Les générateurs diesel sont largement utilisés pour l’électricité hors réseau, mais les coûts de carburant représentent une dépense d’exploitation importante. Le stockage par batterie intégré aux systèmes de générateurs peut réduire le coût du diesel grâce au stockage par batterie en minimisant la durée de fonctionnement du générateur et en faisant fonctionner les générateurs à des points d'efficacité optimaux. Injet HanCang a développé des systèmes hybrides qui réduisent le coût du diesel grâce au stockage sur batterie dans les applications minières, de télécommunications et industrielles. Cet article présente l'approche technique, les données d'économie de carburant et l'analyse économique.
Le stockage sur batterie réduit la consommation de diesel grâce à trois mécanismes.
Le premier mécanisme est le nivellement de charge. Les générateurs fonctionnent de manière inefficace à charge partielle. Un générateur diesel typique a une efficacité de seulement trente pour cent à vingt pour cent de charge, mais atteint quarante pour cent d'efficacité à quatre-vingts pour cent de charge. En utilisant le stockage sur batterie pour gérer les périodes de faible charge, le générateur peut être éteint ou utilisé à une charge plus élevée, réduisant ainsi la consommation de carburant par kilowattheure produit.
Le deuxième mécanisme est l’écrêtement des pointes. Les générateurs doivent être dimensionnés pour les charges de pointe, qui peuvent survenir seulement quelques heures par jour. Le générateur fonctionne à faible charge pendant la majeure partie de la journée. Le stockage sur batterie fournit la charge de pointe, permettant à un générateur plus petit de fonctionner à une charge moyenne plus élevée. Le plus petit générateur consomme moins de carburant que le plus gros générateur, à charge moyenne identique. Le troisième mécanisme est la réduction du démarrage du générateur. Les générateurs consomment du carburant pendant les périodes de démarrage et de préchauffage. En utilisant le stockage sur batterie pour répondre aux besoins électriques de courte durée, le générateur démarre moins de fois par jour. Les données d'Injet HanCang montrent que la réduction de vingt-quatre démarrages par jour à six par jour permet d'économiser environ cinq pour cent de carburant grâce à une consommation de démarrage réduite.
Injet HanCang a mesuré les économies de carburant sur plusieurs installations conçues pour réduire le coût du diesel grâce au stockage sur batterie. Le tableau ci-dessous présente les données de trois sites représentatifs. Type de site Taille du générateur Taille de la batterie Carburant précédent par jour Carburant actuel par jour Économie de carburant Tour de télécommunication 50 kilowatts 200 kilowattheures 110 litres 38 litres 65 pour cent Camp minier 300 kilowatts 1 000 kilowattheures 580 litres 210 litres 64 pour cent Pompage d'eau 150 kilowatts 500 kilowattheures 310 litres 115 litres 63 pour cent Le site de la tour de télécommunication exploitait auparavant un générateur de cinquante kilowatts en continu pour alimenter une charge de vingt kilowatts. Le générateur fonctionnait à quarante pour cent de charge, atteignant un rendement de trente-deux pour cent. Avec le stockage sur batterie, le générateur ne fonctionne que six heures par jour à pleine charge pour recharger la batterie. Le générateur fonctionne désormais à une puissance de cinquante kilowatts, atteignant un rendement de trente-huit pour cent. La consommation de carburant par kilowattheure livré est passée de zéro virgule quatre deux litres à zéro virgule un cinq litres.
Injet HanCang utilise un algorithme de contrôle prédictif pour réduire le coût du diesel grâce au stockage sur batterie. L'algorithme prend en compte trois entrées : l'état de charge actuel de la batterie, la charge prévue pour les six prochaines heures et la courbe de consommation de carburant du générateur. L'algorithme calcule l'heure de démarrage et la durée de fonctionnement optimales du générateur. L'objectif est de maintenir l'état de charge de la batterie entre quarante et quatre-vingts pour cent tout en minimisant la consommation totale de carburant. L'algorithme de contrôle a été développé à partir des données de trois années d'opérations sur le terrain. L'algorithme comprend une fonction d'apprentissage qui ajuste les prédictions en fonction des modèles de charge réels. Par exemple, si le site subit systématiquement des charges plus élevées l'après-midi, l'algorithme démarre le générateur plus tôt pour recharger la batterie avant la période de charge de pointe. La fonction d'apprentissage réduit l'erreur de prédiction de quinze pour cent à cinq pour cent au cours du premier mois de fonctionnement.
Injet HanCang met également en œuvre un système de surveillance de la consommation de carburant. Le système mesure le débit de carburant pendant le fonctionnement du générateur et enregistre la consommation cumulée. Les opérateurs peuvent consulter les données de consommation de carburant en temps réel et les comparer aux données historiques. Le système de surveillance fournit des alertes si la consommation de carburant s'écarte des valeurs attendues, indiquant des problèmes de maintenance potentiels.
L’avantage économique de la réduction du coût du diesel grâce au stockage sur batterie dépend du prix du carburant, du coût du système et des heures de fonctionnement. Injet HanCang a développé un modèle économique pour un site minier typique avec une charge moyenne de cent cinquante kilowatts et un générateur de trois cents kilowatts. Le modèle utilise un système de stockage par batterie de cinq cents kilowattheures et un onduleur de cent cinquante kilowatts. Les hypothèses du modèle sont les suivantes. Le prix du diesel est d’un virgule deux dollars le litre. Le coût de maintenance du générateur est de douze mille dollars par an pour le cas du générateur uniquement et de six mille dollars par an pour le cas hybride en raison de la durée de fonctionnement réduite. Le coût du système de batterie est de deux cent mille dollars. Le coût de l’onduleur est de cinquante mille dollars. Le coût d'installation et de mise en service est de trente mille dollars. Le coût total du système est de deux cent quatre-vingt mille dollars. La consommation annuelle de carburant pour le générateur uniquement est de cent trente mille litres, ce qui coûte cent cinquante-six mille dollars. La consommation annuelle de carburant du boîtier hybride est de quarante-six mille litres, ce qui coûte cinquante-cinq mille dollars. L'économie de carburant est de cent mille dollars par an. L'économie de maintenance est de six mille dollars par an. L'économie annuelle totale est de cent sept mille dollars. La période de récupération est de deux virgule six ans.
Plusieurs connaissances techniques ont émergé des projets Injet HanCang conçus pour réduire le coût du diesel grâce au stockage sur batterie. La première constatation est que le dimensionnement de la batterie affecte considérablement les économies de carburant. Une batterie trop petite nécessite des démarrages fréquents du générateur, ce qui réduit les économies de démarrage. Une batterie trop grande augmente le coût initial sans pour autant réaliser des économies de carburant proportionnelles. Injet HanCang recommande une capacité de batterie de quatre à six heures de charge moyenne pour une réduction optimale de la consommation de carburant. Ce dimensionnement offre un stockage suffisant pour les charges de nuit tout en maintenant le coût de la batterie dans les limites économiques. La deuxième idée est que le choix du générateur est important. Les générateurs avec régulation électronique et taux de compression élevés ont un meilleur rendement à charge partielle.
Injet HanCang spécifie des générateurs à vitesse variable pour les applications hybrides. Le générateur à vitesse variable ajuste le régime du moteur en fonction de la puissance requise, améliorant ainsi l'efficacité de cinq à huit points de pourcentage par rapport aux générateurs à vitesse fixe. La troisième idée est que la température ambiante affecte la consommation de carburant. Les générateurs consomment plus de carburant à des températures ambiantes élevées en raison de la densité de l'air réduite. Le stockage sur batterie permet au générateur de fonctionner pendant les périodes plus fraîches de la journée, lorsque le générateur fonctionne plus efficacement. Les systèmes Injet HanCang incluent une programmation de température qui donne la priorité au fonctionnement du générateur tôt le matin dans les climats chauds. Cette planification réduit la consommation de carburant de quatre pour cent supplémentaires.
Un site minier en Australie occidentale a mis en œuvre un système Injet HanCang pour réduire le coût du diesel grâce au stockage sur batterie. Le site exploitait auparavant deux générateurs de trois cents kilowatts en parallèle pour fournir une charge moyenne de deux cent cinquante kilowatts. Les charges de pointe ont atteint six cents kilowatts pendant les opérations de forage. Le site consommait cent soixante-dix mille litres de diesel par mois pour un coût de deux cent mille dollars. Injet HanCang a installé un système de stockage par batterie de mille kilowattheures avec un onduleur de cinq cents kilowatts. Les générateurs existants ont été conservés mais n'ont fonctionné qu'un seul à la fois. La batterie alimente la charge pendant les périodes de faible demande et assiste pendant les périodes de pointe. Le générateur fonctionne six heures par jour, rechargeant la batterie tout en alimentant la charge. Après douze mois d'exploitation, le site a réduit sa consommation de diesel à cinquante-huit mille litres par mois. Le coût mensuel du carburant est tombé à soixante-dix mille dollars. L'économie annuelle de carburant est de cent trente-deux mille litres, évaluée à cent cinquante-huit mille dollars. La période de récupération du système était de vingt-deux mois. L'intervalle de maintenance du générateur est passé de mille heures à trois mille heures en raison de la durée de fonctionnement réduite.
La période de récupération varie de deux à cinq ans en fonction du prix du carburant et du coût du système. Les sites dont le prix du diesel est supérieur à un dollar le litre sont généralement amortis dans les trois ans.
Oui, Injet HanCang propose des systèmes de modernisation qui ajoutent le stockage et le contrôle des batteries aux générateurs existants. Le générateur existant doit avoir des commandes compatibles pour le démarrage et l'arrêt à distance. La plupart des générateurs fabriqués après 2015 ont cette capacité.
Le système de batterie nécessite un entretien minimal par rapport au générateur. Des tests de capacité annuels et une inspection visuelle sont recommandés. Le système de refroidissement nécessite un nettoyage du filtre tous les trois mois.
Non, le stockage sur batterie réduit mais n’élimine pas la durée de fonctionnement du générateur. Le générateur doit fonctionner périodiquement pour recharger la batterie. Les systèmes Injet HanCang réduisent généralement la durée de fonctionnement du générateur de soixante à soixante-dix pour cent.
Pour les systèmes solaires photovoltaïques, le générateur démarre automatiquement lorsque l'état de charge de la batterie tombe en dessous du seuil défini. Le système fonctionne en mode de charge par générateur jusqu'à ce que la batterie soit suffisamment rechargée.
Les systèmes Injet HanCang démontrent que le stockage sur batterie réduit considérablement le coût du diesel grâce au stockage sur batterie grâce au nivellement de charge, à l'écrêtage des pointes et à la réduction des démarrages des générateurs. Les données de terrain montrent des économies de carburant de 63 à 65 % dans les applications de télécommunications, d'exploitation minière et de pompage d'eau. L'algorithme de contrôle prédictif optimise le fonctionnement du générateur en fonction de la prévision de la charge et des courbes d'efficacité du générateur. L'analyse économique montre des périodes de récupération de deux à trois ans pour des installations typiques. Les informations techniques concernant le dimensionnement de la batterie, la sélection du générateur et la planification de la température améliorent encore les économies. Les sites souhaitant réduire le coût du diesel grâce au stockage sur batterie peuvent demander une évaluation de la réduction du carburant à Injet HanCang.