الشبكات الضعيفة والانقطاعات المتكررة: تحديد عمق التفريغ للمحطات الأساسية الأفريقية

المقالة

22 أغسطس 2017

عندما ينخفض ​​توفر الشبكة من 99% إلى 60%، تتوقف البطارية عن العمل في وضع الاستعداد وتبدأ في الدوران يوميًا. البطاريات المحددة في افتراضات UPS تفشل في غضون ثمانية عشر شهرًا في جميع أنحاء نيجيريا وجنوب أفريقيا وغانا وتنزانيا - المشكلة تكمن في افتراض الخدمة، وليس المنتج. تحدد هذه المقالة عمق التفريغ مقابل دورة الحياة وتعطي جدول عامل السعة حسب توفر الشبكة.

بطارية واحدة ومهمتان مختلفتان تمامًا

تواجه المناطق التجارية في لاغوس، والمقاطعات في جميع أنحاء جنوب أفريقيا أثناء فصل الأحمال، وغانا خلال فترة إدارة الأحمال "الدومسورية"، والمناطق الحضرية في تنزانيا وأوغندا، والمدن في غرب كينيا، نفس واقع الشبكة: فالكهرباء لا تنقطع من حين لآخر، بل تنقطع عدة مرات في اليوم لعدة ساعات في المرة الواحدة. تبدو هذه مسألة تردد، ولكنها تحل محل وضع تشغيل البطارية بالكامل. عندما تكون نسبة التوفر 99%، يتم تفريغ البطارية أقل من عشر مرات في السنة وتظل عائمة؛ الحياة محكوم بتآكل الشبكة وعمر التصميم الذي يبلغ اثني عشر عامًا هو في الواقع اثني عشر عامًا. عندما تكون نسبة التوفر 60%، تكمل البطارية دورة أو دورتين كاملتين كل يوم - أكثر من 500 دورة سنويًا - ويخضع العمر الافتراضي لعدد الدورات. يمكن أن يختلف نفس المنتج في عمر الخدمة بأكثر من خمس مرات بين الوظيفتين. ومع ذلك، تنص مواصفات الشراء عادةً على "أربع ساعات احتياطية" فقط دون ذكر الدورات، وهذا الإغفال هو بالضبط سبب نفاد البطاريات بعد ثمانية عشر شهرًا.

العلاقة الكمية بين وزارة الدفاع والحياة

إن تأثير عمق التفريغ على دورة الحياة هو تأثير غير خطي إلى حد كبير، وليس مجرد مسألة استخدام أقل لتدوم لفترة أطول. بالنسبة إلى AGM التقليدي، قد يعطي 30% DOD حوالي 1200 دورة، و50% حوالي 600، و80% فقط حوالي 300، و100% أقل من 200. وبعبارة أخرى، فإن رفع DOD من 50% إلى 80% يزيد الطاقة لكل تفريغ بنسبة 60% ولكن عدد الدورات إلى النصف، وبالتالي فإن إجمالي إنتاجية العمر - الدورات مضروبة في الطاقة لكل دورة - ينخفض ​​فعليًا. ويفسر هذا المنحنى سبب كون مبدأ "استخدامه بشكل أعمق" وهمًا: فهو يشتري البدائل في وقت أقرب. النهج الصحيح هو العثور على DOD الذي يزيد من الإنتاجية مدى الحياة، عادة ما بين 50% و70%، مع مراعاة قيد مهم: وقت إعادة الشحن بعد التفريغ العميق. عندما تكون الشبكة موجودة لبضع ساعات فقط في اليوم، فإن تفريغ 80٪ يحتاج إلى أكثر من عشر ساعات لإعادة الشحن بالكامل، وقد لا يكتمل في اليوم التالي، وتظل البطارية مشحونة بشكل مزمن مع تسارع الكبريت - وهو القاتل الحقيقي.

لماذا تفشل "أربع ساعات من النسخ الاحتياطي" في أفريقيا؟

أربع ساعات من النسخ الاحتياطي هي رقم للقدرة، وليست رقمًا للحياة، وهي تفشل في مهمة الشبكة الضعيفة على طول ثلاثة مسارات. أولاً، يتم تجاهل عدد الدورات تمامًا: أربع ساعات من النسخ الاحتياطي تعني ما يقرب من 50% إلى 60% من DOD، لذلك في دورة واحدة يوميًا و365 دورة سنويًا، يتم استنفاد AGM التقليدي الذي يبلغ عدد دوراته 600 دورة في حوالي عشرين شهرًا - تقريبًا الثمانية عشر شهرًا التي يتم مشاهدتها في الميدان. ثانيًا، فترة الشحن غير كافية: فسلسلة بحجم أربع ساعات من التحميل يتم شحنها عادةً عند درجة حرارة 0.1 درجة مئوية فقط، لذا فإن الانتقال من 50% إلى 100% يستغرق أكثر من عشر ساعات، في حين أن الشبكة موجودة فقط من أربع إلى ست ساعات يوميًا؛ لا تصل البطارية أبدًا إلى الشحن الكامل وتعيش بشكل دائم في PSoC. ثالثًا، تعمل الحرارة على تفاقم المشكلة: فالعديد من المواقع الأفريقية تعمل عند درجة حرارة تتراوح بين 35 درجة مئوية إلى 45 درجة مئوية، وتنخفض دورة الحياة مرة أخرى عند درجات الحرارة هذه. قم بجمع الثلاثة وستحصل على ثمانية عشر شهرًا. ولذلك يجب أن تحدد المواصفات ثلاثة أشياء معًا: عدد الدورات المستهدفة، ونافذة الشحن المتاحة، ودرجة الحرارة المحيطة بالموقع.

عوامل السعة حسب توفر الشبكة

هنا جدول يمكنك استخدامه مباشرة. المبدأ هو أن يتم تحديد حجم القدرة وفقًا لعجز الطاقة اليومي، وليس لساعات العمل الاحتياطية. أكثر من 95% من التوفر، يكون الواجب هو وضع الاستعداد العائم: الحجم لأطول أوقات انقطاع فردية للتحميل، مع الاستمرار في DOD في حدود 50%، وتكون سلسلة المحطات الأمامية القياسية كافية. ما بين 80% و95%، مع انقطاع واحد تقريبًا لمدة ساعتين إلى أربع ساعات يوميًا، يطبقون عامل دورة يبلغ 1.2 بالإضافة إلى ساعات النسخ الاحتياطي ويفضلون سلسلة الدورات العميقة (FTC، 100-170 أمبير، مصنفة 1500 دورة أو أكثر). ما بين 50% و80%، تكون البطارية هي المحرك الرئيسي للدورة اليومية: طبق عاملًا من 1.5 إلى 1.8 وانتقل إلى كربون الرصاص (LLC، 300-1000 أمبير، دورة حياة أربع إلى خمس مرات في PSoC) أو LiFePO4 (SDA10، تفريغ مستمر 1C). أقل من 50%، الموقع خارج الشبكة فعليًا: الحجم لدورة كاملة واحدة يوميًا بالإضافة إلى ثلاثة أيام من الاستقلالية خلال الطقس الملبد بالغيوم، مما يعني الانتقال مباشرة إلى تصميم هجين يعمل بالطاقة الشمسية - فإضافة البطارية وحدها ليست اقتصادية.

شجرة قرار الاختيار

قم بتكثيف التحليل في أربع خطوات يمكن لمهندس الموقع اتباعها. الخطوة الأولى، توفر الشبكة: أكثر من 95%، استخدم سلسلة المحطات الأمامية القياسية 12 فولت (6-FMX، 50-200 أمبير، عمر التصميم اثني عشر عامًا) بأقل تكلفة؛ 80% إلى 95%، خذ الدورة العميقة (FTC) أو الجل (6-XFMJ، عمر التصميم خمسة عشر عامًا، يتحمل الحرارة مع فقدان منخفض للمياه)؛ 50% إلى 80%، خذ الكربون الرصاصي (شركة ذات مسؤولية محدودة، عمر التصميم عشرين عامًا، قبول شحن أفضل بنسبة 30% لذلك يتم استخدام نافذة الشحن المحدودة فعليًا)؛ أقل من 50%، انتقل إلى الطاقة الشمسية الهجينة وحدد حجم البطارية لركوب الدراجات اليومية. الخطوة الثانية، نافذة الشحن: حيث يكون تواجد الشبكة أقل من ست ساعات يوميًا، يهيمن قبول الشحن، ويتفوق الكربون الرصاص أو الليثيوم على AGM التقليدي. الخطوة الثالثة، درجة الحرارة المحيطة: أعلى من 45 درجة مئوية بشكل مستمر، تفضل الكربون الرصاص أو سلسلة ذات درجة حرارة عالية؛ حيث يتم التحكم في درجة الحرارة، يمكن استخدام ميزة حجم الليثيوم. الخطوة الرابعة، العمر المتبقي: الموقع الذي لم يتبق منه سوى أقل من خمس سنوات من عقد الإيجار لا يحتاج إلى تقنية مدتها عشرين عامًا - استخدم الخيار الأرخص المتوافق للفترة المتبقية. بعد أربع خطوات ليس هناك مجال كبير للنقاش.

خمسة بنود إلزامية في المواصفات

في واجب الشبكة الضعيفة، يجب أن تحدد المواصفات الواجب، وليس القدرة فقط. هناك خمسة عناصر إلزامية، وحذف أي منها يعيدك إلى دورة الفشل التي تبلغ ثمانية عشر شهرًا. أولاً، توفر الشبكة كنسبة مئوية، مع ذكر فترة التقرير - شهريًا أو سنويًا، نظرًا لأن الاثنين ينتجان أرقامًا مختلفة جدًا - وهذا العنصر وحده هو الذي يقرر ما إذا كانت البطارية تطفو أم تدور. ثانيًا، يتم ذكر أطول مدة انقطاع فردية ومتوسط ​​انقطاع التيار في اليوم بشكل منفصل: يحدد الأول السعة، ويحدد الثاني عمر الدورة، ومعظم المواصفات تلتقط الأول فقط. ثالثًا، فترة الشحن المتاحة يوميًا، والتي تحدد متطلبات قبول الرسوم؛ أقل من ست ساعات، تكون تقنية الشحن السريع إلزامية وإلا فلن تصل البطارية أبدًا إلى الشحن الكامل. رابعا، نطاق درجة حرارة الموقع، الذي تم ذكره على أنه داخل الخزانة وليس في الخارج، مع ذروة الصيف، لأن التصميمات الداخلية للخزانة عادة ما تعمل بأكثر من 10 درجات مئوية فوق البيئة المحيطة. خامسًا، عمر الخدمة المستهدف وإيجار الموقع المتبقي، وبالتالي فإن الموقع الذي بقي لديه ثلاث سنوات من الإيجار غير مزود ببطارية تدوم عشرين عامًا - وهذا ليس حكمة، إنه إهدار. مع ذكر هذه الخمس، لم يعد بإمكان مقدمي العروض الاختباء خلف جملة واحدة حوالي أربع ساعات من الدعم، والتقييم له أساس قابل للمقارنة. تفشل العديد من المشاريع ليس بسبب اختيار المنتج الخطأ، ولكن لأنه لم يتم تحديد الرسوم مطلقًا، لذلك يقتبس الموردون مقابل الافتراض الأكثر تفضيلاً بينما يدير المشغلون الموقع في ظل الواقع الأقل تفضيلاً. View Telecom Backup Power Selection