Ilhas e locais remotos: calculando os números quando o diesel não consegue subir a colina

Artigo

16 de junho de 2020

Em locais remotos em Maluku, Palawan e Sabah, o diesel entregue pode custar várias vezes o preço na bomba. Uma vez incluídos o transporte, o manuseamento, as perdas, o roubo e a manutenção do gerador, o custo por kWh de carga servida por ano produz uma resposta contra-intuitiva – e mostra exactamente onde o chumbo-carbono e o lítio ganham cada um.

Quanto custa realmente um grupo gerador a diesel em uma ilha

Locais remotos nas ilhas exteriores de Maluku, Papua e Sulawesi, na Indonésia, em Palawan e nas terras altas de Mindanao, nas Filipinas, e no interior de Sabah e Sarawak partilham uma propriedade: a rede ou não existe ou chega apenas algumas horas por dia. O backup nesses locais não é de forma alguma um backup – é o fornecimento primário, e o gerador a diesel funciona de oito a vinte horas por dia. Nesse ponto, o preço de uma bateria é irrelevante; o que importa é o custo por kWh de carga atendida por ano. O custo do diesel entregue tem cinco componentes: preço na bomba, frete até o cais, transporte de segunda etapa do cais até o local (barco, motocicleta, transporte humano), perdas e roubos no armazenamento e manutenção e revisão do gerador amortizados por horas de funcionamento. Em locais montanhosos que exigem transporte de bagagens, só o segundo trecho pode custar uma a duas vezes o preço do combustível; adicione manutenção a cada 500 horas e revisão a cada 5.000 horas e o caminho do diesel normalmente custa duas a quatro vezes a geração urbana de diesel por kWh. E esse número varia de acordo com o preço do combustível e a capacidade logística – variáveis ​​que nenhum operador controla.

Convertendo o preço da bateria em custo por kWh-ano

As comparações de baterias não têm sentido, a menos que sejam convertidas em uma base comum. O cálculo correto soma o preço de compra, o número de substituições ao longo da vida útil, transporte e mão de obra para cada substituição, e o custo de energia das perdas de carga/descarga, depois divide pela capacidade nominal × profundidade útil de descarga × anos de ciclo, dando o custo por kWh-ano. Pegue uma string de 48V/100Ah com capacidade de 4,8 kWh: a 50% de profundidade de descarga, apenas 2,4 kWh são utilizáveis ​​e, em um ciclo diário, esses 2,4 kWh devem durar 365 dias. Se a corda for substituída a cada três anos, todas as três compras contam – não apenas a primeira. Esta única etapa expõe dois erros comuns: tratar a capacidade nominal como capacidade utilizável e tratar a vida útil do projeto como ciclo de vida. Sob ciclos diários, uma bateria com capacidade para doze anos de serviço flutuante pode fornecer apenas 300 a 500 ciclos – esgotando-se em um ano.

Por que o chumbo-carbono é adequado para o ciclismo diário

Sob um ciclo de carga-descarga por dia com longos períodos em estado parcial de carga, o AGM comum falha visivelmente: a placa negativa sulfata rapidamente no PSoC, formando densos cristais de sulfato de chumbo que a tensão de carga normal não pode reduzir, portanto a capacidade é permanentemente perdida. O chumbo-carbono aborda isso diretamente adicionando carvão ativado à placa negativa, criando um mecanismo combinado de armazenamento capacitivo e eletroquímico para que a corrente de carga siga preferencialmente o caminho capacitivo e o sulfato não se acumule na superfície da placa. A série LLC (300–1.000Ah, seis modelos, 2V) usa tecnologia de capacitância de chumbo-carbono com ciclo de vida quatro a cinco vezes maior que os produtos convencionais em serviço PSoC, aceitação de carga cerca de 30% melhor e vida útil projetada de vinte anos. Para locais insulares, o carregamento 30% mais rápido pode ser mais importante do que o ciclo de vida: o gerador funciona apenas algumas horas por dia, a janela de carregamento é curta e a aceitação da carga determina quanta energia é recuperada a cada dia – e, portanto, se o local sobrevive até ao próximo período de geração.

Quando o lítio é a resposta certa

O lítio não é um chumbo-carbono atualizado; é um limite de aplicabilidade diferente. Os sistemas 48V LiFePO4 (série SDA10, 50–200Ah, quatro modelos) oferecem descarga contínua de 1C e ciclo de vida muito longo com um terço a metade do volume e peso da capacidade equivalente de chumbo-ácido. Três situações favorecem o lítio: locais com espaço limitado ou carga no chão, como pequenos armários montados numa plataforma de torre onde o chumbo-ácido simplesmente não cabe; aplicações que necessitam de alta corrente instantânea, onde 1C significa que uma string de 100Ah pode fornecer 100A continuamente, o que o chumbo-ácido não pode fazer no mesmo volume; e locais com vida útil superior a dez anos e custos de transporte muito elevados, onde o elevado custo inicial é compensado por duas substituições evitadas. Por outro lado, em locais onde a temperatura ambiente permanece acima de 45°C sem gerenciamento térmico, a vantagem de vida útil do lítio diminui drasticamente e a tolerância ao calor do carbono-chumbo é mais confiável. O teste não é qual tecnologia é mais avançada, mas qual das três – perfil de temperatura, frequência de ciclismo, custo de transporte – é mais cara naquele local.

Três Topologias Híbridas

Os sites insulares quase nunca são executados em uma única fonte, e a escolha da topologia determina a eficiência geral. O primeiro é diesel-primário com buffer de bateria: o gerador funciona contra carga e a bateria cobre intervalos de comutação e desligamento noturno. Menor custo de retrofit, adequado para pequenas cargas onde o fornecimento de combustível é viável, mas a rede está totalmente ausente. O segundo é energia solar mais bateria mais diesel em espera: o PV atende a carga e carrega a bateria durante o dia, a bateria descarrega à noite e o diesel dá partida somente após nublado prolongado ou esgotamento da bateria. As horas de funcionamento do diesel podem cair abaixo de duas por dia com a maior economia de combustível, mas precisa de área de disposição adequada e proteção contra poeira. A terceira é uma configuração totalmente renovável de energia solar, bateria e vento fraco, viável apenas onde a velocidade anual do vento é estável e a carga é pequena – de praticidade limitada no cinturão de monções do Sudeste Asiático. O que todos os três compartilham é que a bateria passa do modo de espera para o motor principal do ciclo diário, portanto, o ciclo de vida, a aceitação da carga e o comportamento em alta temperatura decidem a economia do sistema - não a eficiência do gerador.

Dimensionando a bateria em um sistema híbrido

A capacidade da bateria em um sistema híbrido deve ser dimensionada para o período mais longo sem recarga, e não para horas de backup – e as duas respostas podem diferir por um fator de dois. O cálculo tem quatro etapas. Primeiro, o consumo diário de energia: carga em kW × 24 horas, lembrando que as cargas diurnas e noturnas geralmente diferem e devem ser calculadas separadamente e depois somadas. Em segundo lugar, o período nublado consecutivo mais longo: dois a três dias no cinturão de monções do Sudeste Asiático, sendo três dias conservadores; As terras altas da África Oriental apresentam uma cobertura de nuvens mais variável, por isso adicione um dia. Terceiro, exigência de capacidade utilizável = consumo diário × dias nublados ÷ profundidade de descarga permitida, considerando DOD em 70%. Quarto, aplique correção de temperatura e envelhecimento, normalmente de ×1,15 a ×1,25. Para um local que consome 24 kWh por dia, três dias de autonomia a 70% DOD necessitam de cerca de 103 kWh utilizáveis, ou cerca de 124 kWh após uma correção de 20%. Esse número é geralmente muito maior do que o produzido por um cálculo de “backup de quatro horas”, porque os dois respondem a perguntas diferentes: uma é o que fazer quando o sol não aparece por três dias, a outra é o que fazer durante uma interrupção de quatro horas. Num local fora da rede, apenas o primeiro é significativo. Subdimensioná-lo e o sistema entrará em colapso no primeiro período de céu nublado – geralmente no momento em que as comunicações são mais importantes; superdimensioná-lo e o retorno se estenderá até que o projeto fracasse no comitê de orçamento. Vejamos a figura conservadora e nublada; não reduza a capacidade para dois dias para economizar capital. View Telecom Backup Power Selection