الجزر والمواقع النائية: القيام بالأرقام عندما لا يتمكن الديزل من الصعود إلى أعلى التل

المقالة

16 يونيو 2020

وفي المواقع النائية في مالوكو وبالاوان وصباح، يمكن أن يكلف الديزل الذي يتم تسليمه أضعاف سعر المضخة. بمجرد تضمين النقل والمناولة والخسائر والسرقة وصيانة المولدات، فإن التكلفة لكل كيلووات ساعة من الحمل الذي يتم تقديمه سنويًا تنتج إجابة غير بديهية - وتظهر بالضبط أين يفوز كل من كربون الرصاص والليثيوم.

ما هي تكلفة مجموعة مولدات الديزل حقًا على الجزيرة؟

وتشترك المواقع النائية في جزر مالوكو وبابوا وسولاويزي الخارجية في إندونيسيا، وفي بالاوان ومرتفعات مينداناو في الفلبين، وفي المناطق الداخلية من صباح وساراواك، في خاصية واحدة: الشبكة إما غير موجودة أو تصل لبضع ساعات فقط في اليوم. النسخ الاحتياطي في هذه المواقع لا يعد نسخًا احتياطيًا على الإطلاق، بل هو المصدر الأساسي، ويعمل مولد الديزل من ثماني إلى عشرين ساعة يوميًا. عند هذه النقطة، يكون سعر سلسلة البطارية غير ذي صلة؛ ما يهم هو التكلفة لكل كيلووات ساعة من الحمل الذي يتم تقديمه سنويًا. تتألف تكلفة الديزل المُسلَّم من خمسة مكونات: سعر المضخة، والشحن إلى الرصيف، والنقل الثاني من الرصيف إلى الموقع (قارب، دراجة نارية، حمال بشري)، خسائر التخزين والسرقة، وصيانة المولدات والإصلاح الشامل الذي يتم استهلاكه حسب ساعة التشغيل. في مواقع التلال التي تتطلب العتال، يمكن أن تصل تكلفة المحطة الثانية وحدها إلى ضعف سعر الوقود؛ أضف الخدمة كل 500 ساعة والإصلاح الشامل كل 5000 ساعة، وعادةً ما يكلف مسار الديزل ضعفين إلى أربعة أضعاف توليد الديزل الحضري لكل كيلوواط ساعة. ويتغير هذا الرقم مع أسعار الوقود والقدرة اللوجستية - وهي متغيرات لا يتحكم فيها المشغل.

تحويل سعر البطارية إلى التكلفة لكل كيلووات ساعة في السنة

مقارنات البطاريات لا معنى لها ما لم يتم تحويلها إلى أساس مشترك. يقوم الحساب الصحيح بجمع سعر الشراء، وعدد عمليات الاستبدال طوال فترة الخدمة، والنقل والعمالة لكل استبدال، وتكلفة الطاقة لخسائر الشحن/التفريغ، ثم يتم تقسيمها على السعة المقدرة × عمق التفريغ القابل للاستخدام × سنوات التدوير، مما يعطي التكلفة لكل كيلووات ساعة في السنة. خذ سلسلة 48 فولت/100 أمبير بقدرة 4.8 كيلووات في الساعة: عند عمق تفريغ 50%، يمكن استخدام 2.4 كيلووات في الساعة فقط، وفي دورة يومية يجب أن تحمل 2.4 كيلووات في الساعة 365 يومًا. إذا تم استبدال السلسلة كل ثلاث سنوات، فسيتم احتساب جميع عمليات الشراء الثلاثة، وليس الأولى فقط. تكشف هذه الخطوة الفردية عن خطأين شائعين: التعامل مع السعة المقدرة على أنها قدرة قابلة للاستخدام، والتعامل مع عمر التصميم على أنه دورة حياة. في ظل الدراجات اليومية، قد توفر البطارية التي تم تصنيفها لمدة اثني عشر عامًا من الخدمة العائمة ما بين 300 إلى 500 دورة فقط - وتُستنفد في غضون عام.

لماذا يناسب الرصاص والكربون ركوب الدراجات اليومية؟

في ظل دورة تفريغ شحن واحدة يوميًا مع فترات طويلة في حالة الشحن الجزئي، يفشل AGM العادي بشكل واضح: تكبرت اللوحة السالبة بسرعة في PSoC، وتشكل بلورات كبريتات الرصاص الكثيفة التي لا يمكن لجهد الشحن العادي تقليلها، لذلك يتم فقدان السعة بشكل دائم. يعالج الكربون الرصاص هذه المشكلة مباشرةً عن طريق إضافة الكربون المنشط إلى اللوحة السالبة، مما يؤدي إلى إنشاء آلية تخزين سعوية وكهروكيميائية مشتركة، بحيث يأخذ تيار الشحن بشكل تفضيلي المسار السعوي ولا تتراكم الكبريتات على سطح اللوحة. تستخدم سلسلة LLC (300-1000 أمبير في الساعة، ستة نماذج، 2 فولت) تقنية سعة الكربون الرصاصي مع عمر دورة يبلغ أربعة إلى خمسة أضعاف عمر دورة المنتجات التقليدية في خدمة PSoC، وقبول شحن أفضل بنسبة 30% تقريبًا، وعمر تصميمي يصل إلى عشرين عامًا. بالنسبة لمواقع الجزر، قد يكون الشحن الأسرع بنسبة 30% أكثر أهمية من دورة الحياة: يعمل المولد لبضع ساعات فقط في اليوم، ونافذة الشحن قصيرة، ويحدد قبول الشحن مقدار الطاقة التي يتم استردادها كل يوم - وبالتالي ما إذا كان الموقع سيبقى على قيد الحياة حتى فترة التوليد التالية.

عندما يكون الليثيوم هو الجواب الصحيح

الليثيوم ليس كربون رصاص مطور؛ إنها حدود تطبيق مختلفة. توفر أنظمة LiFePO4 48 فولت (سلسلة SDA10، 50-200 أمبير، أربعة نماذج) تفريغًا مستمرًا لـ 1C ودورة حياة طويلة جدًا بمعدل ثلث إلى نصف حجم ووزن سعة حمض الرصاص المكافئة. هناك ثلاث حالات تفضل الليثيوم: المواقع ذات المساحة المحدودة أو التحميل الأرضي، مثل الخزانات الصغيرة المثبتة على منصة برجية حيث لا يتناسب حمض الرصاص ببساطة؛ التطبيقات التي تحتاج إلى تيار لحظي عالي، حيث 1C تعني أن سلسلة 100 أمبير يمكن أن توفر 100 أمبير بشكل مستمر، وهو ما لا يستطيع حمض الرصاص القيام به بنفس الحجم؛ والمواقع التي يزيد عمر الخدمة فيها عن عشر سنوات وتكلفة النقل مرتفعة للغاية، حيث يتم تعويض التكلفة الأولى المرتفعة عن طريق تجنب استبدالين. على العكس من ذلك، في المواقع التي تظل فيها درجة الحرارة المحيطة أعلى من 45 درجة مئوية دون إدارة حرارية، تتآكل ميزة عمر الليثيوم بشكل حاد ويصبح تحمل حرارة كربون الرصاص أكثر موثوقية. الاختبار ليس ما هي التكنولوجيا الأكثر تقدما، ولكن أي من هذه التقنيات الثلاثة - درجة الحرارة، وتكرار الدورات، وتكلفة النقل - هي الأكثر تكلفة في ذلك الموقع.

ثلاثة طبولوجيا هجينة

لا تعمل مواقع الجزر أبدًا على مصدر واحد تقريبًا، ويحدد اختيار الهيكل الكفاءة الإجمالية. الأول هو الديزل الأساسي مع مخزن مؤقت للبطارية: يعمل المولد ضد الحمل وتغطي البطارية فجوات التغيير والإغلاق طوال الليل. أقل تكلفة تحديثية، ومناسبة للأحمال الصغيرة حيث يكون إمداد الوقود قابلاً للعمل ولكن الشبكة غائبة تمامًا. والثاني هو الطاقة الشمسية بالإضافة إلى البطارية بالإضافة إلى الديزل الاحتياطية: تعمل الطاقة الكهروضوئية على تحميل البطارية وشحنها نهارًا، ويتم تفريغ البطارية ليلاً، ولا يبدأ تشغيل الديزل إلا بعد تساقط السحب لفترة طويلة أو نفاد البطارية. يمكن أن تنخفض ساعات تشغيل الديزل إلى أقل من ساعتين يوميًا مع توفير أكبر قدر من الوقود، ولكنه يحتاج إلى مساحة كافية للصفيف وحماية من الغبار. والثالث هو بطارية تعمل بالطاقة الشمسية متجددة بالكامل بالإضافة إلى تكوين صغير للرياح، وتكون قابلة للتطبيق فقط عندما تكون سرعة الرياح السنوية مستقرة ويكون الحمل صغيرًا - ذات عملية محدودة في حزام الرياح الموسمية في جنوب شرق آسيا. ما يشترك فيه الثلاثة جميعًا هو أن البطارية تنتقل من وضع الاستعداد إلى المحرك الرئيسي للدورة اليومية، لذا فإن دورة الحياة وقبول الشحن والسلوك في درجات الحرارة المرتفعة هي التي تحدد اقتصاديات النظام - وليس كفاءة المولد.

تحديد حجم البطارية في نظام هجين

يجب أن يتم تحديد حجم سعة البطارية في النظام الهجين لأطول فترة دون إعادة الشحن، وليس لساعات احتياطية - ويمكن أن تختلف الإجابتان بعامل اثنين. الحساب له أربع خطوات. أولاً، استهلاك الطاقة اليومي: الحمل بالكيلوواط × 24 ساعة، مع ملاحظة أن الأحمال النهارية والليلية عادة ما تختلف ويجب حسابها بشكل منفصل ثم جمعها. ثانيًا، أطول فترة متتالية ملبدة بالغيوم: يومين إلى ثلاثة أيام في حزام الرياح الموسمية بجنوب شرق آسيا، مع ثلاثة أيام محافظة؛ تُظهر مرتفعات شرق أفريقيا غطاءً سحابيًا أكثر تنوعًا، لذا أضف يومًا. ثالثًا، متطلبات السعة القابلة للاستخدام = الاستهلاك اليومي × الأيام الملبدة بالغيوم ÷ عمق التفريغ المسموح به، مع أخذ DOD عند 70%. رابعًا، قم بتطبيق تصحيح درجة الحرارة والشيخوخة، عادةً ×1.15 إلى ×1.25. بالنسبة لموقع يستهلك 24 كيلووات في الساعة يوميًا، تحتاج ثلاثة أيام من الاستقلالية بنسبة 70% من وزارة الدفاع إلى حوالي 103 كيلووات في الساعة قابلة للاستخدام، أو ما يقرب من 124 كيلووات في الساعة بعد تصحيح بنسبة 20%. عادة ما يكون هذا الرقم أكبر بكثير مما ينتج عن حساب "النسخ الاحتياطي لمدة أربع ساعات"، لأن الاثنين يجيبان على أسئلة مختلفة: الأول هو ما يجب فعله عندما لا تظهر الشمس لمدة ثلاثة أيام، والآخر هو ما يجب القيام به أثناء انقطاع التيار الكهربائي لمدة أربع ساعات. في موقع خارج الشبكة، يكون الأول فقط ذا معنى. إذا قمت بتصغير حجمها، فسينهار النظام في أول موجة ملبدة بالغيوم - عادةً في الوقت الذي تكون فيه الاتصالات أكثر أهمية؛ تضخيمها ويمتد الاسترداد حتى فشل المشروع في لجنة الميزانية. خذ الشكل المحافظ الملبد بالغيوم؛ لا خفض القدرة على يومين لتوفير رأس المال. View Telecom Backup Power Selection