تُستخدم مولدات الديزل على نطاق واسع لتوليد الطاقة خارج الشبكة، لكن تكاليف الوقود تمثل نفقات تشغيل كبيرة. يمكن أن يؤدي تخزين البطارية المدمج مع أنظمة المولدات إلى تقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية عن طريق تقليل وقت تشغيل المولد وتشغيل المولدات عند نقاط الكفاءة المثلى. قامت Injet HanCang بتطوير أنظمة هجينة تعمل على تقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطاريات عبر تطبيقات التعدين والاتصالات والتطبيقات الصناعية. تعرض هذه المقالة النهج الفني وبيانات توفير الوقود والتحليل الاقتصادي.
يعمل تخزين البطارية على تقليل استهلاك الديزل من خلال ثلاث آليات.
الآلية الأولى هي تسوية التحميل. تعمل المولدات بشكل غير فعال عند التحميل الجزئي. تبلغ كفاءة مولد الديزل النموذجي ثلاثين بالمائة فقط عند حمل عشرين بالمائة ولكنه يصل إلى أربعين بالمائة عند حمل ثمانين بالمائة. باستخدام تخزين البطارية للتعامل مع فترات الحمل المنخفض، يمكن إيقاف تشغيل المولد أو تشغيله بحمل أعلى، مما يقلل من استهلاك الوقود لكل كيلووات ساعة يتم إنتاجه.
الآلية الثانية هي ذروة الحلاقة. يجب أن تكون المولدات ذات حجم مناسب للأحمال القصوى، والتي قد تحدث لبضع ساعات فقط في اليوم. يعمل المولد بحمل منخفض معظم اليوم. يوفر تخزين البطارية الحمل الأقصى، مما يسمح لمولد أصغر بالعمل بمتوسط حمل أعلى. يتمتع المولد الأصغر باستهلاك وقود أقل من المولد الأكبر عند نفس متوسط الحمل. الآلية الثالثة هي تقليل بدء تشغيل المولد. تستهلك المولدات الوقود أثناء فترات التشغيل والإحماء. وباستخدام تخزين البطارية لسد احتياجات الطاقة قصيرة الأمد، يبدأ المولد العمل مرات أقل في اليوم. تُظهر بيانات Injet HanCang أن تقليل عمليات البدء من أربعة وعشرين يوميًا إلى ستة يوميًا يوفر ما يقرب من خمسة بالمائة من الوقود من خلال تقليل استهلاك بدء التشغيل.
قامت Injet HanCang بقياس توفير الوقود عبر العديد من التركيبات المصممة لتقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية. ويبين الجدول أدناه بيانات من ثلاثة مواقع تمثيلية. نوع الموقع حجم المولد حجم البطارية الوقود السابق في اليوم الوقود الحالي في اليوم توفير الوقود برج الاتصالات 50 كيلووات 200 كيلووات في الساعة 110 لترًا 38 لترًا 65 بالمائة معسكر المنجم 300 كيلووات 1000 كيلووات في الساعة 580 لترًا 210 لترًا 64 بالمائة ضخ المياه 150 كيلووات 500 كيلووات في الساعة 310 لترًا 115 لترًا 63 بالمائة كان موقع برج الاتصالات يعمل سابقًا مولد بقدرة خمسين كيلووات بشكل مستمر لتشغيل حمولة عشرين كيلووات. تم تشغيل المولد بحمل قدره أربعين بالمائة، محققًا كفاءة تبلغ اثنين وثلاثين بالمائة. مع تخزين البطارية، يعمل المولد ست ساعات فقط يوميًا بحمولة كاملة لإعادة شحن البطارية. ويعمل المولد الآن بقدرة خمسين كيلووات، محققًا كفاءة بنسبة ثمانية وثلاثين بالمائة. انخفض استهلاك الوقود لكل كيلووات/ساعة يتم تسليمها من صفر فاصلة أربعة لترين إلى صفر فاصلة واحد خمسة لترات.
يستخدم Injet HanCang خوارزمية تحكم تنبؤية لتقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية. تأخذ الخوارزمية في الاعتبار ثلاثة مدخلات: حالة شحن البطارية الحالية، وتوقعات الحمل للساعات الست القادمة، ومنحنى استهلاك الوقود للمولد. تقوم الخوارزمية بحساب وقت بدء تشغيل المولد الأمثل ومدة التشغيل. الهدف هو الحفاظ على حالة شحن البطارية بين أربعين وثمانين بالمائة مع تقليل إجمالي استهلاك الوقود. تم تطوير خوارزمية التحكم باستخدام بيانات من ثلاث سنوات من العمل الميداني. تتضمن الخوارزمية وظيفة تعليمية تقوم بضبط التوقعات بناءً على أنماط التحميل الفعلية. على سبيل المثال، إذا كان الموقع يواجه باستمرار أحمالًا أعلى في فترة ما بعد الظهر، فإن الخوارزمية تبدأ تشغيل المولد مبكرًا لإعادة شحن البطارية قبل فترة التحميل القصوى. تعمل وظيفة التعلم على تقليل خطأ التنبؤ من خمسة عشر بالمائة إلى خمسة بالمائة خلال الشهر الأول من التشغيل.
تقوم Injet HanCang أيضًا بتنفيذ نظام مراقبة استهلاك الوقود. يقوم النظام بقياس معدل تدفق الوقود أثناء تشغيل المولد ويسجل الاستهلاك التراكمي. يمكن للمشغلين عرض بيانات استهلاك الوقود في الوقت الفعلي ومقارنتها بالبيانات التاريخية. يوفر نظام المراقبة تنبيهات في حالة انحراف استهلاك الوقود عن القيم المتوقعة، مما يشير إلى مشكلات الصيانة المحتملة.
تعتمد الفائدة الاقتصادية لتقليل تكلفة الديزل مع تخزين البطارية على سعر الوقود وتكلفة النظام وساعات التشغيل. طورت شركة Injet HanCang نموذجًا اقتصاديًا لموقع تعدين نموذجي بمتوسط حمل يبلغ مائة وخمسين كيلووات ومولدًا بقدرة ثلاثمائة كيلووات. يستخدم النموذج نظام تخزين البطارية بقدرة خمسمائة كيلووات في الساعة وعاكس بقدرة مائة وخمسين كيلووات. افتراضات النموذج هي كما يلي. سعر الديزل هو فاصلة دولارين للتر الواحد. تبلغ تكلفة صيانة المولد اثني عشر ألف دولار سنويًا لحالة المولد فقط وستة آلاف دولار سنويًا للحالة الهجينة بسبب انخفاض وقت التشغيل. تكلفة نظام البطارية مائتي ألف دولار. تكلفة الانفرتر خمسون ألف دولار. تكلفة التركيب والتشغيل ثلاثون ألف دولار. التكلفة الإجمالية للنظام مائتان وثمانون ألف دولار. ويبلغ استهلاك الوقود السنوي لحالة المولد فقط مائة وثلاثين ألف لتر، بتكلفة مائة وستة وخمسين ألف دولار. ويبلغ استهلاك الوقود السنوي للحالة الهجينة ستة وأربعين ألف لتر، بتكلفة خمسة وخمسين ألف دولار. توفير الوقود هو مائة ألف دولار سنويا. توفير الصيانة هو ستة آلاف دولار سنويا. إجمالي الادخار السنوي هو مائة وسبعة آلاف دولار. فترة الاسترداد هي سنتان وستة سنوات.
ظهرت العديد من الأفكار التقنية من مشاريع Injet HanCang المصممة لتقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية. الفكرة الأولى هي أن حجم البطارية يؤثر بشكل كبير على توفير الوقود. تتطلب البطارية الصغيرة جدًا تشغيل المولد بشكل متكرر، مما يقلل من توفير تكاليف بدء التشغيل. تؤدي البطارية الكبيرة جدًا إلى زيادة التكلفة الأولية دون توفير الوقود بشكل متناسب. توصي Injet HanCang بسعة بطارية تتراوح من أربع إلى ست ساعات من الحمل المتوسط لتقليل استهلاك الوقود بشكل مثالي. يوفر هذا الحجم مساحة تخزين كافية للأحمال الليلية مع الحفاظ على تكلفة البطارية ضمن الحدود الاقتصادية. الفكرة الثانية هي أن اختيار المولد مهم. تتمتع المولدات ذات التحكم الإلكتروني ونسب الضغط العالية بكفاءة تحميل جزئي أفضل.
تحدد Injet HanCang مولدات ذات سرعة تشغيل متغيرة للتطبيقات الهجينة. يقوم المولد متغير السرعة بضبط سرعة المحرك لتتناسب مع مخرجات الطاقة المطلوبة، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بنسبة خمس إلى ثماني نقاط مئوية مقارنة بالمولدات ذات السرعة الثابتة. الفكرة الثالثة هي أن درجة الحرارة المحيطة تؤثر على استهلاك الوقود. تستهلك المولدات المزيد من الوقود عند درجات الحرارة المحيطة المرتفعة بسبب انخفاض كثافة الهواء. يسمح تخزين البطارية للمولد بالعمل خلال الفترات الباردة من اليوم، عندما يعمل المولد بكفاءة أكبر. تشتمل أنظمة Injet HanCang على جدولة درجة الحرارة التي تعطي الأولوية لتشغيل المولد خلال ساعات الصباح الباكر في المناخات الحارة. تعمل هذه الجدولة على تقليل استهلاك الوقود بنسبة أربعة بالمائة إضافية.
قام أحد مواقع التعدين في غرب أستراليا بتطبيق نظام Injet HanCang لتقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية. قام الموقع سابقًا بتشغيل مولدين بقدرة ثلاثمائة كيلووات بالتوازي لتوفير حمل متوسط قدره مئتين وخمسين كيلووات. وصلت الأحمال القصوى إلى ستمائة كيلووات أثناء عمليات الحفر. ويستهلك الموقع مائة وسبعين ألف لتر من مادة الديزل شهرياً بتكلفة مائتي ألف دولار. قامت Injet HanCang بتركيب نظام تخزين بطارية بقدرة ألف كيلووات في الساعة مع عاكس بقدرة خمسمائة كيلووات. تم الاحتفاظ بالمولدات الموجودة ولكن تم تشغيلها مرة واحدة فقط. توفر البطارية الحمل خلال فترات انخفاض الطلب وتساعد خلال فترات ذروة الطلب. يعمل المولد لمدة ست ساعات يوميا، ويعيد شحن البطارية أثناء إمداد الحمولة. وبعد اثني عشر شهراً من التشغيل، خفض الموقع استهلاك الديزل إلى ثمانية وخمسين ألف لتر شهرياً. وانخفضت تكلفة الوقود الشهرية إلى سبعين ألف دولار. ويبلغ التوفير السنوي في الوقود مائة واثنان وثلاثون ألف لتر، بقيمة مائة وثمانية وخمسين ألف دولار. وكانت فترة استرداد النظام اثنين وعشرين شهرا. امتدت فترة صيانة المولد من ألف ساعة إلى ثلاثة آلاف ساعة بسبب انخفاض وقت التشغيل.
تتراوح فترة الاسترداد من سنتين إلى خمس سنوات حسب سعر الوقود وتكلفة النظام. عادةً ما تحقق المواقع التي تزيد أسعار الديزل فيها عن دولار واحد للتر الاسترداد في غضون ثلاث سنوات.
نعم، توفر Injet HanCang أنظمة تحديثية تضيف سعة تخزين البطارية والتحكم إلى المولدات الموجودة. يجب أن يحتوي المولد الحالي على أدوات تحكم متوافقة لبدء التشغيل والتوقف عن بعد. تتمتع معظم المولدات المصنعة بعد عام 2015 بهذه القدرة.
يتطلب نظام البطارية الحد الأدنى من الصيانة مقارنة بالمولد. يوصى باختبار القدرة السنوية والفحص البصري. يتطلب نظام التبريد تنظيف الفلتر كل ثلاثة أشهر.
لا، تخزين البطارية يقلل من وقت تشغيل المولد ولكنه لا يلغيه. يجب تشغيل المولد بشكل دوري لإعادة شحن البطارية. تعمل أنظمة Injet HanCang عادةً على تقليل وقت تشغيل المولد بنسبة ستين إلى سبعين بالمائة.
بالنسبة للأنظمة التي تحتوي على الطاقة الشمسية الكهروضوئية، يبدأ تشغيل المولد تلقائيًا عندما تنخفض حالة شحن البطارية عن الحد المحدد. يعمل النظام في وضع شحن المولد حتى يتم إعادة شحن البطارية بشكل كافٍ.
تثبت أنظمة Injet HanCang أن تخزين البطارية يقلل بشكل كبير من تكلفة الديزل من خلال تخزين البطارية من خلال تسوية الحمل، وقص الذروة، وتقليل تشغيل المولد. تُظهر البيانات الميدانية توفيرًا في الوقود بنسبة تتراوح بين ثلاثة وستين إلى خمسة وستين بالمائة عبر تطبيقات الاتصالات والتعدين وضخ المياه. تعمل خوارزمية التحكم التنبؤية على تحسين تشغيل المولد بناءً على التنبؤ بالأحمال ومنحنيات كفاءة المولد. يُظهر التحليل الاقتصادي فترات استرداد تتراوح من سنتين إلى ثلاث سنوات للمنشآت النموذجية. تعمل الرؤى الفنية المتعلقة بحجم البطارية واختيار المولد وجدولة درجة الحرارة على تحسين التوفير. يمكن للمواقع المهتمة بتقليل تكلفة الديزل من خلال تخزين البطاريات أن تطلب تقييمًا لخفض الوقود من Injet HanCang.