Inseln und abgelegene Standorte: Zahlen ermitteln, wenn der Diesel den Berg nicht hinaufkommt

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16. Juni 2020

An abgelegenen Standorten in Maluku, Palawan und Sabah kann der gelieferte Diesel ein Vielfaches des Tankstellenpreises kosten. Sobald Transport, Handhabung, Verluste, Diebstahl und Generatorwartung berücksichtigt werden, liefern die Kosten pro kWh versorgter Last pro Jahr eine kontraintuitive Antwort – und zeigen genau, wo Blei-Kohlenstoff und Lithium jeweils gewinnen.

Was ein Dieselaggregat auf einer Insel wirklich kostet

Entlegene Standorte auf den indonesischen Außeninseln Maluku, Papua und Sulawesi, in Palawan und im Mindanao-Hochland der Philippinen sowie im Landesinneren von Sabah und Sarawak haben eines gemeinsam: Das Stromnetz existiert entweder nicht oder ist nur wenige Stunden am Tag verfügbar. Backup an diesen Standorten ist überhaupt kein Backup – es ist die Primärversorgung und der Dieselgenerator läuft acht bis zwanzig Stunden am Tag. An diesem Punkt ist der Preis eines Batteriestrangs irrelevant; Was zählt, sind die Kosten pro kWh versorgter Last pro Jahr. Die Kosten für gelieferten Diesel bestehen aus fünf Komponenten: dem Preis an der Zapfsäule, der Fracht zum Anleger, dem Zweittransport vom Anleger zum Standort (Boot, Motorrad, Personentransport), Lagerverluste und Diebstahl sowie Wartung und Überholung des Generators, amortisiert durch Betriebsstunden. An Bergstandorten, die einen Gepäcktransport erfordern, kann allein die zweite Strecke das Ein- bis Zweifache des Treibstoffpreises kosten; Fügen Sie alle 500 Stunden eine Wartung und alle 5.000 Stunden eine Überholung hinzu, und der Dieselpfad kostet in der Regel das Zwei- bis Vierfache der städtischen Dieselerzeugung pro kWh. Und diese Zahl ändert sich mit dem Kraftstoffpreis und der Logistikkapazität – Variablen, auf die der Betreiber keinen Einfluss hat.

Umrechnung des Batteriepreises in Kosten pro kWh-Jahr

Batterievergleiche sind ohne Umrechnung auf eine gemeinsame Basis bedeutungslos. Bei der korrekten Berechnung werden der Kaufpreis, die Anzahl der Austauschvorgänge während der Lebensdauer, Transport- und Arbeitskosten für jeden Austausch sowie die Energiekosten für Lade-/Entladeverluste summiert und dann durch Nennkapazität × nutzbare Entladetiefe × Zyklusjahre dividiert, was die Kosten pro kWh-Jahr ergibt. Nehmen wir einen 48V/100Ah-Strang mit einer Nennleistung von 4,8 kWh: Bei einer Entladetiefe von 50 % sind nur 2,4 kWh nutzbar, und bei einem Tageszyklus müssen diese 2,4 kWh 365 Tage lang reichen. Wenn die Saite alle drei Jahre ausgetauscht wird, zählen alle drei Anschaffungen – nicht nur der erste. Dieser einzelne Schritt deckt zwei häufige Fehler auf: die Nennkapazität als nutzbare Kapazität und die Designlebensdauer als Zykluslebensdauer zu behandeln. Bei täglichem Zyklenbetrieb hält eine Batterie mit einer Lebensdauer von zwölf Jahren möglicherweise nur 300 bis 500 Zyklen durch – sie ist innerhalb eines Jahres erschöpft.

Warum Blei-Kohlenstoff zum täglichen Radfahren passt

Bei einem Lade-Entlade-Zyklus pro Tag mit langen Perioden im Teilladezustand versagt die normale AGM deutlich: Die negative Platte sulfatiert im PSoC schnell und bildet dichte Bleisulfatkristalle, die bei normaler Ladespannung nicht reduziert werden können, sodass die Kapazität dauerhaft verloren geht. Blei-Kohlenstoff behebt dieses Problem direkt, indem es der negativen Platte Aktivkohle hinzufügt, wodurch ein kombinierter kapazitiver und elektrochemischer Speichermechanismus entsteht, sodass der Ladestrom bevorzugt den kapazitiven Weg nimmt und sich kein Sulfat auf der Plattenoberfläche ansammelt. Die LLC-Serie (300–1.000 Ah, sechs Modelle, 2 V) nutzt die Blei-Kohlenstoff-Kapazitätstechnologie mit der vier- bis fünffachen Zyklenlebensdauer herkömmlicher Produkte im PSoC-Betrieb, einer etwa 30 % besseren Ladungsaufnahme und einer Lebensdauer von zwanzig Jahren. Bei Inselstandorten kann die um 30 % schnellere Aufladung wichtiger sein als die Lebensdauer: Der Generator läuft nur wenige Stunden am Tag, das Ladefenster ist kurz und die Ladeakzeptanz bestimmt, wie viel Energie jeden Tag zurückgewonnen wird – und damit, ob der Standort bis zur nächsten Erzeugungsperiode überlebt.

Wenn Lithium die richtige Antwort ist

Lithium ist kein veredeltes Blei-Kohlenstoff; es handelt sich um eine andere Anwendbarkeitsgrenze. Die 48-V-LiFePO4-Systeme (SDA10-Serie, 50–200 Ah, vier Modelle) bieten eine kontinuierliche 1C-Entladung und eine sehr lange Zyklenlebensdauer bei einem Drittel bis der Hälfte des Volumens und Gewichts einer äquivalenten Blei-Säure-Kapazität. Drei Situationen begünstigen Lithium: Standorte mit begrenztem Platzangebot oder begrenzter Bodenbelastung, wie z. B. kleine Schränke auf einer Turmplattform, in die Bleisäure einfach nicht passt; Anwendungen, die einen hohen Momentanstrom erfordern, wobei 1C bedeutet, dass ein 100-Ah-Strang kontinuierlich 100 A liefern kann, was Blei-Säure-Batterien im gleichen Volumen nicht leisten können; und Standorte mit einer Lebensdauer von mehr als zehn Jahren und sehr hohen Transportkosten, bei denen die hohen Erstkosten durch zwei vermiedene Ersatzkosten ausgeglichen werden. Umgekehrt nimmt an Standorten, an denen die Umgebungstemperatur ohne Wärmemanagement über 45 °C bleibt, der Lebensdauervorteil von Lithium stark ab und die Hitzetoleranz von Blei-Kohlenstoff ist zuverlässiger. Der Test besteht nicht darin, welche Technologie fortschrittlicher ist, sondern welche der drei – Temperaturprofil, Zyklushäufigkeit, Transportkosten – an diesem Standort am teuersten ist.

Drei Hybridtopologien

Inselstandorte werden fast nie mit einer einzigen Quelle betrieben, und die Wahl der Topologie bestimmt die Gesamteffizienz. Der erste ist Diesel-Primärmotor mit Batteriepufferung: Der Generator läuft gegen Last und die Batterie deckt Umschaltlücken und nächtliche Abschaltungen ab. Niedrigste Nachrüstkosten, geeignet für kleine Lasten, bei denen die Brennstoffversorgung funktioniert, aber das Netz vollständig fehlt. Die zweite Variante ist Solar plus Batterie plus Diesel-Standby: PV versorgt die Last und lädt die Batterie tagsüber auf, die Batterie entlädt sich nachts und Diesel startet erst nach längerer Bewölkung oder Batterieerschöpfung. Die Betriebsstunden eines Dieselmotors können mit der größten Kraftstoffeinsparung auf weniger als zwei Stunden pro Tag reduziert werden, es sind jedoch eine ausreichende Array-Fläche und ein Staubschutz erforderlich. Die dritte Variante ist eine vollständig erneuerbare Solaranlage plus Batterie plus Kleinwindkonfiguration, die nur dann realisierbar ist, wenn die jährliche Windgeschwindigkeit stabil und die Last gering ist – im südostasiatischen Monsungürtel jedoch nur begrenzt praktikabel. Allen dreien ist gemeinsam, dass die Batterie vom Standby-Modus in den täglich wechselnden Hauptantrieb übergeht, sodass Zykluslebensdauer, Ladungsaufnahme und Hochtemperaturverhalten über die Systemökonomie entscheiden – und nicht über die Generatoreffizienz.

Dimensionierung der Batterie in einem Hybridsystem

Die Batteriekapazität in einem Hybridsystem muss auf den längsten Zeitraum ohne Aufladung ausgelegt sein, nicht auf Backup-Stunden – und die beiden Antworten können sich um den Faktor zwei unterscheiden. Die Berechnung besteht aus vier Schritten. Erstens, täglicher Energieverbrauch: Last in kW × 24 Stunden, wobei zu beachten ist, dass Tages- und Nachtlasten normalerweise unterschiedlich sind und separat berechnet und dann summiert werden sollten. Zweitens die längste bewölkte Periode in Folge: zwei bis drei Tage im südostasiatischen Monsungürtel, wobei drei Tage konservativ sind; Das ostafrikanische Hochland weist eine variablere Wolkendecke auf, also fügen Sie einen Tag hinzu. Drittens: Erforderliche nutzbare Kapazität = täglicher Verbrauch × bewölkte Tage ÷ zulässige Entladungstiefe, wobei der DOD bei 70 % liegt. Viertens wenden Sie eine Temperatur- und Alterungskorrektur an, typischerweise ×1,15 bis ×1,25. Für einen Standort, der 24 kWh pro Tag verbraucht, sind für drei Tage Autonomie bei 70 % DOD etwa 103 kWh nutzbar, oder etwa 124 kWh nach einer 20 %-Korrektur. Diese Zahl ist in der Regel weitaus höher als bei einer „Vier-Stunden-Backup“-Berechnung, da die beiden unterschiedliche Fragen beantworten: Die eine ist, was zu tun ist, wenn die Sonne drei Tage lang nicht scheint, die andere, was während eines vierstündigen Ausfalls zu tun ist. An einem netzunabhängigen Standort ist nur das erste sinnvoll. Unterdimensioniert man es, bricht das System in der ersten bewölkten Phase zusammen – normalerweise in dem Moment, in dem die Kommunikation am wichtigsten ist; Wenn man es überdimensioniert, zieht sich die Amortisation hin, bis das Projekt beim Haushaltsausschuss scheitert. Nehmen Sie die konservative bewölkte Figur; Reduzieren Sie die Kapazität nicht auf zwei Tage, um Kapital zu sparen. View Telecom Backup Power Selection