यहाँ तक कि -40 डिग्री से +85 डिग्री के रूप में सूचीबद्ध करते हैं, ये आंकड़े अल्पावधि प्रयोगशाला परीक्षणों से प्राप्त होते हैं। उदाहरण के लिए, एक प्रतिष्ठित घरेलू परीक्षण संस्थान की परीक्षण आवश्यकताओं में निर्दिष्ट किया गया है कि उच्च तापमान वाले वातावरण में, स्विच को चालू करते समय, पर्यावरण परीक्षण कक्ष के केंद्र में रखा जाना चाहिए, और तापमान को 70 डिग्री तक बढ़ाया जाना चाहिए और 2 घंटे तक बनाए रखा जाना चाहिए। डिवाइस को सामान्य रूप से +70 डिग्री पर काम करना चाहिए, और स्टोर-एंड-फॉरवर्ड दर 100% तक पहुंचनी चाहिए। यदि यह आवश्यकता पूरी हो जाती है, तो स्विच को योग्य (योग्य/स्वीकार्य) माना जाता है।
समान कम तापमान वाले वातावरण के लिए तकनीकी आवश्यकताएं इस प्रकार हैं: स्विच को चालू करते समय, इसे पर्यावरण परीक्षण कक्ष के केंद्र में रखा जाता है, और तापमान को -40 डिग्री तक कम किया जाता है और फिर 2 घंटे के लिए उस तापमान पर बनाए रखा जाता है। डिवाइस को 100% की स्टोर-एंड-फॉरवर्ड दर के साथ सामान्य रूप से -40 डिग्री पर काम करना चाहिए; यह -40 डिग्री पर भी सामान्य रूप से शुरू होने में सक्षम होना चाहिए। यदि ये आवश्यकताएं पूरी होती हैं, तो इसे योग्य (योग्य/स्वीकार्य) माना जाता है। इसलिए, परीक्षण केवल यह सत्यापित करता है कि क्या यह इस चरम तापमान के तहत 2 घंटे तक स्थिर रूप से काम कर सकता है।
जबकि अपतटीय पवन फार्मों में औद्योगिक स्विचों को ऐसे अत्यधिक तापमान का सामना करने की आवश्यकता नहीं होती है, उन्हें कठोर तापमान वाले वातावरण में लंबे समय तक लगातार काम करना चाहिए, और यहां तक कि अन्य बाहरी वातावरण से अतिरिक्त प्रतिकूल प्रभाव भी पड़ सकता है। केवल औद्योगिक स्विच जो समय की कसौटी पर खरे उतरे हैं, उनके बारे में कहा जा सकता है कि वे अपतटीय पवन फार्मों की उच्च और निम्न तापमान आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।
(करने के लिए जारी)