Evaluating life cycle environmental impacts of power transformers with different dielectric liquids
Puska, Anniina (2024)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024111190618
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024111190618
Tiivistelmä
The aim of this thesis is to investigate the differences between the life cycle environmental im-pacts of different dielectric insulating liquids. The dielectric insulating liquids assessed are namely mineral oil, natural ester, synthetic ester, gas-to-liquid, bio-based hydrocarbons and recycled mineral oil. The dielectric insulating liquids were chosen from four suppliers, Nynas, Starke & Sohn, Shell and Cargill.
The thesis was done as a literature review using scientific publications and books. In addition to this, the knowledge of experts was a valuable source of information.
The thesis deals with multiple aspects of the environmental impacts. First the properties and supplier claims of the dielectric insulating liquids chosen for assessment were discussed. The operational lifetime of the transformer and what can be done to lengthen was the next step. Different failure modes and service and maintenance activities were explored. Moisture ingress of transformer and oxidation of transformer dielectric insulating liquid were also discussed as well as reclaiming mineral oil. Then the focus moved to the impacts of growing the crops for bio-based oils. The main take away here was that the crop and area affect the consequences, it can either be an advantage or disadvantage. Next step was to investigate leakages and toxicity, what hap-pens when the dielectric insulating liquid is accidentally released to the environment. Biode-gradable and non-toxic dielectric insulating liquids can have serious effects in nature, so all need to be cleaned fast and effectively. Lastly the different end-of-life scenarios were explored. This includes re-refining waste transformer oil, reusing it as lubrication oil, diesel and through pyroly-sis, and incineration for energy production.
As a result from this thesis, advantages and disadvantages of the different dielectric insulating liquids were presented. No simple best dielectric insulating liquid for all transformers was found, as the projects differ widely. The results can be used in the future when choosing the best possible dielectric insulating liquid for future projects. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää erilaisten muuntajien eristysnesteiden elinkaarivaikutusten välisiä eroja. Arviointiin valittiin mineraaliöljy, luonnonesteri, synteettinen esteri, gas-to-liquid, biopohjaiset hiilivedyt sekä kierrätetty mineraaliöljy. Eristysnesteet valittiin neljältä eri toimittajalta, jotka ovat Nynas, Starke & Sohn, Shell ja Cargill.
Diplomityö tehtiin kirjallisuuskatsauksena käyttäen tieteellisiä julkaisuja ja kirjoja. Tämän lisäksi asiantuntijoiden asiantuntemus oli arvokas tiedonlähde.
Diplomityö käsittelee useita ympäristövaikutusten näkökohtia. Ensin käytiin läpi valittujen eristysnesteiden ominaisuuksia sekä tuottajien lupauksia. Seuraava askel oli muuntajan käyttöikä ja toimet sen pidentämiseksi. Eri vikoja sekä huoltotoimenpiteitä käytiin läpi. Myös kosteuden pääsyä muuntajaan ja eristysnesteiden hapettumista sekä eristysnesteen puhdistamista tutkittiin. Tämän jälkeen painopiste siirtyi biopohjaisten öljyjen valmistamisessa käytettävien kasvien viljelyn vaikutuksiin. Todettiin, että kasvin ja kasvatuspaikan valinta vaikuttaa siihen, ovatko seuraukset positiivisia vai negatiivisia. Seuraavaksi tutkittiin vuotoja, mitä tapahtuu, kun eristysneste on ympäristössä. Myös biohajoavat ja myrkyttömät eristysnesteet ovat haitallisia luonnossa, ja puhdistus tulee suorittaa nopeasti ja huolellisesti. Lopuksi käytiin läpi erilaisia skenaarioita eristysnesteen käyttöiän päättyessä. Tämä kattaa muuntajien jäteöljyn uudelleen jalostuksen muuntajan eristysnesteeksi, uudelleen käytön voiteluöljynä, dieselinä tai pyrolyysin kautta sekä polton energian tuottamiseksi.
Tämän diplomityön tuloksena löydettiin eri eristysnesteiden etuja ja haittoja. Yksinkertaista parasta eristysnestettä kaikille muuntajille ei löytynyt, koska projektien tarpeet vaihtelevat suuresti. Tuloksia voidaan hyödyntää jatkossa valittaessa parasta mahdollista eristenestettä tuleviin projekteihin.
The thesis was done as a literature review using scientific publications and books. In addition to this, the knowledge of experts was a valuable source of information.
The thesis deals with multiple aspects of the environmental impacts. First the properties and supplier claims of the dielectric insulating liquids chosen for assessment were discussed. The operational lifetime of the transformer and what can be done to lengthen was the next step. Different failure modes and service and maintenance activities were explored. Moisture ingress of transformer and oxidation of transformer dielectric insulating liquid were also discussed as well as reclaiming mineral oil. Then the focus moved to the impacts of growing the crops for bio-based oils. The main take away here was that the crop and area affect the consequences, it can either be an advantage or disadvantage. Next step was to investigate leakages and toxicity, what hap-pens when the dielectric insulating liquid is accidentally released to the environment. Biode-gradable and non-toxic dielectric insulating liquids can have serious effects in nature, so all need to be cleaned fast and effectively. Lastly the different end-of-life scenarios were explored. This includes re-refining waste transformer oil, reusing it as lubrication oil, diesel and through pyroly-sis, and incineration for energy production.
As a result from this thesis, advantages and disadvantages of the different dielectric insulating liquids were presented. No simple best dielectric insulating liquid for all transformers was found, as the projects differ widely. The results can be used in the future when choosing the best possible dielectric insulating liquid for future projects.
Diplomityö tehtiin kirjallisuuskatsauksena käyttäen tieteellisiä julkaisuja ja kirjoja. Tämän lisäksi asiantuntijoiden asiantuntemus oli arvokas tiedonlähde.
Diplomityö käsittelee useita ympäristövaikutusten näkökohtia. Ensin käytiin läpi valittujen eristysnesteiden ominaisuuksia sekä tuottajien lupauksia. Seuraava askel oli muuntajan käyttöikä ja toimet sen pidentämiseksi. Eri vikoja sekä huoltotoimenpiteitä käytiin läpi. Myös kosteuden pääsyä muuntajaan ja eristysnesteiden hapettumista sekä eristysnesteen puhdistamista tutkittiin. Tämän jälkeen painopiste siirtyi biopohjaisten öljyjen valmistamisessa käytettävien kasvien viljelyn vaikutuksiin. Todettiin, että kasvin ja kasvatuspaikan valinta vaikuttaa siihen, ovatko seuraukset positiivisia vai negatiivisia. Seuraavaksi tutkittiin vuotoja, mitä tapahtuu, kun eristysneste on ympäristössä. Myös biohajoavat ja myrkyttömät eristysnesteet ovat haitallisia luonnossa, ja puhdistus tulee suorittaa nopeasti ja huolellisesti. Lopuksi käytiin läpi erilaisia skenaarioita eristysnesteen käyttöiän päättyessä. Tämä kattaa muuntajien jäteöljyn uudelleen jalostuksen muuntajan eristysnesteeksi, uudelleen käytön voiteluöljynä, dieselinä tai pyrolyysin kautta sekä polton energian tuottamiseksi.
Tämän diplomityön tuloksena löydettiin eri eristysnesteiden etuja ja haittoja. Yksinkertaista parasta eristysnestettä kaikille muuntajille ei löytynyt, koska projektien tarpeet vaihtelevat suuresti. Tuloksia voidaan hyödyntää jatkossa valittaessa parasta mahdollista eristenestettä tuleviin projekteihin.