Острова и удаленные объекты: расчеты, когда дизель не может подняться на гору

Статья

16 июня 2020 г.

На отдаленные объекты в Малуку, Палаване и Сабахе доставленное дизельное топливо может стоить в несколько раз дороже, чем насос. Если учесть транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы, потери, кражу и техническое обслуживание генератора, стоимость одного кВтч обслуживаемой нагрузки в год дает противоречивый ответ — и показывает, где именно свинец, углерод и литий выигрывают.

Сколько на самом деле стоит дизель-генераторная установка на острове

Удаленные объекты на внешних островах Малуку, Папуа и Сулавеси в Индонезии, на Палаване и в горах Минданао на Филиппинах, а также во внутренних районах Сабаха и Саравака имеют одно общее свойство: сеть либо не существует, либо работает только на несколько часов в день. Резервное питание на этих объектах вовсе не резервное — это основное питание, а дизель-генератор работает по восемь-двадцать часов в сутки. В этот момент цена комплекта батарей не имеет значения; что имеет значение, так это стоимость киловатт-часа нагрузки, обслуживаемой в год. Стоимость поставленного дизельного топлива состоит из пяти компонентов: цена насоса, доставка до пристани, попутная транспортировка от причала до объекта (лодка, мотоцикл, носильщики), потери при хранении и кражи, а также техническое обслуживание и капитальный ремонт генератора, амортизируемые по часам работы. На холмистых участках, требующих носильщиков, стоимость только второго этапа может составлять от одного до двух раз дороже топлива; добавляйте обслуживание каждые 500 часов и капитальный ремонт каждые 5000 часов, и стоимость дизельного маршрута обычно в два-четыре раза превышает выработку городского дизельного топлива на кВтч. И это число зависит от цен на топливо и логистических возможностей — переменных, которые оператор не контролирует.

Преобразование цены батареи в стоимость за кВтч в год

Сравнение батарей бессмысленно, если не привести их к общей основе. Правильный расчет суммирует закупочную цену, количество замен в течение срока службы, транспортировку и труд для каждой замены, а также энергетические затраты на потери при зарядке/разрядке, а затем делится на номинальную мощность × полезную глубину разряда × годы циклической работы, получая стоимость за кВтч-год. Возьмите строку 48 В/100 Ач с номиналом 4,8 кВтч: при глубине разряда 50% можно использовать только 2,4 кВтч, а в ежедневном цикле эти 2,4 кВтч должны обеспечивать 365 дней. Если струна заменяется каждые три года, учитываются все три покупки, а не только первая. Этот единственный шаг выявил две распространенные ошибки: рассматривать номинальную мощность как полезную мощность и рассматривать расчетный срок службы как срок службы цикла. При ежедневной езде на велосипеде батарея с расчетным сроком службы в течение двенадцати лет может обеспечить только 300–500 циклов работы и разряжается в течение года.

Почему свинцово-углеродный сплав подходит для ежедневной езды на велосипеде

При одном цикле зарядки-разрядки в день с длительными периодами частичного заряда обычный AGM явно выходит из строя: отрицательная пластина быстро сульфатируется в PSoC, образуя плотные кристаллы сульфата свинца, которые не может уменьшить нормальное напряжение заряда, поэтому емкость навсегда теряется. Свинец-углерод решает эту проблему напрямую, добавляя активированный уголь к отрицательной пластине, создавая комбинированный емкостный и электрохимический механизм хранения, поэтому ток заряда преимущественно идет по емкостному пути, а сульфат не накапливается на поверхности пластины. В серии LLC (300–1000 Ач, шесть моделей, 2 В) используется свинцово-углеродная емкостная технология, срок службы которой в четыре-пять раз превышает срок службы обычных продуктов в режиме PSoC, примерно на 30 % лучший прием заряда и расчетный срок службы двадцать лет. Для островных объектов более быстрая зарядка на 30% может иметь большее значение, чем срок службы: генератор работает всего несколько часов в день, окно зарядки короткое, а прием заряда определяет, сколько энергии восстанавливается каждый день — и, следовательно, выживет ли объект до следующего периода генерации.

Когда литий является правильным ответом

Литий не является улучшенной версией свинцово-углеродного сплава; это другая граница применимости. Системы LiFePO4 на 48 В (серия SDA10, 50–200 Ач, четыре модели) обеспечивают непрерывный разряд 1С и очень длительный срок службы при объеме и весе от одной трети до половины эквивалентной свинцово-кислотной емкости. Три ситуации благоприятствуют литию: места с ограниченным пространством или нагрузкой на пол, например, небольшие шкафы, установленные на платформе башни, где свинцово-кислотная система просто не помещается; приложения, требующие высокого мгновенного тока, где 1C означает, что цепочка емкостью 100 Ач может непрерывно выдавать ток 100 А, чего свинцово-кислотные системы не могут обеспечить в том же объеме; и объекты со сроком службы более десяти лет и очень высокими транспортными расходами, где высокие первоначальные затраты компенсируются двумя заменами, которых удалось избежать. И наоборот, в местах, где температура окружающей среды остается выше 45 ° C без управления температурным режимом, преимущество лития в сроке службы резко снижается, а термостойкость свинцово-углеродных соединений становится более надежной. Вопрос не в том, какая технология является более продвинутой, а в том, какая из трех — температурный профиль, частота езды на велосипеде, транспортные расходы — является наиболее дорогой на этом объекте.

Three Hybrid Topologies

Островные сайты почти никогда не работают на одном источнике, и выбор топологии определяет общую эффективность. Первый — дизельный с аккумуляторным буфером: генератор работает под нагрузкой, а аккумулятор покрывает перерывы в переключении и остановку на ночь. Самая низкая стоимость модернизации, подходит для небольших нагрузок, когда подача топлива возможна, но сеть полностью отсутствует. Второй вариант — солнечная батарея плюс резервный дизельный двигатель: фотоэлектрические батареи обслуживают нагрузку и заряжают батарею днем, батарея разряжается ночью, а дизельная электростанция запускается только после продолжительной пасмурной погоды или разряда батареи. Время работы дизельного двигателя может упасть ниже двух в день при максимальной экономии топлива, но для этого требуется достаточная площадь установки и защита от пыли. Третий вариант — это полностью возобновляемая солнечная батарея плюс конфигурация с небольшим ветром, жизнеспособная только там, где годовая скорость ветра стабильна, а нагрузка невелика — что имеет ограниченную практичность в поясе муссонов Юго-Восточной Азии. Общим для всех трех является то, что батарея переходит из режима ожидания в режим ежедневного циклического первичного двигателя, поэтому срок службы, прием заряда и поведение при высоких температурах определяют экономику системы, а не эффективность генератора.

Выбор размера аккумулятора в гибридной системе

Емкость аккумулятора в гибридной системе должна быть рассчитана на максимально длительный период без подзарядки, а не на часы резервного питания — и эти два ответа могут отличаться в два раза. Расчет состоит из четырех шагов. Во-первых, ежедневное потребление энергии: нагрузка в кВт × 24 часа, при этом следует учитывать, что дневная и ночная нагрузки обычно различаются и их следует рассчитывать отдельно, а затем суммировать. Во-вторых, самый продолжительный последовательный период пасмурной погоды: два-три дня в поясе муссонов Юго-Восточной Азии, из которых три - консервативные; В высокогорьях Восточной Африки наблюдается более изменчивый облачный покров, поэтому добавьте день. В-третьих, требуемая полезная мощность = ежедневное потребление × пасмурные дни ÷ допустимая глубина сброса, принимая DOD за 70%. В-четвертых, примените коррекцию температуры и старения, обычно от ×1,15 до ×1,25. Для объекта, потребляющего 24 кВтч в день, три дня автономной работы при 70% DOD требуют около 103 кВтч полезного ресурса, или примерно 124 кВтч после коррекции на 20%. Эта цифра обычно намного больше, чем дает расчет «четырехчасового резервного питания», поскольку они отвечают на разные вопросы: один — что делать, когда солнце не появляется в течение трех дней, другой — что делать во время четырехчасового отключения электроэнергии. На автономных объектах имеет смысл только первое. Если его уменьшить, система рухнет при первой же пасмурности — обычно в тот момент, когда связь имеет наибольшее значение; превысите его, и окупаемость растянется до тех пор, пока проект не провалится в бюджетном комитете. Возьмем консервативную цифру облачности; не сокращайте мощность до двух дней, чтобы сэкономить капитал. View Telecom Backup Power Selection