약한 전력망과 잦은 정전: 아프리카 기지국의 방전 심도 설정

아티클

2017년 8월 22일

그리드 가용성이 99%에서 60%로 떨어지면 배터리는 부동 대기 상태를 중지하고 매일 사이클링을 시작합니다. UPS 가정에 지정된 배터리는 나이지리아, 남아프리카, 가나 및 탄자니아에서 18개월 이내에 고장납니다. 문제는 제품이 아니라 의무 가정입니다. 이 기사에서는 사이클 수명에 대한 방전 깊이를 수량화하고 그리드 가용성에 따른 용량 계수 표를 제공합니다.

하나의 배터리, 두 개의 완전히 다른 임무

라고스의 상업 지구, 부하 차단 기간 동안 남아프리카 전역의 지방, '덤서' 부하 관리 기간을 거친 가나, 탄자니아와 우간다의 도시 변두리, 케냐 서부의 도시는 모두 동일한 그리드 현실에 직면해 있습니다. 이는 주파수 문제처럼 보이지만 배터리의 전체 작동 모드를 대체합니다. 가용성이 99%인 경우 배터리는 1년에 10회 미만으로 방전되며 부동 상태로 유지됩니다. 수명은 그리드 부식에 의해 좌우되며 12년의 설계 수명은 실제로 12년입니다. 가용성이 60%인 경우 배터리는 매일 1~2회의 전체 사이클(연간 500회 이상)을 완료하며 수명은 사이클 수에 따라 결정됩니다. 동일한 제품이라도 두 직무 간에 서비스 수명이 5배 이상 다를 수 있습니다. 그러나 조달 사양에는 일반적으로 주기에 대한 언급 없이 '4시간의 백업'만 명시되어 있으며 이러한 누락이 바로 배터리가 18개월에 수명을 다하는 이유입니다.

국방부와 생활의 정량적 관계

사이클 수명에 대한 방전 심도의 영향은 매우 비선형적이며 단순히 더 오래 사용하기 위해 더 적은 양을 사용하는 문제가 아닙니다. 기존 AGM의 경우 30% DOD는 약 1,200사이클, 50%는 약 600, 80%는 약 300, 100%는 200보다 적습니다. 즉, DOD를 50%에서 80%로 높이면 방전당 에너지가 60% 증가하지만 사이클 수는 절반으로 줄어들므로 총 수명 처리량(사이클 x 사이클당 에너지)은 실제로 감소합니다. 이 곡선은 '더 깊이 사용'하는 것이 환상인 이유를 설명합니다. 즉, 교체품을 더 빨리 구매할 뿐입니다. 올바른 접근 방식은 중요한 제약 조건인 완전 방전 후 재충전 시간에 따라 수명 처리량을 일반적으로 50%에서 70% 사이로 최대화하는 DOD를 찾는 것입니다. 그리드가 하루에 몇 시간만 존재하는 경우, 80% 방전은 완전히 재충전하는 데 10시간 이상이 필요하고, 다음 날에는 완료되지 않을 수 있으며, 배터리는 황산염 가속화로 인해 만성적으로 과충전 상태가 됩니다. 이것이 바로 진짜 킬러입니다.

아프리카에서 '4시간 백업'이 실패하는 이유

4시간의 백업은 수명이 아닌 용량 수치이며 세 가지 경로를 따라 약한 그리드 작업에 실패합니다. 첫째, 주기 수는 완전히 무시됩니다. 4시간의 백업은 대략 50% ~ 60% DOD를 의미하므로 하루에 한 주기, 일년에 365번의 주기로 평가되는 기존 AGM의 600주기는 약 20개월(현장에서 볼 수 있는 거의 정확히 18개월)에 소진됩니다. 둘째, 충전 기간이 충분하지 않습니다. 4시간 부하용 스트링은 일반적으로 0.1C에 불과하므로 50%에서 100%까지 가는 데 10시간 이상이 걸리는 반면, 그리드는 하루 4~6시간만 존재합니다. 배터리는 완전히 충전되지 않으며 PSoC에서 영구적으로 유지됩니다. 셋째, 열로 인해 상황이 악화됩니다. 아프리카의 많은 현장은 35°C~45°C에서 작동하며 해당 온도에서는 사이클 수명이 다시 감소합니다. 3개를 쌓으면 18개월이 됩니다. 따라서 사양에는 목표 사이클 수, 사용 가능한 충전 기간, 현장 주변 온도라는 세 가지 사항이 함께 명시되어야 합니다.

그리드 가용성에 따른 용량 계수

직접 사용할 수 있는 테이블은 다음과 같습니다. 원칙은 용량이 백업 시간이 아닌 일일 에너지 부족량에 맞춰 조정된다는 것입니다. 95% 이상의 가용성은 부동 대기입니다. 가장 긴 단일 정전 시간 부하 크기, DOD를 50% 이내로 유지하고 표준 전면 터미널 시리즈로 충분합니다. 하루에 대략 2~4시간 정도 정전이 발생하는 80%~95%에서는 백업 시간 외에 사이클링 계수 1.2를 적용하고 딥 사이클 시리즈(FTC, 100~170Ah, 정격 1,500사이클 이상)를 선호합니다. 50%~80% 사이에서 배터리는 일일 사이클링 원동력입니다. 1.5~1.8의 계수를 적용하고 납탄소(LLC, 300~1,000Ah, PSoC에서 사이클 수명의 4~5배) 또는 LiFePO4(SDA10, 연속 1C 방전)로 이동합니다. 50% 미만이면 사이트는 사실상 독립형입니다. 하루에 한 번의 전체 주기에 더해 흐린 날씨에도 3일 동안 자율성을 확보할 수 있는 크기입니다. 즉, 곧바로 태양광 하이브리드 설계로 전환한다는 의미입니다. 배터리만 추가하는 것은 경제적이지 않습니다.

선택 결정 트리

분석을 현장 엔지니어가 따를 수 있는 4단계로 압축합니다. 1단계, 그리드 가용성: 95% 이상, 최저 비용으로 표준 12V 전면 터미널 시리즈(6-FMX, 50–200Ah, 12년 설계 수명)를 사용합니다. 80% ~ 95%, 딥 사이클(FTC) 또는 젤(6-XFMJ, 15년 설계 수명, 낮은 수분 손실로 열에 대한 내성) 사용; 50% ~ 80%, 납-탄소 사용(LLC, 설계 수명 20년, 충전 허용이 30% 향상되어 제한된 충전 창이 실제로 사용됨) 50% 미만이면 태양광 하이브리드로 전환하고 일일 사이클링에 맞게 배터리 크기를 조정하세요. 2단계, 충전 기간: 그리드 존재가 하루 6시간 미만인 경우 충전 수용이 지배적이며 납 탄소 또는 리튬이 기존 AGM을 능가합니다. 3단계, 주변 온도: 지속적으로 45°C 이상, 납탄소 또는 고온 시리즈를 선호합니다. 온도가 제어되는 경우 리튬의 부피 이점을 사용할 수 있습니다. 4단계, 남은 수명: 임대 기간이 5년 미만으로 남은 사이트에는 20년 기술이 필요하지 않습니다. 남은 기간 동안 가장 저렴한 호환 옵션을 선택하십시오. 네 단계 후에는 논쟁의 여지가 거의 없습니다.

사양의 5가지 필수 항목

약한 그리드 의무에서는 사양에 용량뿐만 아니라 의무도 명시해야 합니다. 다섯 가지 항목은 필수이며, 하나라도 생략하면 18개월의 실패 주기로 돌아갑니다. 첫째, 보고 기간이 명시된 그리드 가용성(월별 또는 연간)은 매우 다른 수치를 생성하므로 이 항목만으로 배터리가 부동하는지 또는 순환하는지 여부를 결정합니다. 둘째, 가장 긴 단일 중단 기간과 일일 평균 중단은 별도로 명시됩니다. 첫 번째는 용량을 결정하고 두 번째는 주기 수명을 결정하며 대부분의 사양은 첫 번째만 캡처합니다. 셋째, 청구 수락 요구 사항을 설정하는 일일 사용 가능한 청구 창입니다. 6시간 미만에서는 고속 충전 기술이 필수이며, 그렇지 않으면 배터리가 완전히 충전되지 않습니다. 넷째, 현장 온도 범위는 실외가 아닌 캐비닛 내부로 명시되며 여름 최고조에 달합니다. 캐비닛 내부는 일반적으로 주변 온도보다 10°C 이상 높기 때문입니다. 다섯째, 목표 수명 및 남은 부지 임대이므로 임대 기간이 3년 남은 부지에 20년 배터리를 장착하지 않는 것은 신중하지 못한 낭비입니다. 이 다섯 가지를 언급하면 ​​입찰자는 더 이상 약 4시간의 백업 시간 동안 한 문장 뒤에 숨을 수 없으며 평가는 비슷한 근거를 갖습니다. 많은 프로젝트가 실패하는 이유는 잘못된 제품을 선택했기 때문이 아니라 의무가 명시되지 않았기 때문입니다. 따라서 공급업체는 가장 유리한 가정에 대해 견적을 내는 반면 운영자는 가장 불리한 현실 하에서 현장을 운영했습니다. View Telecom Backup Power Selection