Dieselgeneratoren werden häufig zur netzunabhängigen Stromversorgung eingesetzt, die Kraftstoffkosten stellen jedoch einen erheblichen Betriebsaufwand dar. In Generatorsysteme integrierte Batteriespeicher können die Dieselkosten durch Batteriespeicher senken, indem sie die Generatorlaufzeit minimieren und Generatoren bei optimalen Effizienzpunkten betreiben. Injet HanCang hat Hybridsysteme entwickelt, die die Dieselkosten durch Batteriespeicherung in Bergbau-, Telekommunikations- und Industrieanwendungen senken. In diesem Artikel werden der technische Ansatz, Daten zur Kraftstoffeinsparung und eine wirtschaftliche Analyse vorgestellt.
Batteriespeicher reduzieren den Dieselverbrauch durch drei Mechanismen.
Der erste Mechanismus ist der Lastausgleich. Generatoren arbeiten im Teillastbereich ineffizient. Ein typischer Dieselgenerator hat bei zwanzig Prozent Last einen Wirkungsgrad von nur dreißig Prozent, erreicht aber bei achtzig Prozent Last einen Wirkungsgrad von vierzig Prozent. Durch den Einsatz von Batteriespeichern zur Bewältigung von Schwachlastzeiten kann der Generator abgeschaltet oder mit höherer Last betrieben werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch pro erzeugter Kilowattstunde gesenkt wird.
Der zweite Mechanismus ist das Peak Shaving. Generatoren müssen für Spitzenlasten ausgelegt sein, die nur wenige Stunden am Tag auftreten können. Der Generator arbeitet die meiste Zeit des Tages mit geringer Last. Batteriespeicher liefern die Spitzenlast, sodass ein kleinerer Generator bei höherer Durchschnittslast arbeiten kann. Der kleinere Generator hat bei gleicher Durchschnittslast einen geringeren Kraftstoffverbrauch als der größere Generator. Der dritte Mechanismus ist die Reduzierung des Generatorstarts. Generatoren verbrauchen während der Start- und Aufwärmphase Kraftstoff. Durch den Einsatz von Batteriespeichern zur Überbrückung eines kurzfristigen Strombedarfs startet der Generator seltener am Tag. Daten von Injet HanCang zeigen, dass die Reduzierung der Starts von vierundzwanzig auf sechs pro Tag durch einen geringeren Startverbrauch etwa fünf Prozent Kraftstoff einspart.
Injet HanCang hat die Kraftstoffeinsparungen bei mehreren Installationen gemessen, die darauf ausgelegt sind, die Dieselkosten durch Batteriespeicherung zu senken. Die folgende Tabelle zeigt Daten von drei repräsentativen Standorten. Standorttyp Generatorgröße Batteriegröße Bisheriger Kraftstoff pro Tag Aktueller Kraftstoff pro Tag Kraftstoffeinsparung Telekommunikationsturm 50 Kilowatt 200 Kilowattstunden 110 Liter 38 Liter 65 Prozent Minenlager 300 Kilowatt 1000 Kilowattstunden 580 Liter 210 Liter 64 Prozent Wasserpumpen 150 Kilowatt 500 Kilowattstunden 310 Liter 115 Liter 63 Prozent Der Standort des Telekommunikationsturms lief zuvor a 50-Kilowatt-Generator, der kontinuierlich eine 20-Kilowatt-Last mit Strom versorgt. Der Generator arbeitete mit einer Last von vierzig Prozent und erreichte einen Wirkungsgrad von zweiunddreißig Prozent. Mit Batteriespeicher läuft der Generator nur sechs Stunden pro Tag unter Volllast, um die Batterie wieder aufzuladen. Der Generator arbeitet nun mit einer Leistung von fünfzig Kilowatt und erreicht einen Wirkungsgrad von achtunddreißig Prozent. Der Kraftstoffverbrauch pro gelieferter Kilowattstunde sank von null Komma vier zwei Litern auf null Komma eins fünf Liter.
Injet HanCang nutzt einen prädiktiven Steuerungsalgorithmus, um die Dieselkosten durch Batteriespeicherung zu senken. Der Algorithmus berücksichtigt drei Eingaben: den aktuellen Ladezustand der Batterie, die Lastprognose für die nächsten sechs Stunden und die Kraftstoffverbrauchskurve des Generators. Der Algorithmus berechnet die optimale Startzeit und Laufzeit des Generators. Ziel ist es, den Ladezustand der Batterie zwischen vierzig und achtzig Prozent zu halten und gleichzeitig den Gesamtkraftstoffverbrauch zu minimieren. Der Steueralgorithmus wurde anhand von Daten aus drei Jahren Feldbetrieb entwickelt. Der Algorithmus beinhaltet eine Lernfunktion, die Vorhersagen basierend auf tatsächlichen Lastmustern anpasst. Wenn der Standort beispielsweise nachmittags ständig höhere Lasten aufweist, startet der Algorithmus den Generator früher, um die Batterie vor der Spitzenlastzeit wieder aufzuladen. Die Lernfunktion reduziert den Vorhersagefehler im ersten Betriebsmonat von fünfzehn Prozent auf fünf Prozent.
Injet HanCang implementiert außerdem ein System zur Überwachung des Kraftstoffverbrauchs. Das System misst den Kraftstoffdurchfluss während des Generatorbetriebs und protokolliert den Gesamtverbrauch. Betreiber können Kraftstoffverbrauchsdaten in Echtzeit anzeigen und mit historischen Daten vergleichen. Das Überwachungssystem warnt, wenn der Kraftstoffverbrauch von den erwarteten Werten abweicht, und weist so auf mögliche Wartungsprobleme hin.
Der wirtschaftliche Nutzen einer Reduzierung der Dieselkosten durch Batteriespeicher hängt vom Kraftstoffpreis, den Systemkosten und den Betriebsstunden ab. Injet HanCang entwickelte ein Wirtschaftsmodell für einen typischen Bergbaustandort mit einer durchschnittlichen Last von einhundertfünfzig Kilowatt und einem Generator mit dreihundert Kilowatt. Das Modell nutzt einen Batteriespeicher mit fünfhundert Kilowattstunden und einen Wechselrichter mit einhundertfünfzig Kilowatt. Die Modellannahmen lauten wie folgt. Der Dieselpreis beträgt ein Komma zwei Dollar pro Liter. Aufgrund der kürzeren Laufzeit betragen die Kosten für die Generatorwartung zwölftausend Dollar pro Jahr für den Nur-Generator-Fall und sechstausend Dollar pro Jahr für den Hybrid-Fall. Die Kosten für das Batteriesystem betragen zweihunderttausend Dollar. Die Kosten für den Wechselrichter betragen fünfzigtausend Dollar. Die Installations- und Inbetriebnahmekosten betragen dreißigtausend Dollar. Die Gesamtkosten des Systems belaufen sich auf zweihundertachtzigtausend Dollar. Der jährliche Kraftstoffverbrauch im reinen Generatorfall beträgt einhundertdreißigtausend Liter und kostet einhundertsechsundfünfzigtausend Dollar. Der jährliche Kraftstoffverbrauch für das Hybridgehäuse beträgt 46.000 Liter und kostet 55.000 Dollar. Die Kraftstoffeinsparung beträgt einhunderttausend Dollar pro Jahr. Die Wartungseinsparung beträgt sechstausend Dollar pro Jahr. Die jährliche Gesamteinsparung beträgt einhundertsiebentausend Dollar. Die Amortisationszeit beträgt zwei Komma sechs Jahre.
Aus Injet HanCang-Projekten, die darauf abzielen, die Dieselkosten durch Batteriespeicherung zu senken, wurden mehrere technische Erkenntnisse gewonnen. Die erste Erkenntnis ist, dass die Batteriegröße einen erheblichen Einfluss auf die Kraftstoffeinsparungen hat. Eine zu kleine Batterie erfordert häufige Generatorstarts, was die Starteinsparungen verringert. Eine zu große Batterie erhöht die Vorabkosten ohne entsprechende Kraftstoffeinsparungen. Für eine optimale Kraftstoffeinsparung empfiehlt Injet HanCang eine Batteriekapazität von vier bis sechs Stunden bei durchschnittlicher Belastung. Diese Dimensionierung bietet ausreichend Speicher für Nachtladungen und hält gleichzeitig die Batteriekosten innerhalb wirtschaftlicher Grenzen. Die zweite Erkenntnis ist, dass die Auswahl des Generators wichtig ist. Generatoren mit elektronischer Regelung und hohen Verdichtungsverhältnissen haben einen besseren Teillastwirkungsgrad.
Injet HanCang spezifiziert Generatoren mit variabler Drehzahl für Hybridanwendungen. Der Generator mit variabler Drehzahl passt die Motordrehzahl an die erforderliche Leistungsabgabe an und verbessert so den Wirkungsgrad im Vergleich zu Generatoren mit fester Drehzahl um fünf bis acht Prozentpunkte. Die dritte Erkenntnis ist, dass die Umgebungstemperatur den Kraftstoffverbrauch beeinflusst. Generatoren verbrauchen bei hohen Umgebungstemperaturen aufgrund der geringeren Luftdichte mehr Kraftstoff. Der Batteriespeicher ermöglicht den Betrieb des Generators in kühleren Tageszeiten, in denen der Generator effizienter arbeitet. Injet HanCang-Systeme umfassen eine Temperaturplanung, die in heißen Klimazonen den Generatorbetrieb in den frühen Morgenstunden priorisiert. Diese Planung reduziert den Kraftstoffverbrauch um weitere vier Prozent.
Ein Bergbaustandort in Westaustralien implementierte ein Injet-HanCang-System, um die Dieselkosten durch Batteriespeicherung zu senken. Zuvor betrieb der Standort zwei 300-Kilowatt-Generatoren parallel, um eine durchschnittliche Last von 250 Kilowatt zu versorgen. Während der Bohrarbeiten erreichten die Spitzenlasten sechshundert Kilowatt. Der Standort verbrauchte einhundertsiebzigtausend Liter Diesel pro Monat und kostete zweihunderttausend Dollar. Injet HanCang installierte ein 1000-Kilowattstunden-Batteriespeichersystem mit einem 500-Kilowatt-Wechselrichter. Die vorhandenen Generatoren wurden beibehalten, aber jeweils nur einzeln betrieben. Die Batterie versorgt die Last in Zeiten geringer Nachfrage und unterstützt sie in Zeiten hoher Nachfrage. Der Generator arbeitet sechs Stunden am Tag und lädt die Batterie auf, während er die Last versorgt. Nach zwölf Monaten Betrieb konnte der Dieselverbrauch auf 58.000 Liter pro Monat gesenkt werden. Die monatlichen Treibstoffkosten sanken auf siebzigtausend Dollar. Die jährliche Kraftstoffeinsparung beträgt einhundertzweiunddreißigtausend Liter im Wert von einhundertachtundfünfzigtausend Dollar. Die Amortisationszeit des Systems betrug zweiundzwanzig Monate. Aufgrund der verkürzten Laufzeit verlängerte sich das Wartungsintervall des Generators von eintausend Stunden auf dreitausend Stunden.
Die Amortisationszeit beträgt je nach Kraftstoffpreis und Systemkosten zwei bis fünf Jahre. Standorte mit Dieselpreisen über einem Dollar pro Liter amortisieren sich in der Regel innerhalb von drei Jahren.
Ja, Injet HanCang bietet Nachrüstsysteme an, die bestehende Generatoren um Batteriespeicher und Steuerung erweitern. Der vorhandene Generator muss über kompatible Steuerungen für Fernstart und -stopp verfügen. Die meisten Generatoren, die nach 2015 hergestellt wurden, verfügen über diese Fähigkeit.
Das Batteriesystem erfordert im Vergleich zum Generator nur minimale Wartung. Jährliche Kapazitätstests und Sichtprüfungen werden empfohlen. Das Kühlsystem erfordert alle drei Monate eine Filterreinigung.
Nein, die Batteriespeicherung verkürzt die Generatorlaufzeit, vernichtet sie aber nicht. Der Generator muss regelmäßig laufen, um die Batterie aufzuladen. Injet-HanCang-Systeme reduzieren die Generatorlaufzeit typischerweise um sechzig bis siebzig Prozent.
Bei Systemen mit Solar-PV startet der Generator automatisch, wenn der Batterieladezustand unter den eingestellten Schwellenwert fällt. Das System arbeitet im Generatorlademodus, bis die Batterie ausreichend aufgeladen ist.
Injet HanCang-Systeme zeigen, dass die Batteriespeicherung die Dieselkosten mit Batteriespeicherung durch Lastausgleich, Spitzenausgleich und reduzierte Generatorstarts erheblich senkt. Felddaten zeigen Kraftstoffeinsparungen von 63 bis 65 Prozent bei Telekommunikations-, Bergbau- und Wasserpumpenanwendungen. Der prädiktive Steueralgorithmus optimiert den Generatorbetrieb basierend auf Lastprognosen und Generatoreffizienzkurven. Die wirtschaftliche Analyse zeigt Amortisationszeiten für typische Installationen von zwei bis drei Jahren. Technische Erkenntnisse zur Batteriedimensionierung, Generatorauswahl und Temperaturplanung sorgen für weitere Einsparungen. Standorte, die daran interessiert sind, die Dieselkosten durch Batteriespeicherung zu senken, können bei Injet HanCang eine Bewertung zur Kraftstoffreduzierung anfordern.