Σύγκριση του περιβαλλοντικού κόστους των μονωτικών ελαίων μετασχηματιστών φυτικής και πετρελαϊκής προέλευσης με την μέθοδο της Ανάλυσης Κύκλου Ζωής

Σδράλιας, Στέφανος Κωνσταντίνος

Comparison of the environmental cost of vegetable and petroleum transformer insulating oils using the Life Cycle Analysis method

Διπλωματική εργασία

Author

Σδράλιας, Στέφανος Κωνσταντίνος

Date

2023-07-18

Advisor

Psomopoulos, Constantinos

Sdralias_ele45779.pdf (3.653Mb)

Keywords

Μονωτικά έλαια μετασχηματιστών ; Ορυκτά λάδια ; Φυτικά λάδια ; Ανάλυση κύκλου ζωής (LCA)

Abstract

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι τόσο η ανάλυση του κύκλου ζωής όσο και η εκτίμηση του περιβαλλοντικού κόστους των μονωτικών ελαίων μετασχηματιστών φυτικής και πετρελαϊκής προέλευσης μέσω του λογισμικού Open LCA. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο κάνουμε μια εισαγωγή στους μετασχηματιστές για να εξετάσουμε τον τρόπο λειτουργία τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζουμε τα εξαρτήματα τους για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε ακόμα περισσότερα πράγματα για αυτούς. Καθώς αναλύουμε τα δεδομένα μας, η ανάγκη μόνωσης των μετασχηματιστών γίνεται αμέσως εμφανή. Παρουσιάζοντας είδη μονωτικών υλικών όπως για παράδειγμα στερεά, αέρια και υγρά καθίσταται αντιληπτό πως μπορούμε να επιλέξουμε τον κατάλληλο τρόπο μόνωσής τους. Για τη συγκεκριμένη διπλωματική εργασία μία επιλογή μόνωσης αποτελούν τα μονωτικά λάδια. Κατά καιρούς έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορα μονωτικά λάδια για την μόνωση των μετασχηματιστών (πχ. λάδια συνθετικά, σιλικόνης , συνθετικοί εστέρες, ορυκτά και φυτικά). Ύστερα από αρκετές δοκιμές κάποια λάδια από αυτά αποσύρθηκαν από την αγορά διότι ήταν αρκετά τοξικά για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Έτσι, με γνώμονα όλα τα παραπάνω καταλήγουμε να αναλύουμε και να συγκρίνουμε δύο λάδια τα οποία χρησιμοποιούνται και είναι διαθέσιμα στην αγορά. Τα λάδια αυτά είναι τα φυτικά και τα ορυκτά. Ουσιαστικά, μελετούμε τις κατηγορίες τους και τα ηλεκτρικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο, σε πρώτη φάση μελετούμε την γενικότερη έννοια της ανάλυσης του κύκλου ζωής και αμέσως μετά αναλύουμε τον κύκλο ζωής των μονωτικών ελαίων φυτικής και πετρελαϊκής προέλευσης. Η ανάλυση κύκλου ζωής προϊόντος είναι το πλέον διαδεδομένο εργαλείο για την ολιστική αποτίμηση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος ενός προϊόντος. Η ΑΚΖ μπορεί να γίνει με την χρήση λογισμικών και βάσεων δεδομένων και χρησιμοποιείται κυρίως στη φάση του σχεδιασμού του προϊόντος αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε προϊόν έτοιμο ή και σε λειτουργία καθώς και ιδιαίτερα για την σύγκριση προϊόντων που καλύπτουν τις ίδιες ανάγκες, όπως είναι τα μονωτικά έλαια πετρελαϊκής προέλευσης και τα αντίστοιχα φυτικής προέλευσης. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε μερικά λογισμικά για την ανάλυση κύκλου ζωής ενός προϊόντος και εξετάζουμε την εφαρμογή ενός συγκεκριμένου λογισμικού, του Open LCA. Η σύγκριση που πραγματοποιείται είναι ανάμεσα στα ορυκτά και φυτικά λάδια. Τέλος, στο τέταρτο κεφάλαιο καταλήγουμε σε συμπεράσματα βάσει των δεδομένων που έχουν προκύψει. Από το πρόγραμμα Open LCA oι εκπομπές των φυτικών λαδιών κατά την παραγωγή τους είναι περισσότερες σε σχέση με αυτές των ορυκτών λαδιών, χωρίς ωστόσο να υπάρχουν μεγάλες διαφορές. Τα ορυκτά λάδια είναι κακώς βιοδιασπώμενα, ελαφρώς τοξικά, αρκετά εύφλεκτα και αποτελούν μη ανανεώσιμη πηγή. Απ’ την άλλη, τα φυτικά λάδια είναι διαθέσιμα σε αφθονία (προέρχονται από ανανεώσιμη πηγή), έχουν μεγάλη βιοδιασπασιμότητα και είναι ελάχιστα τοξικά σε σχέση με τα ορυκτά λάδια.

Abstract

The main goal of this thesis is the life cycle assessment and the comparison between non-conducting oils, mineral and natural, as far as their environmental cost is concerned, through the implementation of the software called Open LCA. To begin with, in the first chapter we mention the way transformers function and in addition to this, we present their fixtures in order to understand them further. Through analysis, the necessity of their insulation becomes obvious enough. Depending on the kind of non-conducting materials (solid, gas, liquid), it is noticeable how transformers can be insulated properly. This particular thesis is involved in non-conducting oils. On a case-by-case basis, various of these oils (for instance synthetic oils, silicone, synthetic esters, mineral and natural oils) have been used for the insulation of the transformers. After several tests, some of the above oils were considered as toxic enough for both human’s health and environment. Consequently, they have been obliged to withdraw from the market. Taking all the above into consideration, we end up analyzing and comparing two oils which are available on the market according to their categories, their electrical and physicochemical features. These oils are the natural and the mineral. In the second chapter, we study the general meaning of life cycle assessment and afterwards we analyze the life cycle of plant-based and petroleum non-conducting oils. LCA of product is the most world-wide known tool for the holistic valuation of product’s environmental footprint. It could be held with the use of softwares and databases not only to a non-completed product (during design phase) but also to a completed one (or a product which is in function). Furthermore, LCA could be used to compare products that cover the same needs, such as petroleum non-conducting oils and the respective plant-based. In the third chapter, we present a few softwares for the LCA and we examine the execution of a specific software, the Open LCA. The comparison that we make via Open LCA is between the mineral and the natural oil. In the final chapter, we end up to conclusions through the data we received from Open LCA. To be more specific, the emissions of natural oils during the stage of their production are higher comparing to mineral oils emissions, without substantial differences though. The mineral oils are roughly biodegradable, they also are slightly toxic, intensely flammable and non renewable source. On the other hand, the natural oil are available in abundance (as they constitute a renewable source), are easily biodegradable and barely toxic than mineral oils.