Lưới điện yếu và mất điện thường xuyên: Thiết lập độ sâu xả cho các trạm cơ sở ở Châu Phi

Bài viết

Ngày 22 tháng 8 năm 2017

Khi mức độ khả dụng của lưới điện giảm từ 99% xuống 60%, pin sẽ ngừng ở chế độ chờ và bắt đầu hoạt động hàng ngày. Pin được chỉ định theo giả định của UPS sẽ hỏng trong vòng 18 tháng trên khắp Nigeria, Nam Phi, Ghana và Tanzania — vấn đề là giả định về thuế chứ không phải ở sản phẩm. Bài viết này định lượng độ sâu xả theo vòng đời và đưa ra bảng hệ số công suất theo tính khả dụng của lưới điện.

Một cục pin, hai nhiệm vụ hoàn toàn khác nhau

Các khu thương mại ở Lagos, các tỉnh trên khắp Nam Phi trong quá trình cắt giảm phụ tải, Ghana trong thời kỳ quản lý phụ tải 'dumsor', các vùng ven đô thị của Tanzania và Uganda, và các thị trấn ở phía tây Kenya đều phải đối mặt với thực tế lưới điện giống nhau: thỉnh thoảng mất điện, mất điện nhiều lần trong ngày, trong vài giờ mỗi lần. Điều đó trông giống như một câu hỏi về tần số nhưng nó thay thế toàn bộ chế độ hoạt động của pin. Khi mức độ khả dụng là 99%, pin sẽ xả ít hơn mười lần một năm và nằm lơ lửng; tuổi thọ bị chi phối bởi sự ăn mòn của lưới điện và tuổi thọ thiết kế 12 năm thực sự là 12 năm. Khi mức độ khả dụng là 60%, pin sẽ hoàn thành một hoặc hai chu kỳ đầy đủ mỗi ngày — hơn 500 chu kỳ một năm — và tuổi thọ bị chi phối bởi số lượng chu kỳ. Cùng một sản phẩm có thể có tuổi thọ sử dụng khác nhau hơn năm lần giữa hai nhiệm vụ. Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật mua sắm thường chỉ nêu 'bốn giờ dự phòng' mà không đề cập đến chu kỳ, và sự thiếu sót đó chính xác là lý do tại sao pin sẽ chết sau mười tám tháng.

Mối quan hệ định lượng giữa DOD và cuộc sống

Ảnh hưởng của độ sâu phóng điện đến tuổi thọ của chu trình là hoàn toàn phi tuyến tính và không chỉ đơn giản là vấn đề sử dụng ít hơn để sử dụng lâu hơn. Đối với AGM thông thường, DOD 30% có thể cung cấp khoảng 1.200 chu kỳ, 50% khoảng 600, 80% chỉ khoảng 300 và ít hơn 100% so với 200. Nói cách khác, việc tăng DOD từ 50% lên 80% sẽ tăng năng lượng trên mỗi lần xả lên 60% nhưng giảm một nửa số chu kỳ, do đó tổng thông lượng trọn đời — số chu kỳ nhân với năng lượng trên mỗi chu kỳ — thực sự giảm. Đường cong đó giải thích tại sao 'sử dụng nó sâu hơn' là một ảo tưởng: nó chỉ mua sản phẩm thay thế sớm hơn. Cách tiếp cận đúng là tìm ra DOD giúp tối đa hóa thông lượng trong vòng đời, thường từ 50% đến 70%, tuân theo một hạn chế quan trọng: thời gian nạp lại sau khi phóng điện sâu. Khi lưới điện chỉ tồn tại vài giờ mỗi ngày, mức xả 80% cần hơn 10 giờ để sạc đầy, ngày hôm sau có thể không hoàn thành việc đó và pin thường xuyên bị sạc quá mức cùng với quá trình sunfat hóa tăng tốc - đó là kẻ giết người thực sự.

Tại sao 'Bốn giờ dự phòng' thất bại ở Châu Phi

Bốn giờ dự phòng là con số công suất, không phải con số tuổi thọ và nó không hoạt động khi lưới điện yếu dọc theo ba đường dẫn. Đầu tiên, số chu kỳ bị bỏ qua hoàn toàn: bốn giờ dự phòng ngụ ý khoảng 50% đến 60% DOD, do đó, với một chu kỳ một ngày và 365 chu kỳ một năm, một chu kỳ AGM thông thường được xếp hạng 600 sẽ cạn kiệt trong khoảng hai mươi tháng - gần như chính xác là mười tám tháng được thấy trên thực địa. Thứ hai, khoảng thời gian sạc không đủ: một chuỗi có kích thước cho 4 giờ tải thường chỉ sạc ở 0,1C, do đó, việc tăng từ 50% lên 100% mất hơn 10 giờ, trong khi lưới điện chỉ hiện diện từ 4 đến 6 giờ một ngày; pin không bao giờ được sạc đầy và tồn tại vĩnh viễn trong PSoC. Thứ ba, nhiệt độ làm nó trở nên phức tạp hơn: nhiều địa điểm ở Châu Phi hoạt động ở nhiệt độ từ 35°C đến 45°C, và vòng đời lại bị giảm đi ở những nhiệt độ đó. Xếp chồng ba và bạn nhận được mười tám tháng. Do đó, thông số kỹ thuật phải nêu rõ ba điều cùng nhau: số chu kỳ mục tiêu, khoảng thời gian sạc có sẵn và nhiệt độ môi trường xung quanh địa điểm.

Hệ số công suất theo tính khả dụng của lưới điện

Đây là một bảng bạn có thể sử dụng trực tiếp. Nguyên tắc là công suất được tính toán theo mức thâm hụt năng lượng hàng ngày chứ không phải theo số giờ dự phòng. Khả năng sẵn sàng trên 95%, nhiệm vụ là chế độ chờ thả nổi: kích thước cho tải có thời gian ngừng hoạt động dài nhất, giữ DOD trong vòng 50% và chuỗi thiết bị đầu cuối tiêu chuẩn là đủ. Từ 80% đến 95%, với khoảng một lần ngừng hoạt động từ hai đến bốn giờ mỗi ngày, hãy áp dụng hệ số chu kỳ là 1,2 cộng với số giờ dự phòng và ưu tiên chuỗi chu kỳ sâu (FTC, 100–170Ah, được xếp hạng 1.500 chu kỳ trở lên). Từ 50% đến 80%, pin là động lực chính cho hoạt động đạp xe hàng ngày: áp dụng hệ số từ 1,5 đến 1,8 và chuyển sang chì-cacbon (LLC, 300–1.000Ah, vòng đời gấp bốn đến năm lần trong PSoC) hoặc LiFePO4 (SDA10, phóng điện liên tục 1C). Dưới 50%, địa điểm này thực sự không nối lưới: kích thước cho một chu kỳ đầy đủ mỗi ngày cộng với ba ngày tự chủ trong thời tiết u ám, có nghĩa là chuyển thẳng sang thiết kế lai năng lượng mặt trời - chỉ thêm pin là không kinh tế.

Cây quyết định lựa chọn

Cô đọng phân tích thành bốn bước mà kỹ sư hiện trường có thể làm theo. Bước một, tính khả dụng của lưới điện: trên 95%, sử dụng dòng thiết bị đầu cuối phía trước 12V tiêu chuẩn (6-FMX, 50–200Ah, tuổi thọ thiết kế 12 năm) với chi phí thấp nhất; 80% đến 95%, chu kỳ sâu (FTC) hoặc gel (6-XFMJ, tuổi thọ thiết kế 15 năm, chịu nhiệt và mất nước thấp); 50% đến 80%, sử dụng chì-carbon (LLC, tuổi thọ thiết kế 20 năm, khả năng chấp nhận sạc tốt hơn 30% nên khoảng thời gian sạc hạn chế thực sự được sử dụng); dưới 50%, hãy chuyển sang sử dụng năng lượng mặt trời hybrid và kích cỡ pin để đạp xe hàng ngày. Bước hai, thời điểm sạc: nơi mà lưới điện hiện diện dưới sáu giờ một ngày, khả năng chấp nhận sạc chiếm ưu thế và chì carbon hoặc lithium đánh bại AGM thông thường. Bước ba, nhiệt độ môi trường: liên tục trên 45°C, thích dùng chì-carbon hoặc dòng nhiệt độ cao; nơi nhiệt độ được kiểm soát, lợi thế về thể tích của lithium có thể được sử dụng. Bước bốn, thời gian sử dụng còn lại: địa điểm còn thời hạn thuê dưới 5 năm không cần công nghệ 20 năm — hãy chọn phương án tuân thủ rẻ nhất cho thời hạn còn lại. Sau bốn bước sẽ có rất ít chỗ để tranh luận.

Năm mục bắt buộc trong phần đặc tả

Trong nhiệm vụ của lưới điện yếu, thông số kỹ thuật phải nêu rõ nhiệm vụ chứ không chỉ công suất. Năm mục là bắt buộc và việc bỏ qua bất kỳ mục nào sẽ đưa bạn trở lại chu kỳ thất bại kéo dài mười tám tháng. Đầu tiên, tính khả dụng của lưới điện tính theo tỷ lệ phần trăm, với khoảng thời gian báo cáo được nêu rõ - hàng tháng hoặc hàng năm, vì cả hai tạo ra những số liệu rất khác nhau - và chỉ mục này mới quyết định liệu pin nổi hay quay vòng. Thứ hai, thời gian mất điện một lần dài nhất và số lần mất điện trung bình mỗi ngày, được nêu riêng: thông số thứ nhất xác định công suất, thông số thứ hai xác định vòng đời và hầu hết các thông số kỹ thuật chỉ ghi thông số kỹ thuật đầu tiên. Thứ ba, khoảng thời gian tính phí có sẵn mỗi ngày, đặt ra yêu cầu chấp nhận phí; dưới sáu giờ, công nghệ sạc nhanh là bắt buộc nếu không pin sẽ không bao giờ được sạc đầy. Thứ tư, phạm vi nhiệt độ tại địa điểm, được biểu thị là bên trong tủ chứ không phải ngoài trời, với đỉnh điểm vào mùa hè, vì bên trong tủ thường cao hơn môi trường xung quanh hơn 10°C. Thứ năm, nhắm đến thời hạn sử dụng và thời gian thuê địa điểm còn lại, vì vậy, một địa điểm còn thời hạn thuê ba năm sẽ không được lắp pin 20 năm - đó không phải là sự thận trọng mà là lãng phí. Với năm điều đã nêu, các nhà thầu không còn có thể giấu đằng sau một câu duy nhất về bốn giờ dự phòng và việc đánh giá có cơ sở tương đương. Nhiều dự án thất bại không phải vì chọn sai sản phẩm mà vì thuế chưa bao giờ được quy định cụ thể, nên các nhà cung cấp đưa ra giả định có lợi nhất trong khi các nhà điều hành vận hành địa điểm trong điều kiện thực tế kém thuận lợi nhất. View Telecom Backup Power Selection