Redes débiles y cortes frecuentes: establecimiento de la profundidad de descarga para las estaciones base africanas

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22 de agosto de 2017

Cuando la disponibilidad de la red cae del 99 % al 60 %, una batería deja de estar en modo de espera flotante y comienza a realizar ciclos diarios. Las baterías especificadas en los supuestos de UPS fallan en un plazo de dieciocho meses en Nigeria, Sudáfrica, Ghana y Tanzania; el problema es el cumplimiento de las funciones, no el producto. Este artículo cuantifica la profundidad de la descarga en función del ciclo de vida y proporciona una tabla de factores de capacidad según la disponibilidad de la red.

Una batería, dos tareas completamente diferentes

Los distritos comerciales de Lagos, las provincias de Sudáfrica durante el corte de carga, Ghana durante su período de gestión de carga 'dumsor', las franjas urbanas de Tanzania y Uganda y las ciudades del oeste de Kenia enfrentan la misma realidad de la red: la energía no falla ocasionalmente, sino varias veces al día durante varias horas seguidas. Parece una cuestión de frecuencia, pero reemplaza todo el modo de funcionamiento de la batería. Cuando la disponibilidad es del 99%, una batería se descarga menos de diez veces al año y permanece flotando; La vida útil se rige por la corrosión de la red y una vida útil de diseño de doce años en realidad es doce años. Cuando la disponibilidad es del 60%, la batería completa uno o dos ciclos completos cada día (más de 500 al año) y la vida útil se rige por el número de ciclos. El mismo producto puede diferir en vida útil más de cinco veces entre las dos tareas. Sin embargo, las especificaciones de adquisición suelen indicar sólo "cuatro horas de respaldo" sin mencionar los ciclos, y esa omisión es exactamente la razón por la que las baterías se agotan a los dieciocho meses.

La relación cuantitativa entre el Departamento de Defensa y la vida

El efecto de la profundidad de la descarga sobre el ciclo de vida es fuertemente no lineal y no es simplemente una cuestión de usar menos para durar más. Para AGM convencional, un 30 % de DOD puede dar alrededor de 1200 ciclos, un 50 % alrededor de 600, un 80 % solo alrededor de 300 y un 100 % menos de 200. En otras palabras, aumentar el DOD del 50 % al 80 % aumenta la energía por descarga en un 60 % pero reduce a la mitad el recuento de ciclos, por lo que el rendimiento total de la vida útil (ciclos multiplicados por la energía por ciclo) en realidad disminuye. Esa curva explica por qué "usarlo más profundamente" es una ilusión: simplemente compra reemplazos antes. El enfoque correcto es encontrar el DOD que maximice el rendimiento de la vida útil, generalmente entre 50% y 70%, sujeto a una restricción importante: el tiempo de recarga después de una descarga profunda. Cuando la red está presente sólo unas pocas horas al día, una descarga del 80% necesita más de diez horas para recargarse completamente, es posible que al día siguiente no se complete y la batería permanece crónicamente subcargada con una sulfatación acelerada, que es el verdadero asesino.

Por qué fracasan las 'cuatro horas de respaldo' en África

Cuatro horas de respaldo es una cifra de capacidad, no de vida, y falla en servicio de red débil por tres caminos. En primer lugar, el recuento de ciclos se ignora por completo: cuatro horas de respaldo implican aproximadamente entre un 50% y un 60% de DOD, por lo que con un ciclo por día y 365 por año, un AGM convencional con capacidad de 600 ciclos se agota en unos veinte meses, casi exactamente los dieciocho meses vistos en el campo. En segundo lugar, la ventana de carga es insuficiente: una cadena del tamaño de cuatro horas de carga normalmente se carga a sólo 0,1 °C, por lo que pasar del 50% al 100% lleva más de diez horas, mientras que la red está presente sólo de cuatro a seis horas al día; la batería nunca alcanza la carga completa y vive permanentemente en PSoC. En tercer lugar, el calor lo agrava: muchos sitios africanos funcionan entre 35°C y 45°C, y el ciclo de vida se reduce nuevamente a esas temperaturas. Apila los tres y obtendrás dieciocho meses. Por lo tanto, una especificación debe indicar tres cosas juntas: recuento de ciclos objetivo, ventana de carga disponible y temperatura ambiente del sitio.

Factores de capacidad por disponibilidad de red

Aquí tienes una tabla que puedes utilizar directamente. El principio es que la capacidad se dimensiona según el déficit energético diario, no según las horas de respaldo. Por encima del 95% de disponibilidad, el servicio es de espera flotante: dimensione la carga para los tiempos de interrupción más largos, mantenga el DOD dentro del 50% y la serie de terminales frontales estándar es suficiente. Entre el 80 % y el 95 %, con aproximadamente un corte de energía de dos a cuatro horas por día, aplique un factor de ciclo de 1,2 además de las horas de respaldo y prefiera una serie de ciclo profundo (FTC, 100–170 Ah, nominal de 1500 ciclos o más). Entre el 50 % y el 80 %, la batería es el motor principal del ciclo diario: aplique un factor de 1,5 a 1,8 y pase a plomo-carbono (LLC, 300–1000 Ah, ciclo de vida de cuatro a cinco veces en PSoC) o LiFePO4 (SDA10, descarga continua de 1 C). Por debajo del 50%, el sitio está efectivamente fuera de la red: tamaño para un ciclo completo por día más tres días de autonomía en climas nublados, lo que significa pasar directamente a un diseño híbrido solar: agregar batería por sí solo no es económico.

Un árbol de decisión de selección

Condense el análisis en cuatro pasos que un ingeniero de sitio puede seguir. Paso uno, disponibilidad de la red: por encima del 95 %, elija la serie de terminales frontales estándar de 12 V (6-FMX, 50–200 Ah, vida útil de diseño de doce años) al menor costo; 80% a 95%, tome ciclo profundo (FTC) o gel (6-XFMJ, vida útil de quince años, tolerante al calor con baja pérdida de agua); 50% a 80%, tome plomo-carbono (LLC, vida útil de diseño de veinte años, 30% mejor aceptación de carga, por lo que realmente se utiliza la ventana de carga limitada); por debajo del 50%, pasar al híbrido solar y dimensionar la batería para el ciclo diario. Paso dos, ventana de carga: cuando la presencia de la red es inferior a seis horas al día, la aceptación de la carga domina y el plomo-carbono o el litio superan a la AGM convencional. Paso tres, temperatura ambiente: por encima de 45°C de manera persistente, prefiera plomo-carbono o una serie de alta temperatura; donde se controla la temperatura, se puede aprovechar la ventaja de volumen del litio. Paso cuatro, vida restante: un sitio al que le quedan menos de cinco años de contrato de arrendamiento no necesita una tecnología de veinte años; elija la opción más barata que cumpla con los requisitos para el plazo restante. Después de cuatro pasos, hay poco lugar para la discusión.

Cinco elementos obligatorios en la especificación

En el caso de una red débil, la especificación debe indicar la tarea, no sólo la capacidad. Cinco elementos son obligatorios y omitir cualquiera de ellos lo lleva al ciclo de fracaso de dieciocho meses. Primero, la disponibilidad de la red como porcentaje, con el período del informe indicado (mensual o anual, ya que los dos producen cifras muy diferentes) y este elemento por sí solo decide si la batería flota o realiza ciclos. En segundo lugar, la duración más larga de un corte y el promedio de cortes por día, expresados ​​por separado: el primero determina la capacidad, el segundo determina el ciclo de vida y la mayoría de las especificaciones capturan solo el primero. En tercer lugar, ventana de cobro disponible por día, que establece el requisito de aceptación del cobro; Por debajo de las seis horas, la tecnología de carga rápida es obligatoria o la batería nunca llega a cargarse por completo. En cuarto lugar, el rango de temperatura del sitio, indicado como interior del gabinete en lugar de exterior, con el pico del verano, porque los interiores de los gabinetes generalmente están a más de 10 °C por encima de la temperatura ambiente. En quinto lugar, centrarse en la vida útil y el arrendamiento restante del sitio, de modo que un sitio al que le quedan tres años de arrendamiento no esté equipado con una batería de veinte años; eso no es prudencia, es un desperdicio. Una vez mencionados estos cinco, los postores ya no pueden esconderse detrás de una sola frase de unas cuatro horas de respaldo, y la evaluación tiene una base comparable. Muchos proyectos fracasan no porque se haya elegido el producto equivocado sino porque nunca se especificó el deber, por lo que los proveedores cotizaron basándose en el supuesto más favorable, mientras que los operadores gestionaron el sitio según la realidad menos favorable. View Telecom Backup Power Selection