Ostrovy a odlehlá místa: Dělejte čísla, když se Diesel nemůže dostat do kopce

Článek

16. června 2020

Na odlehlých místech v Maluku, Palawanu a Sabahu může dodávaná nafta stát několikanásobek ceny čerpadla. Jakmile jsou zahrnuty přeprava, manipulace, ztráty, krádeže a údržba generátoru, náklady na kWh obslouženého zatížení za rok poskytují neintuitivní odpověď – a přesně ukazují, kde vítězí olovo-uhlík a lithium.

Kolik skutečně stojí dieselový agregát na ostrově

Odlehlá místa na vnějších ostrovech Indonésie Maluku, Papua a Sulawesi, na Palawanu a ve filipínské vysočině Mindanao a ve vnitrozemí Sabah a Sarawak sdílejí jednu vlastnost: síť buď neexistuje, nebo přichází jen na několik hodin denně. Zálohování na těchto místech není vůbec zálohování – je to primární zdroj a dieselový generátor běží osm až dvacet hodin denně. V tomto bodě je cena řetězu baterie irelevantní; důležitá je cena za kWh obsloužené zátěže za rok. Náklady na dodanou naftu mají pět složek: cenu čerpadla, dopravu na molo, druhou cestu z mola na místo (loď, motocykl, převoz člověka), ztráty při skladování a krádež a údržbu a generální opravu generátoru amortizované podle provozních hodin. Na kopcích vyžadujících přepravu může být samotná druhá větev jeden až dvakrát vyšší než cena paliva; přidejte údržbu každých 500 hodin a generální opravu každých 5 000 hodin a cesta s dieselovým motorem obvykle stojí dvojnásobek až čtyřnásobek výroby nafty ve městě na kWh. A toto číslo se mění s cenou paliva a logistickou kapacitou – proměnné, které operátor nekontroluje.

Převod ceny baterie na cenu za kWh-rok

Srovnání baterií nemá smysl, pokud není převedeno na společný základ. Správný výpočet sečte pořizovací cenu, počet výměn v průběhu životnosti, dopravy a práce pro každou výměnu a energetické náklady na ztráty nabitím/vybitím a poté se vydělí jmenovitou kapacitou × využitelná hloubka vybití × roky cyklování, což dává náklady na kWh-rok. Vezměte řetězec 48V/100Ah s jmenovitým výkonem 4,8 kWh: při 50% hloubce vybití je využitelných pouze 2,4 kWh a v denním cyklu musí 2,4 kWh unést 365 dní. Pokud se struna vyměňuje každé tři roky, počítají se všechny tři nákupy – nejen první. Tento jediný krok odhaluje dvě běžné chyby: zacházení s jmenovitou kapacitou jako s použitelnou kapacitou a s návrhem životnosti jako s životností cyklu. Při denním cyklování může baterie s dvanáctiletou životností zajistit pouze 300 až 500 cyklů – vybitá za rok.

Proč se olovo-uhlík hodí pro každodenní cyklistiku

Při jednom cyklu nabití-vybití denně s dlouhými periodami při částečném stavu nabití běžné AGM viditelně selhává: záporná deska rychle sulfátuje v PSoC a vytváří husté krystaly síranu olovnatého, které normální nabíjecí napětí nemůže snížit, takže kapacita je trvale ztracena. Olovo-uhlík to řeší přímo přidáním aktivního uhlí na zápornou desku, čímž se vytvoří kombinovaný kapacitní a elektrochemický akumulační mechanismus, takže nabíjecí proud preferuje kapacitní dráhu a na povrchu desky se nehromadí síran. Řada LLC (300–1 000 Ah, šest modelů, 2 V) využívá kapacitní technologii olovo-uhlík se čtyř až pětinásobnou životností konvenčních produktů v režimu PSoC, zhruba o 30 % lepší akceptací nabíjení a dvacetiletou životností. U ostrovních lokalit může být o 30 % rychlejší nabíjení důležitější než životnost cyklu: generátor běží jen několik hodin denně, nabíjecí okno je krátké a přijatelnost nabíjení určuje, kolik energie se každý den obnoví – a tedy, zda lokalita přežije do dalšího období výroby.

Když je Lithium správnou odpovědí

Lithium není vylepšené olovo-uhlík; je to jiná hranice použitelnosti. Systémy 48V LiFePO4 (řada SDA10, 50–200Ah, čtyři modely) nabízejí nepřetržité vybíjení 1C a velmi dlouhou životnost při třetinovém až polovičním objemu a hmotnosti ekvivalentní kapacity olova. Tři situace upřednostňují lithium: místa s omezeným prostorem nebo zatížením podlahy, jako jsou malé skříně namontované na věžové platformě, kam se olovo prostě nevejde; aplikace vyžadující vysoký okamžitý proud, kde 1C znamená, že 100Ah řetězec může dodávat 100A nepřetržitě, což olovo-kyselina nemůže udělat ve stejném objemu; a místa s životností delší než deset let a velmi vysokými náklady na dopravu, kde jsou vysoké první náklady kompenzovány dvěma eliminovanými výměnami. Naopak v místech, kde okolní teplota zůstává nad 45 °C bez tepelného managementu, životnost lithia prudce eroduje a tepelná tolerance olova a uhlíku je spolehlivější. Testem není, která technologie je pokročilejší, ale která z těchto tří – teplotní profil, frekvence cyklů, náklady na dopravu – je na daném místě nejdražší.

Tři hybridní topologie

Ostrovní lokality téměř nikdy neběží na jediném zdroji a celkovou efektivitu určuje výběr topologie. První je diesel-primární s vyrovnávací baterií: generátor běží proti zátěži a baterie pokrývá mezery při přepínání a vypínání přes noc. Nejnižší náklady na modernizaci, vhodné pro malá zatížení, kde je možné zásobování palivem, ale zcela chybí síť. Druhým je pohotovostní režim solární energie plus baterie plus diesel: FV slouží k zátěži a nabíjí baterii ve dne, baterie se vybíjí v noci a nafta se spustí až po delším zataženém nebo vybití baterie. Provozní hodiny vznětového motoru mohou klesnout pod dvě za den s největší úsporou paliva, ale vyžaduje odpovídající plochu pole a ochranu proti prachu. Třetí je plně obnovitelná solární baterie plus malá konfigurace větru, která je životaschopná pouze tam, kde je roční rychlost větru stabilní a zatížení je malé – s omezenou praktičností v monzunovém pásu jihovýchodní Asie. Všechny tři sdílejí to, že baterie přechází z pohotovostního režimu do každodenního cyklického hlavního pohonu, takže životnost cyklu, přijatelnost nabíjení a chování při vysokých teplotách rozhodují o ekonomice systému – nikoli o účinnosti generátoru.

Dimenzování baterie v hybridním systému

Kapacita baterie v hybridním systému musí být dimenzována na nejdelší dobu bez dobíjení, nikoli na hodiny zálohování – a tyto dvě odpovědi se mohou lišit faktorem dva. Výpočet má čtyři kroky. Za prvé, denní spotřeba energie: zatížení v kW × 24 hodin, přičemž je třeba poznamenat, že denní a noční zatížení se obvykle liší a měly by se vypočítat samostatně a poté sečíst. Za druhé, nejdelší po sobě jdoucí zatažené období: dva až tři dny v monzunovém pásu jihovýchodní Asie, přičemž tři jsou konzervativní; Východoafrické vysočiny vykazují proměnlivější oblačnost, tak si přidejte den. Za třetí, požadavek na použitelnou kapacitu = denní spotřeba × zatažené dny ÷ povolená hloubka vybití, přičemž DOD je 70 %. Za čtvrté, použijte korekci teploty a stárnutí, obvykle ×1,15 až ×1,25. Pro místo spotřebovávající 24 kWh denně potřebují tři dny autonomie při 70% DOD asi 103 kWh využitelných, nebo zhruba 124 kWh po 20% korekci. Toto číslo je obvykle mnohem větší než výpočet „čtyřhodinové zálohy“, protože tyto dva odpovídají na různé otázky: jedna je, co dělat, když se slunce tři dny neukáže, a druhá, co dělat během čtyřhodinového výpadku. Na místě mimo síť má smysl pouze to první. Poddimenzujte jej a systém se zhroutí v prvním zataženém kouzlu – obvykle ve chvíli, kdy na komunikaci záleží nejvíce; předimenzovat a návratnost se protáhne, dokud projekt neuspěje u rozpočtového výboru. Vezměte si konzervativní zataženou postavu; nesnižujte kapacitu na dva dny, abyste ušetřili kapitál. View Telecom Backup Power Selection