Eilanden en afgelegen locaties: de cijfers doen als Diesel de heuvel niet op kan

Artikel

16 juni 2020

Op afgelegen locaties in Maluku, Palawan en Sabah kan geleverde diesel meerdere malen de prijs aan de pomp kosten. Zodra transport, handling, verliezen, diefstal en generatoronderhoud worden meegerekend, leveren de kosten per kWh lading per jaar een contra-intuïtief antwoord op – en laten ze precies zien waar lood-koolstof en lithium elk winnen.

Wat een dieselgenerator werkelijk kost op een eiland

Afgelegen locaties op de Indonesische eilanden Maluku, Papoea en Sulawesi, in Palawan en de hooglanden van Mindanao op de Filipijnen, en in het binnenland van Sabah en Sarawak delen één ding: het elektriciteitsnet bestaat ofwel niet, ofwel arriveert slechts een paar uur per dag. Back-up op deze locaties is helemaal geen back-up; het is de primaire voorziening en de dieselgenerator draait acht tot twintig uur per dag. Op dat moment is de prijs van een batterijreeks niet relevant; waar het om gaat zijn de kosten per kWh geleverde belasting per jaar. De kosten voor geleverde diesel bestaan ​​uit vijf componenten: de pompprijs, de vracht naar de steiger, het tweede transport van de steiger naar de locatie (boot, motorfiets, menselijke drager), opslagverliezen en diefstal, en onderhoud en revisie van de generator, afgeschreven per draaiuur. Op heuvellocaties die porterage vereisen, kan de tweede etappe alleen al een tot twee keer de brandstofprijs kosten; Voeg daarbij elke 500 uur onderhoud en elke 5.000 uur een revisie toe en het dieseltraject kost doorgaans twee tot vier maal de stedelijke dieselopwekking per kWh. En dat aantal evolueert met de brandstofprijs en de logistieke capaciteit – variabelen waar de operator geen controle over heeft.

Batterijprijs omzetten in kosten per kWh-jaar

Batterijvergelijkingen zijn zinloos, tenzij ze worden omgezet naar een gemeenschappelijke basis. Bij de juiste berekening worden de aankoopprijs, het aantal vervangingen gedurende de hele levensduur, het transport en de arbeid voor elke vervanging, en de energiekosten van laad-/ontlaadverliezen bij elkaar opgeteld, en vervolgens gedeeld door de nominale capaciteit x bruikbare ontladingsdiepte x aantal jaren fietsen, wat de kosten per kWh-jaar oplevert. Neem een ​​string van 48V/100Ah met een vermogen van 4,8 kWh: bij een ontladingsdiepte van 50% is slechts 2,4 kWh bruikbaar, en bij een dagelijkse cyclus moet die 2,4 kWh 365 dagen meedragen. Als de snaar elke drie jaar wordt vervangen, tellen alle drie de aankopen mee, niet alleen de eerste. Deze enkele stap legt twee veelvoorkomende fouten bloot: het behandelen van de nominale capaciteit als bruikbare capaciteit, en het behandelen van de ontwerplevensduur als cycluslevensduur. Bij dagelijks gebruik kan een batterij met een levensduur van twaalf jaar slechts 300 tot 500 cycli leveren – binnen een jaar uitgeput.

Waarom loodkoolstof geschikt is voor dagelijks fietsen

Bij één laad-ontlaadcyclus per dag met lange periodes van gedeeltelijke lading faalt gewone AGM opvallend: de negatieve plaat sulfateert snel in PSoC, waardoor dichte loodsulfaatkristallen worden gevormd die de normale laadspanning niet kan verminderen, waardoor de capaciteit permanent verloren gaat. Lood-koolstof pakt dit rechtstreeks aan door actieve kool aan de negatieve plaat toe te voegen, waardoor een gecombineerd capacitief en elektrochemisch opslagmechanisme ontstaat, zodat de laadstroom bij voorkeur het capacitieve pad volgt en er zich geen sulfaat ophoopt op het plaatoppervlak. De LLC-serie (300–1.000 Ah, zes modellen, 2V) maakt gebruik van lood-koolstofcapaciteitstechnologie met een vier tot vijf keer langere levensduur van conventionele producten in PSoC-bedrijf, ongeveer 30% betere ladingsacceptatie en een ontwerplevensduur van twintig jaar. Voor eilandlocaties kan het 30% snellere opladen belangrijker zijn dan de levensduur van de cyclus: de generator draait slechts een paar uur per dag, de oplaadperiode is kort en de acceptatie van het opladen bepaalt hoeveel energie elke dag wordt teruggewonnen – en dus of de locatie overleeft tot de volgende opwekkingsperiode.

Wanneer lithium het juiste antwoord is

Lithium is geen opgewaardeerde lood-koolstof; het is een andere toepasbaarheidsgrens. De 48V LiFePO4-systemen (SDA10-serie, 50–200Ah, vier modellen) bieden een continue 1C-ontlading en een zeer lange levensduur bij een derde tot de helft van het volume en het gewicht van de equivalente loodzuurcapaciteit. Drie situaties geven de voorkeur aan lithium: locaties met beperkte ruimte of vloerbelasting, zoals kleine kasten gemonteerd op een torenplatform waar loodzuur eenvoudigweg niet past; toepassingen die een hoge momentane stroom nodig hebben, waarbij 1C betekent dat een string van 100 Ah continu 100 A kan leveren, wat loodzuur niet kan doen in hetzelfde volume; en locaties met een levensduur van meer dan tien jaar en zeer hoge transportkosten, waarbij de hoge eerste kosten worden gecompenseerd door twee vermeden vervangingen. Omgekeerd, op locaties waar de omgevingstemperatuur boven de 45°C blijft zonder thermisch beheer, erodeert het levensvoordeel van lithium scherp en is de hittetolerantie van lood-koolstof betrouwbaarder. De test is niet welke technologie geavanceerder is, maar welke van de drie – temperatuurprofiel, fietsfrequentie, transportkosten – op die locatie het duurst is.

Drie hybride topologieën

Eilandsites draaien bijna nooit op één enkele bron, en de keuze van de topologie bepaalt de algehele efficiëntie. De eerste is diesel-primair met batterijbuffer: de generator draait tegen belasting en de batterij dekt omschakelpauzes en nachtelijke uitschakeling af. Laagste retrofitkosten, geschikt voor kleine belastingen waarbij de brandstoftoevoer werkbaar is, maar het elektriciteitsnet volledig afwezig is. De tweede is zonne-energie plus accu plus dieselstand-by: PV dient de belasting en laadt de accu overdag op, de accu ontlaadt zich 's nachts en diesel start pas na langdurige bewolking of als de accu leeg is. Het aantal dieseluren kan onder de twee per dag vallen, met de grootste brandstofbesparing, maar er is wel voldoende bescherming tegen stof en ruimte nodig. De derde is een volledig hernieuwbare zonne-energie plus batterij plus kleine windconfiguratie, die alleen haalbaar is als de jaarlijkse windsnelheid stabiel is en de belasting klein is – van beperkte bruikbaarheid in de moessongordel in Zuidoost-Azië. Wat ze alle drie gemeen hebben, is dat de batterij van stand-by naar een dagelijkse cyclus gaat, waardoor de levensduur van de batterij, de acceptatie van de lading en het gedrag bij hoge temperaturen bepalend zijn voor de systeemeconomie – en niet voor de efficiëntie van de generator.

Het dimensioneren van de batterij in een hybride systeem

De batterijcapaciteit in een hybridesysteem moet worden afgestemd op de langste periode zonder opladen, niet op back-upuren – en de twee antwoorden kunnen een factor twee verschillen. De berekening bestaat uit vier stappen. Ten eerste het dagelijks energieverbruik: belasting in kW × 24 uur, waarbij wordt opgemerkt dat dag- en nachtbelasting gewoonlijk verschillen en afzonderlijk moeten worden berekend en vervolgens moeten worden opgeteld. Ten tweede de langste opeenvolgende bewolkte periode: twee tot drie dagen in de moessongordel van Zuidoost-Azië, waarvan drie conservatief; De Oost-Afrikaanse hooglanden vertonen meer variabele bewolking, dus voeg een dag toe. Ten derde: de bruikbare capaciteitsvereiste = dagelijks verbruik × bewolkte dagen ÷ toegestane ontladingsdiepte, waarbij de DOD op 70% komt. Ten vierde: pas temperatuur- en verouderingscorrectie toe, doorgaans ×1,15 tot ×1,25. Voor een site die 24 kWh per dag verbruikt, hebben drie dagen autonomie bij 70% DOD ongeveer 103 kWh bruikbaar nodig, of ongeveer 124 kWh na een correctie van 20%. Dat cijfer is doorgaans veel groter dan een ‘vier-uur-back-up’-berekening oplevert, omdat de twee verschillende vragen beantwoorden: de ene is wat te doen als de zon drie dagen niet verschijnt, de andere is wat te doen bij een storing van vier uur. Op een off-grid locatie is alleen de eerste betekenisvol. Onderschat het en het systeem stort in tijdens de eerste bewolkte periode – meestal op het moment dat communicatie er het meest toe doet; als je het te groot maakt, duurt de terugverdientijd totdat het project mislukt bij de begrotingscommissie. Neem het conservatieve bewolkte cijfer; beperk de capaciteit niet tot twee dagen om kapitaal te besparen. View Telecom Backup Power Selection