หมู่เกาะและสถานที่ห่างไกล: ทำตัวเลขเมื่อดีเซลไม่สามารถขึ้นเขาได้

บทความ

16 มิถุนายน 2563

สำหรับพื้นที่ห่างไกลในมาลุกุ ปาลาวัน และซาบาห์ น้ำมันดีเซลที่ส่งมอบอาจมีราคาสูงกว่าราคาปั๊มหลายเท่า เมื่อรวมการขนส่ง การจัดการ ความสูญเสีย การโจรกรรม และการบำรุงรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้ว ต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของโหลดที่ให้บริการต่อปีจะสร้างคำตอบที่สวนทางกับสัญชาตญาณ และแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าตะกั่ว-คาร์บอนและลิเธียมแต่ละอย่างได้ประโยชน์จากส่วนใด

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลมีราคาเท่าไรบนเกาะ

สถานที่ห่างไกลในเกาะรอบนอกมาลุกุ ปาปัว และสุลาเวสีของอินโดนีเซีย ในปาลาวันและที่ราบสูงมินดาเนาของฟิลิปปินส์ และในพื้นที่ด้านในของซาบาห์และซาราวักใช้ทรัพย์สินร่วมกันเพียงแห่งเดียว นั่นคือ ไม่มีกริดหรือมาถึงเพียงไม่กี่ชั่วโมงต่อวัน การสำรองข้อมูลที่ไซต์เหล่านี้ไม่ใช่การสำรองข้อมูลเลย แต่เป็นการจัดหาหลัก และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลทำงานแปดถึงยี่สิบชั่วโมงต่อวัน ณ จุดนั้นราคาของสายแบตเตอรี่จะไม่เกี่ยวข้อง สิ่งที่สำคัญคือต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงของปริมาณการให้บริการต่อปี ต้นทุนดีเซลที่ส่งมอบมีองค์ประกอบ 5 ประการ ได้แก่ ราคาปั๊ม ค่าขนส่งไปยังท่าเทียบเรือ การขนส่งขาที่สองจากท่าเทียบเรือไปยังไซต์งาน (เรือ รถจักรยานยนต์ การขนย้ายคน) ความสูญเสียและการโจรกรรมในการจัดเก็บ และการบำรุงรักษาเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการยกเครื่องใหม่ ตัดจำหน่ายตามชั่วโมงการทำงาน บริเวณเนินเขาที่ต้องขนของ ขาที่สองเพียงอย่างเดียวสามารถมีราคาน้ำมันหนึ่งถึงสองเท่า เพิ่มการบริการทุกๆ 500 ชั่วโมงและยกเครื่องทุกๆ 5,000 ชั่วโมง และโดยทั่วไปเส้นทางดีเซลจะมีต้นทุนการผลิตดีเซลในเมืองสองถึงสี่เท่าต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง และตัวเลขนั้นเปลี่ยนแปลงไปตามราคาเชื้อเพลิงและความจุด้านลอจิสติกส์ — ตัวแปรที่ไม่มีการควบคุมโดยผู้ปฏิบัติงาน

แปลงราคาแบตเตอรี่เป็นต้นทุนต่อ kWh-ปี

การเปรียบเทียบแบตเตอรี่ไม่มีความหมายเว้นแต่จะแปลงเป็นพื้นฐานทั่วไป การคำนวณที่ถูกต้องจะรวมราคาซื้อ จำนวนการเปลี่ยนทดแทนตลอดอายุการใช้งาน การขนส่งและแรงงานสำหรับการเปลี่ยนแต่ละครั้ง และต้นทุนพลังงานของการสูญเสียประจุ/การคายประจุ จากนั้นหารด้วยความจุที่กำหนด × ความลึกที่คายประจุที่ใช้งานได้ × จำนวนปีของการหมุนเวียน โดยให้ต้นทุนต่อ kWh-ปี ใช้สายไฟ 48V/100Ah อัตรา 4.8 kWh: ที่ระดับความลึก 50% ของการปล่อยประจุ ใช้งานได้เพียง 2.4 kWh เท่านั้น และในรอบรายวันที่ 2.4 kWh ต้องใช้ 365 วัน หากมีการเปลี่ยนสายทุกๆ สามปี การซื้อทั้งสามครั้งจะนับด้วย ไม่ใช่แค่ครั้งแรกเท่านั้น ขั้นตอนเดียวนี้เปิดเผยข้อผิดพลาดทั่วไปสองประการ: ถือว่าความจุที่กำหนดเป็นกำลังการผลิตที่ใช้ได้ และถือว่าอายุการใช้งานของการออกแบบเป็นอายุการใช้งานของวงจร ภายใต้การปั่นจักรยานในแต่ละวัน แบตเตอรี่ที่ใช้งานได้นาน 12 ปีอาจใช้งานได้เพียง 300 ถึง 500 รอบเท่านั้น ซึ่งจะหมดภายในหนึ่งปี

เหตุใดสารตะกั่วคาร์บอนจึงเหมาะกับการปั่นจักรยานทุกวัน

ภายใต้วงจรการปล่อยประจุหนึ่งรอบต่อวันโดยมีระยะเวลานานในสถานะประจุบางส่วน AGM ธรรมดาจะล้มเหลวอย่างเห็นได้ชัด: แผ่นซัลเฟตเชิงลบจะเกิดอย่างรวดเร็วใน PSoC ทำให้เกิดผลึกตะกั่วซัลเฟตที่มีความหนาแน่นสูงซึ่งแรงดันไฟฟ้าประจุปกติไม่สามารถลดลงได้ ดังนั้นความจุจึงสูญเสียไปอย่างถาวร ตะกั่วคาร์บอนจัดการเรื่องนี้โดยตรงโดยการเติมถ่านกัมมันต์ลงในเพลตขั้วลบ ทำให้เกิดกลไกการจัดเก็บประจุไฟฟ้าและเคมีไฟฟ้ารวมกัน ดังนั้นกระแสประจุจึงใช้เส้นทางประจุไฟฟ้าได้ดีกว่า และซัลเฟตจะไม่สะสมบนพื้นผิวแผ่น ซีรีส์ LLC (300–1,000Ah, 6 รุ่น, 2V) ใช้เทคโนโลยีการเก็บประจุแบบตะกั่ว-คาร์บอนซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าผลิตภัณฑ์ทั่วไปในหน้าที่ PSoC ถึง 4-5 เท่า การรับประจุดีขึ้นประมาณ 30% และอายุการใช้งานการออกแบบ 20 ปี สำหรับไซต์บนเกาะ การชาร์จที่เร็วขึ้น 30% อาจมีความสำคัญมากกว่าอายุการใช้งาน: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานเพียงไม่กี่ชั่วโมงต่อวัน หน้าต่างการชาร์จสั้น และการยอมรับการชาร์จจะกำหนดปริมาณพลังงานที่กู้คืนได้ในแต่ละวัน ดังนั้นไซต์จะยังคงอยู่จนถึงช่วงการสร้างครั้งถัดไปหรือไม่

เมื่อลิเธียมคือคำตอบที่ถูกต้อง

ลิเธียมไม่ใช่ตะกั่ว-คาร์บอนที่ได้รับการอัพเกรด มันเป็นขอบเขตการบังคับใช้ที่แตกต่างกัน ระบบ LiFePO4 48V (ซีรีส์ SDA10, 50–200Ah, สี่รุ่น) ให้การปล่อย 1C อย่างต่อเนื่องและมีอายุการใช้งานยาวนานมากที่หนึ่งในสามถึงครึ่งหนึ่งของปริมาตรและน้ำหนักของความจุกรดตะกั่วที่เท่ากัน สถานการณ์สามประการที่สนับสนุนลิเธียม ได้แก่ สถานที่ที่มีพื้นที่จำกัดหรือพื้นที่รับน้ำหนัก เช่น ตู้ขนาดเล็กที่ติดตั้งบนแท่นทาวเวอร์ซึ่งกรดตะกั่วจะไม่พอดี การใช้งานที่ต้องการกระแสไฟฟ้าชั่วขณะสูง โดยที่ 1C หมายถึงสตริง 100Ah สามารถส่งกระแสไฟ 100A ได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งกรดตะกั่วไม่สามารถทำได้ในปริมาตรเดียวกัน และไซต์งานที่มีอายุการใช้งานเกินสิบปีและค่าขนส่งที่สูงมาก โดยต้นทุนแรกที่สูงจะถูกชดเชยด้วยการเปลี่ยนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สองครั้ง ในทางกลับกัน ที่ไซต์งานซึ่งมีอุณหภูมิแวดล้อมสูงกว่า 45°C โดยไม่มีการจัดการความร้อน ข้อได้เปรียบด้านอายุการใช้งานของลิเธียมจะกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว และความทนทานต่อความร้อนของตะกั่ว-คาร์บอนจะเชื่อถือได้มากขึ้น การทดสอบไม่ใช่ว่าเทคโนโลยีใดล้ำหน้ากว่า แต่การทดสอบใดในสามอย่าง ได้แก่ อุณหภูมิ ความถี่ในการปั่นจักรยาน ต้นทุนการขนส่ง ที่แพงที่สุดในพื้นที่นั้น

โทโพโลยีไฮบริดสามแบบ

ไซต์เกาะแทบไม่เคยทำงานบนแหล่งเดียว และตัวเลือกโทโพโลยีจะกำหนดประสิทธิภาพโดยรวม ประเภทแรกคือดีเซลหลักที่มีบัฟเฟอร์แบตเตอรี่: เครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานต่อโหลดและแบตเตอรี่ครอบคลุมช่องว่างการเปลี่ยนแปลงและการหยุดเครื่องข้ามคืน ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งเพิ่มต่ำที่สุด เหมาะสำหรับโหลดขนาดเล็กที่สามารถจ่ายเชื้อเพลิงได้แต่ไม่มีโครงข่ายทั้งหมด ประการที่สองคือพลังงานแสงอาทิตย์บวกแบตเตอรี่และสแตนด์บายดีเซล: PV ทำหน้าที่โหลดและชาร์จแบตเตอรี่ตามวัน คายประจุแบตเตอรี่ในเวลากลางคืน และดีเซลจะเริ่มทำงานหลังจากมืดครึ้มเป็นเวลานานหรือแบตเตอรี่หมดเท่านั้น ชั่วโมงการทำงานของดีเซลอาจลดลงต่ำกว่าสองครั้งต่อวันโดยเป็นการประหยัดเชื้อเพลิงได้มากที่สุด แต่จำเป็นต้องมีพื้นที่ที่เพียงพอและการป้องกันฝุ่น ประการที่สามคือพลังงานแสงอาทิตย์ที่หมุนเวียนได้อย่างสมบูรณ์พร้อมแบตเตอรี่และรูปแบบลมขนาดเล็ก ใช้งานได้เฉพาะเมื่อความเร็วลมต่อปีคงที่และปริมาณโหลดน้อย ซึ่งใช้งานได้จริงอย่างจำกัดในแถบมรสุมเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ สิ่งที่ทั้งสามมีร่วมกันก็คือแบตเตอรี่จะย้ายจากโหมดสแตนด์บายไปเป็นเครื่องขับเคลื่อนหลักแบบหมุนเวียนรายวัน ดังนั้นวงจรชีวิต การยอมรับประจุ และพฤติกรรมที่อุณหภูมิสูงจะตัดสินความประหยัดของระบบ ไม่ใช่ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การปรับขนาดแบตเตอรี่ในระบบไฮบริด

ความจุของแบตเตอรี่ในระบบไฮบริดจะต้องปรับขนาดให้อยู่ในระยะเวลาที่ยาวนานที่สุดโดยไม่ต้องชาร์จใหม่ ไม่ใช่เพื่อสำรองชั่วโมง — และทั้งสองคำตอบอาจแตกต่างกันด้วยปัจจัยสองเท่า การคำนวณมีสี่ขั้นตอน ประการแรก การใช้พลังงานรายวัน: โหลดเป็นกิโลวัตต์ × 24 ชั่วโมง โดยสังเกตว่าโหลดกลางวันและกลางคืนมักจะแตกต่างกัน และควรคำนวณแยกกันแล้วจึงสรุป ประการที่สอง ช่วงที่มีเมฆครึ้มติดต่อกันยาวนานที่สุด คือ 2-3 วันในแถบมรสุมเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ โดย 3 วันเป็นแบบอนุรักษ์นิยม ที่ราบสูงแอฟริกาตะวันออกมีเมฆปกคลุมหลากหลายมากขึ้น ดังนั้นควรเพิ่มวันเข้าไปด้วย ประการที่สาม ข้อกำหนดกำลังการผลิตที่ใช้ได้ = ปริมาณการใช้รายวัน × วันที่มืดครึ้ม KW ความลึกของการปล่อยที่อนุญาต โดย DOD ที่ 70% ประการที่สี่ ใช้การแก้ไขอุณหภูมิและการเสื่อมสภาพ โดยทั่วไปคือ ×1.15 ถึง ×1.25 สำหรับไซต์งานที่ใช้พลังงาน 24 kWh ต่อวัน การทำงานอัตโนมัติสามวันที่ 70% DOD ต้องใช้พลังงานประมาณ 103 kWh เพื่อใช้งานได้ หรือประมาณ 124 kWh หลังจากแก้ไข 20% ตัวเลขดังกล่าวมักจะมากกว่าการคำนวณ 'การสำรองข้อมูลสี่ชั่วโมง' อย่างมาก เนื่องจากทั้งสองตอบคำถามที่แตกต่างกัน: หนึ่งคือจะทำอย่างไรเมื่อดวงอาทิตย์ไม่ปรากฏเป็นเวลาสามวัน อีกประการหนึ่งคือจะทำอย่างไรในระหว่างไฟฟ้าดับสี่ชั่วโมง ที่ไซต์นอกระบบ เฉพาะไซต์แรกเท่านั้นที่มีความหมาย ปรับขนาดให้เล็กลงและระบบจะพังทลายลงในช่วงที่มีเมฆครึ้มครั้งแรก โดยปกติแล้วการสื่อสารจะมีความสำคัญมากที่สุดในขณะนี้ มีขนาดใหญ่เกินไปและการคืนทุนจะยืดเยื้อจนกระทั่งโครงการล้มเหลวที่คณะกรรมการงบประมาณ ใช้ร่างที่มืดครึ้มแบบอนุรักษ์นิยม ไม่ตัดกำลังการผลิตเหลือสองวันเพื่อประหยัดทุน View Telecom Backup Power Selection