Isole e siti remoti: fare i conti quando il diesel non riesce a raggiungere la collina

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16 giugno 2020

Nei siti remoti di Molucche, Palawan e Sabah, il gasolio consegnato può costare diverse volte il prezzo alla pompa. Una volta inclusi il trasporto, la movimentazione, le perdite, il furto e la manutenzione del generatore, il costo per kWh di carico servito all’anno produce una risposta controintuitiva e mostra esattamente dove vincono il piombo-carbonio e il litio.

Quanto costa davvero un gruppo elettrogeno diesel su un'isola

I siti remoti nelle isole esterne di Maluku, Papua e Sulawesi in Indonesia, a Palawan e negli altopiani di Mindanao nelle Filippine, e all'interno di Sabah e Sarawak condividono una proprietà: la rete o non esiste o arriva solo per poche ore al giorno. Il backup in questi siti non è affatto un backup: è la fornitura primaria e il generatore diesel funziona dalle otto alle venti ore al giorno. A quel punto il prezzo di una stringa di batterie è irrilevante; ciò che conta è il costo per kWh di carico servito all'anno. Il costo del diesel consegnato ha cinque componenti: prezzo alla pompa, trasporto al molo, trasporto di seconda tratta dal molo al sito (barca, motocicletta, facchinaggio umano), perdite di stoccaggio e furto, manutenzione e revisione del generatore ammortizzate in base alle ore di funzionamento. Nei siti collinari che richiedono il facchinaggio, la sola seconda tratta può costare da una a due volte il prezzo del carburante; aggiungendo la manutenzione ogni 500 ore e la revisione ogni 5.000 ore, il percorso del diesel in genere costa da due a quattro volte la produzione di diesel urbano per kWh. E quel numero varia con il prezzo del carburante e la capacità logistica, variabili che nessun operatore controlla.

Conversione del prezzo della batteria in costo per kWh-anno

I confronti tra le batterie non hanno senso se non vengono convertiti su una base comune. Il calcolo corretto somma il prezzo di acquisto, il numero di sostituzioni nel corso della vita utile, il trasporto e la manodopera per ciascuna sostituzione e il costo energetico delle perdite di carica/scarica, quindi divide per capacità nominale × profondità utilizzabile di scarica × anni di ciclo, ottenendo il costo per kWh-anno. Prendiamo una stringa da 48 V/100 Ah da 4,8 kWh: al 50% di profondità di scarica sono utilizzabili solo 2,4 kWh e su un ciclo giornaliero quei 2,4 kWh devono trasportare 365 giorni. Se la corda viene sostituita ogni tre anni, contano tutti e tre gli acquisti, non solo il primo. Questo singolo passaggio espone a due errori comuni: trattare la capacità nominale come capacità utilizzabile e trattare la vita di progetto come ciclo di vita. Con il ciclo giornaliero, una batteria con dodici anni di servizio di mantenimento può fornire solo da 300 a 500 cicli, esaurindosi entro un anno.

Perché il piombo-carbonio è adatto al ciclismo quotidiano

Con un ciclo di carica-scarica al giorno con lunghi periodi in stato di carica parziale, l'AGM ordinario fallisce vistosamente: la piastra negativa solfata rapidamente nel PSoC, formando densi cristalli di solfato di piombo che la normale tensione di carica non può ridurre, quindi la capacità viene persa permanentemente. Il piombo-carbone risolve questo problema direttamente aggiungendo carbone attivo alla piastra negativa, creando un meccanismo combinato di stoccaggio capacitivo ed elettrochimico in modo che la corrente di carica prenda preferenzialmente il percorso capacitivo e il solfato non si accumuli sulla superficie della piastra. La serie LLC (300–1.000 Ah, sei modelli, 2 V) utilizza la tecnologia della capacità piombo-carbonio con una durata del ciclo da quattro a cinque volte superiore a quella dei prodotti convenzionali in servizio PSoC, un'accettazione della carica migliore di circa il 30% e una durata di progettazione di vent'anni. Per i siti insulari, una ricarica più veloce del 30% può essere più importante del ciclo di vita: il generatore funziona solo poche ore al giorno, la finestra di ricarica è breve e l’accettazione della ricarica determina quanta energia viene recuperata ogni giorno – e quindi se il sito sopravvive fino al successivo periodo di generazione.

Quando il litio è la risposta giusta

Il litio non è un piombo-carbonio aggiornato; è un confine di applicabilità diverso. I sistemi LiFePO4 a 48 V (serie SDA10, 50–200 Ah, quattro modelli) offrono scarica continua 1C e durata del ciclo molto lunga con un terzo o la metà del volume e del peso della capacità equivalente di piombo-acido. Tre situazioni favoriscono il litio: siti con spazio limitato o carico sul pavimento, come piccoli armadietti montati su una piattaforma a torre dove il piombo acido semplicemente non si adatta; applicazioni che richiedono un'elevata corrente istantanea, dove 1C significa che una stringa da 100 Ah può erogare 100 A in modo continuo, cosa che il piombo acido non può fare nello stesso volume; e siti con una vita utile superiore ai dieci anni e costi di trasporto molto elevati, dove l'elevato costo iniziale è compensato da due sostituzioni evitate. Al contrario, nei siti in cui la temperatura ambiente rimane superiore a 45°C senza gestione termica, il vantaggio in termini di durata del litio si riduce drasticamente e la tolleranza al calore del piombo-carbonio è più affidabile. Il test non è quale tecnologia sia più avanzata, ma quale delle tre – profilo di temperatura, frequenza dei ciclisti, costi di trasporto – sia più costosa in quel sito.

Tre topologie ibride

I siti insulari non funzionano quasi mai con un'unica fonte e la scelta della topologia determina l'efficienza complessiva. Il primo è diesel-primario con batteria tampone: il generatore funziona contro carico e la batteria copre gli intervalli di commutazione e lo spegnimento notturno. Costo di retrofit più basso, adatto a piccoli carichi in cui la fornitura di carburante è praticabile ma la rete è completamente assente. Il secondo è solare più batteria più diesel in standby: il fotovoltaico serve il carico e carica la batteria durante il giorno, la batteria si scarica di notte e il diesel si avvia solo dopo un cielo coperto prolungato o dopo l’esaurimento della batteria. Le ore di funzionamento del diesel possono scendere al di sotto di due al giorno con il maggiore risparmio di carburante, ma necessita di un'area adeguata e di protezione dalla polvere. La terza è una configurazione completamente rinnovabile con energia solare più batteria più piccola eolica, praticabile solo dove la velocità annuale del vento è stabile e il carico è piccolo – di praticità limitata nella fascia monsonica del sud-est asiatico. Ciò che tutti e tre condividono è che la batteria passa dallo standby al motore principale del ciclo quotidiano, quindi la durata del ciclo, l’accettazione della carica e il comportamento alle alte temperature decidono l’economia del sistema, non l’efficienza del generatore.

Dimensionamento della batteria in un sistema ibrido

La capacità della batteria in un sistema ibrido deve essere dimensionata in base al periodo più lungo senza ricarica, non alle ore di backup, e le due risposte possono differire di un fattore due. Il calcolo prevede quattro passaggi. Innanzitutto, il consumo energetico giornaliero: carico in kW × 24 ore, tenendo presente che i carichi diurni e notturni solitamente differiscono e dovrebbero essere calcolati separatamente e poi sommati. In secondo luogo, il periodo nuvoloso consecutivo più lungo: due o tre giorni nella fascia monsonica del sud-est asiatico, di cui tre conservativi; Gli altopiani dell'Africa orientale mostrano una copertura nuvolosa più variabile, quindi aggiungi un giorno. In terzo luogo, requisito di capacità utilizzabile = consumo giornaliero × giorni nuvolosi ÷ profondità di scarico consentita, considerando DOD al 70%. In quarto luogo, applicare la correzione della temperatura e dell'invecchiamento, in genere da × 1,15 a × 1,25. Per un sito che consuma 24 kWh al giorno, tre giorni di autonomia al 70% DOD necessitano di circa 103 kWh utilizzabili, o circa 124 kWh dopo una correzione del 20%. Questa cifra è solitamente molto più grande di quella prodotta da un calcolo di "backup di quattro ore", perché i due rispondono a domande diverse: una è cosa fare quando il sole non appare per tre giorni, l'altra è cosa fare durante un'interruzione di quattro ore. In un sito off-grid solo il primo è significativo. Sottodimensionalo e il sistema collassa al primo periodo nuvoloso – di solito in questo momento le comunicazioni contano di più; sovradimensionarlo e il rimborso si estende fino al fallimento del progetto presso il comitato del bilancio. Prendiamo la figura nuvolosa conservativa; non ridurre la capacità a due giorni per risparmiare capitale. View Telecom Backup Power Selection