กริดที่อ่อนแอและการหยุดทำงานบ่อยครั้ง: การตั้งค่าความลึกของการคายประจุสำหรับสถานีฐานในแอฟริกา

บทความ

22 สิงหาคม 2017

เมื่อความพร้อมใช้งานของกริดลดลงจาก 99% เป็น 60% แบตเตอรี่จะหยุดสแตนด์บายและเริ่มหมุนเวียนทุกวัน แบตเตอรี่ที่ระบุไว้ในสมมติฐานของ UPS จะใช้งานไม่ได้ภายในสิบแปดเดือนทั่วไนจีเรีย แอฟริกาใต้ กานา และแทนซาเนีย ปัญหาอยู่ที่สมมติฐานด้านภาษี ไม่ใช่ตัวผลิตภัณฑ์ บทความนี้จะระบุปริมาณความลึกของการคายประจุเทียบกับอายุการใช้งานของวงจร และให้ตารางปัจจัยด้านความจุตามความพร้อมใช้งานของกริด

แบตเตอรี่หนึ่งก้อน สองหน้าที่ที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง

เขตการค้าของลากอส จังหวัดต่างๆ ทั่วแอฟริกาใต้ระหว่างการลดปริมาณโหลด กานาผ่านช่วง 'คนโง่' ในการจัดการโหลด ขอบเมืองของแทนซาเนียและยูกันดา และเมืองต่างๆ ทางตะวันตกของเคนยา ล้วนเผชิญกับความเป็นจริงของระบบกริดแบบเดียวกัน กล่าวคือ ไฟฟ้าไม่ได้ดับเป็นครั้งคราว และดับหลายครั้งต่อวันเป็นเวลาหลายชั่วโมงในแต่ละครั้ง ดูเหมือนคำถามเรื่องความถี่ แต่จะแทนที่โหมดการทำงานทั้งหมดของแบตเตอรี่ หากความพร้อมอยู่ที่ 99% แบตเตอรี่จะคายประจุน้อยกว่าสิบครั้งต่อปีและลอยอยู่ ชีวิตถูกควบคุมโดยการกัดกร่อนของกริด และชีวิตการออกแบบสิบสองปีก็คือสิบสองปีจริงๆ ในกรณีที่มีความพร้อมอยู่ที่ 60% แบตเตอรี่จะทำงานได้หนึ่งหรือสองรอบทุกวัน — มากกว่า 500 รอบต่อปี — และอายุการใช้งานจะขึ้นอยู่กับจำนวนรอบ ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันอาจมีอายุการใช้งานที่แตกต่างกันได้มากกว่าห้าเท่าระหว่างหน้าที่ทั้งสอง แต่ข้อกำหนดด้านการจัดซื้อมักจะระบุว่า 'การสำรองข้อมูลสี่ชั่วโมง' โดยไม่กล่าวถึงรอบการทำงาน และการละเว้นนั้นเป็นสาเหตุว่าทำไมแบตเตอรี่ถึงหมดเมื่ออายุสิบแปดเดือน

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่าง DOD และชีวิต

ผลกระทบของความลึกของการคายประจุต่ออายุการใช้งานของวงจรนั้นไม่เป็นเชิงเส้นอย่างมาก และไม่ใช่แค่เรื่องของการใช้ให้น้อยลงเพื่อให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น สำหรับ AGM แบบทั่วไป DOD 30% อาจให้ประมาณ 1,200 รอบ, 50% ประมาณ 600 รอบ, 80% เพียงประมาณ 300 และ 100% น้อยกว่า 200 กล่าวอีกนัยหนึ่ง การเพิ่ม DOD จาก 50% เป็น 80% จะเพิ่มพลังงานต่อการปล่อยประจุ 60% แต่ลดจำนวนรอบลงครึ่งหนึ่ง ดังนั้นปริมาณงานตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด - รอบคูณพลังงานต่อรอบ - ลดลงจริง ๆ เส้นโค้งดังกล่าวอธิบายว่าทำไม 'ใช้ให้ลึกยิ่งขึ้น' จึงเป็นภาพลวงตา: มันแค่ซื้ออุปกรณ์ทดแทนเร็วกว่า แนวทางที่ถูกต้องคือการค้นหา DOD ที่จะช่วยเพิ่มปริมาณงานตลอดอายุการใช้งาน โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 50% ถึง 70% โดยขึ้นอยู่กับข้อจำกัดที่สำคัญ นั่นคือ เวลาชาร์จใหม่หลังจากการคายประจุจนหมด ในกรณีที่กริดปรากฏเพียงไม่กี่ชั่วโมงต่อวัน การคายประจุ 80% ต้องใช้เวลามากกว่า 10 ชั่วโมงในการชาร์จจนเต็ม วันถัดไปอาจชาร์จไม่เต็ม และแบตเตอรี่มีประจุต่ำเกินไปอย่างเรื้อรังด้วยการเร่งซัลเฟต ซึ่งคือฆาตกรตัวจริง

เหตุใด 'การสำรองข้อมูลสี่ชั่วโมง' จึงล้มเหลวในแอฟริกา

การสำรองข้อมูลสี่ชั่วโมงถือเป็นตัวเลขของความจุ ไม่ใช่ตัวเลขของชีวิต และล้มเหลวในหน้าที่กริดที่อ่อนแอตลอดสามเส้นทาง ประการแรก จำนวนรอบจะถูกละเว้นโดยสิ้นเชิง: การสำรองข้อมูลสี่ชั่วโมงหมายถึง DOD ประมาณ 50% ถึง 60% ดังนั้นในหนึ่งรอบต่อวันและ 365 รอบต่อปี AGM แบบเดิมที่ได้รับการจัดอันดับ 600 รอบจะหมดลงในเวลาประมาณยี่สิบเดือน เกือบจะเท่ากับสิบแปดเดือนที่เห็นในภาคสนามพอดี ประการที่สอง กรอบเวลาการชาร์จไม่เพียงพอ: สายขนาดสำหรับการโหลดสี่ชั่วโมงมักจะชาร์จที่เพียง 0.1C ดังนั้นการชาร์จจาก 50% ถึง 100% ใช้เวลามากกว่าสิบชั่วโมง ในขณะที่ตารางกริดมีอยู่เพียงสี่ถึงหกชั่วโมงต่อวัน แบตเตอรี่ไม่เคยชาร์จจนเต็มและมีอายุการใช้งานใน PSoC อย่างถาวร ประการที่สาม ให้ความร้อนประกอบ: พื้นที่ในแอฟริกาหลายแห่งมีอุณหภูมิ 35°C ถึง 45°C และอายุการใช้งานของวงจรจะลดลงอีกครั้งที่อุณหภูมิเหล่านั้น ซ้อนสามและคุณจะได้รับสิบแปดเดือน ข้อมูลจำเพาะจึงต้องระบุสามสิ่งร่วมกัน: จำนวนรอบเป้าหมาย ระยะเวลาการชาร์จที่ใช้ได้ และอุณหภูมิโดยรอบไซต์

ปัจจัยด้านความจุตามความพร้อมใช้งานของกริด

นี่คือตารางที่คุณสามารถใช้ได้โดยตรง หลักการคือ ความจุจะขึ้นอยู่กับการขาดพลังงานรายวัน ไม่ใช่ชั่วโมงสำรอง ความพร้อมใช้งานสูงกว่า 95% หน้าที่คือสแตนด์บายแบบลอย: ขนาดจนถึงเวลาหยุดทำงานครั้งเดียวที่ยาวที่สุด โหลด, DOD ไว้ภายใน 50% และซีรีย์เทอร์มินัลส่วนหน้ามาตรฐานก็เพียงพอแล้ว ระหว่าง 80% ถึง 95% โดยมีการหยุดทำงานประมาณสองถึงสี่ชั่วโมงต่อวัน ให้ใช้ปัจจัยการหมุนเวียน 1.2 เพิ่มเติมจากชั่วโมงสำรอง และต้องการซีรีส์รอบลึก (FTC, 100–170Ah, อัตรา 1,500 รอบขึ้นไป) ระหว่าง 50% ถึง 80% แบตเตอรี่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักแบบหมุนเวียนรายวัน: ใช้แฟกเตอร์ 1.5 ถึง 1.8 และเปลี่ยนเป็นตะกั่วคาร์บอน (LLC, 300–1,000Ah, อายุการใช้งานวงจร 4 ถึงห้าเท่าใน PSoC) หรือ LiFePO4 (SDA10, การคายประจุ 1C อย่างต่อเนื่อง) พื้นที่ต่ำกว่า 50% ไซต์อยู่นอกเครือข่ายอย่างมีประสิทธิภาพ: ขนาดสำหรับหนึ่งรอบต่อวันบวกกับอิสระสามวันผ่านสภาพอากาศที่มืดครึ้ม ซึ่งหมายความว่ามุ่งตรงไปที่การออกแบบไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์ - การเพิ่มแบตเตอรี่เพียงอย่างเดียวไม่ประหยัด

แผนผังการตัดสินใจคัดเลือก

ย่อการวิเคราะห์ออกเป็นสี่ขั้นตอนที่วิศวกรไซต์สามารถปฏิบัติตามได้ ขั้นตอนที่หนึ่ง ความพร้อมใช้งานของกริด: มากกว่า 95% ใช้ซีรีส์เทอร์มินัลด้านหน้า 12V มาตรฐาน (6-FMX, 50–200Ah อายุการใช้งานการออกแบบ 12 ปี) ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด 80% ถึง 95% ใช้วงจรดีพ (FTC) หรือเจล (6-XFMJ อายุการใช้งานการออกแบบ 15 ปี ทนความร้อนและสูญเสียน้ำต่ำ) 50% ถึง 80% ใช้ตะกั่วคาร์บอน (LLC อายุการออกแบบ 20 ปี การยอมรับการชาร์จดีขึ้น 30% ดังนั้นจึงใช้หน้าต่างการชาร์จที่จำกัดได้จริง) ต่ำกว่า 50% เปลี่ยนไปใช้โซลาร์ไฮบริดและปรับขนาดแบตเตอรี่สำหรับการปั่นจักรยานทุกวัน ขั้นตอนที่สอง กรอบเวลาในการชาร์จ: ในกรณีที่กริดมีอยู่ต่ำกว่าหกชั่วโมงต่อวัน การยอมรับประจุจะครอบงำ และตะกั่ว-คาร์บอนหรือลิเธียมมีชัยเหนือการประชุมสามัญทั่วไป ขั้นตอนที่สาม อุณหภูมิแวดล้อม: สูงกว่า 45°C อย่างต่อเนื่อง เลือกใช้ตะกั่วคาร์บอนหรือซีรีย์ที่มีอุณหภูมิสูง เมื่อมีการควบคุมอุณหภูมิ สามารถใช้ข้อได้เปรียบด้านปริมาตรของลิเธียมได้ ขั้นตอนที่สี่ อายุการใช้งานที่เหลืออยู่: ไซต์ที่มีสัญญาเช่าเหลือน้อยกว่าห้าปีไม่จำเป็นต้องมีเทคโนโลยียี่สิบปี ให้ใช้ตัวเลือกที่ตรงตามมาตรฐานที่ถูกที่สุดสำหรับระยะเวลาที่เหลือ หลังจากสี่ก้าวก็มีพื้นที่ให้โต้แย้งเพียงเล็กน้อย

ห้ารายการบังคับในข้อกำหนด

ในหน้าที่แบบกริดอ่อน ข้อกำหนดจะต้องระบุหน้าที่ ไม่ใช่เฉพาะกำลังการผลิต จำเป็นต้องมีห้ารายการ และการละเว้นรายการใดรายการหนึ่ง คุณจะเข้าสู่รอบความล้มเหลวสิบแปดเดือน ขั้นแรก ความพร้อมใช้งานของกริดเป็นเปอร์เซ็นต์ โดยมีระยะเวลาการรายงานระบุไว้ — รายเดือนหรือรายปี เนื่องจากทั้งสองสร้างตัวเลขที่แตกต่างกันมาก — และรายการนี้เพียงอย่างเดียวจะตัดสินว่าแบตเตอรี่ลอยหรือเป็นรอบ ประการที่สอง ระยะเวลาไฟฟ้าดับครั้งเดียวที่ยาวที่สุดและการหยุดทำงานโดยเฉลี่ยต่อวัน มีการระบุแยกกัน: ค่าแรกกำหนดความจุ ส่วนค่าที่สองกำหนดอายุการใช้งานของวงจร และข้อกำหนดส่วนใหญ่จะบันทึกเฉพาะค่าแรกเท่านั้น ประการที่สาม หน้าต่างการชาร์จที่พร้อมใช้งานต่อวัน ซึ่งกำหนดข้อกำหนดการยอมรับการเรียกเก็บเงิน ต่ำกว่าหกชั่วโมง จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีชาร์จเร็ว มิฉะนั้นแบตเตอรี่จะชาร์จไม่เต็ม ประการที่สี่ ช่วงอุณหภูมิไซต์ ระบุว่าเป็นภายในตู้มากกว่ากลางแจ้ง โดยจะมีจุดสูงสุดในฤดูร้อน เนื่องจากโดยทั่วไปภายในตู้จะมีอุณหภูมิสูงกว่าสภาพแวดล้อมโดยรอบมากกว่า 10°C ประการที่ห้า เป้าหมายอายุการใช้งานและการเช่าไซต์ที่เหลืออยู่ ดังนั้นไซต์ที่มีสัญญาเช่าเหลือสามปีจะไม่เหมาะกับแบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยี่สิบปี นั่นไม่ใช่ความรอบคอบ แต่เป็นการสูญเสีย จากที่กล่าวมาทั้ง 5 ข้อ ผู้ประมูลไม่สามารถซ่อนอยู่เบื้องหลังประโยคเดียวได้อีกต่อไปในการสำรองข้อมูลประมาณ 4 ชั่วโมง และการประเมินก็มีพื้นฐานที่เทียบเคียงได้ โครงการจำนวนมากล้มเหลวไม่ใช่เพราะเลือกผลิตภัณฑ์ผิด แต่เนื่องจากไม่เคยระบุหน้าที่ ดังนั้นซัพพลายเออร์จึงเสนอราคาโดยเทียบกับสมมติฐานที่ดีที่สุดในขณะที่ผู้ปฏิบัติงานดำเนินการไซต์งานภายใต้ความเป็นจริงที่เอื้ออำนวยน้อยที่สุด View Telecom Backup Power Selection