Un sistema di accumulo di energia con autonomia estesa modulare combina l'accumulo di batterie, la conversione di potenza e un generatore ausiliario o un range extender. È progettato per siti in cui la potenza della rete è assente o limitata e dove il carico cambia nel tempo. Invece di una singola unità fissa, il sistema utilizza moduli che possono essere aggiunti o rimossi. Ciò supporta l'edilizia, le telecomunicazioni, l'estrazione mineraria, il noleggio e l'energia per eventi. INJET HanCang sviluppa tali sistemi per applicazioni temporanee e off grid.
La domanda di carico raramente rimane costante. Un sito può iniziare con 50 kW per uffici e attrezzature, per poi aumentare fino a 300 kW con l’arrivo di gru, pompe e frantoi. Un design modulare consente alla capacità di seguire la domanda. I moduli batteria possono essere da 50 kWh, 100 kWh o 215 kWh. I moduli di conversione di potenza possono essere da 50 kW, 100 kW o 250 kW. Il funzionamento in parallelo può raggiungere diversi megawattora. Ciò riduce il sovradimensionamento e migliora l'utilizzo nei progetti.
Un range extender non è la fonte di alimentazione principale. È un generatore ausiliario che carica la batteria o supporta il carico quando lo stato di carica scende al di sotto di un set point. La batteria fornisce picchi e carichi transitori. Il range extender funziona con una potenza stabile, spesso tra il 60% e l'80% della sua capacità nominale. Questo è più efficiente di un grande generatore che segue carichi variabili. I comuni range extender utilizzano diesel, gas naturale, propano o biodiesel. La potenza può variare da 20 kW a 300 kW a seconda delle dimensioni della batteria e del carico del sito.
Un sistema tipico comprende moduli batteria, un sistema di gestione della batteria, inverter bidirezionali, un range extender, un controller di gestione dell'energia e pannelli di distribuzione. Il controller decide quando scaricare, caricare o avviare il range extender. Gestisce inoltre le unità parallele e le priorità di carico. La comunicazione utilizza CAN, Modbus o Ethernet. Il monitoraggio remoto può mostrare lo stato di carica, il flusso di potenza, il livello del carburante e la cronologia dei guasti. L'architettura supporta la connessione alla rete dove disponibile e la modalità ad isola dove non esiste alcuna rete.
Il dimensionamento inizia con un profilo di carico. Gli ingegneri registrano il carico medio, il carico di punta, l'energia giornaliera e la durata del carico critico. Per un sito con un picco di 200 kW e 800 kWh di energia giornaliera, una batteria da 500 kWh a 800 kWh può essere adatta se il range extender fornisce un carico medio. La capacità dell'inverter deve gestire l'avviamento del motore e i picchi di saldatura. Un inverter da 250 kW può supportare un carico continuo di 200 kW con un breve sovraccarico nominale. Le batterie al litio ferro fosfato sono comuni perché offrono da 4.000 a 6.000 cicli con una profondità di scarica dell'80%. L'efficienza di andata e ritorno è spesso compresa tra l'88% e il 94% a seconda della conversione e della gestione termica.
Il range extender deve essere dimensionato per coprire il carico medio più la ricarica della batteria. Se il carico medio è di 80 kW e la ricarica aggiunge 40 kW, un range extender da 120 kW a 150 kW può mantenere la batteria entro lo stato di carica target. Il controller può avviare il range extender al 30% dello stato di carica e arrestarlo all'80%. Ciò riduce il ciclo del motore. In molti progetti ibridi, le ore di funzionamento del generatore diminuiscono dal 30% al 50% rispetto a un sistema esclusivamente diesel. Il consumo di carburante può diminuire dal 20% al 40% a seconda del profilo di carico e dell’apporto solare.
I moduli batteria e l'elettronica di potenza generano calore. Il raffreddamento ad aria è comune per i moduli più piccoli, mentre il raffreddamento a liquido viene utilizzato per una maggiore densità di potenza. L'intervallo della temperatura operativa può essere compreso tra -20°C e 50°C con HVAC appropriato o raffreddamento a liquido. Le custodie possono essere classificate IP54, IP55 o IP66 per uso esterno. I sistemi containerizzati utilizzano spesso impronte di 10 piedi, 20 piedi o 40 piedi. I livelli di rumore per i range extender possono essere compresi tra 65 dB e 75 dB a 7 metri, a seconda della custodia e del carico.
Il sistema di gestione dell'energia è il cuore di un sistema modulare di estensione della gamma. Può dare priorità ai carichi critici quali sicurezza, drenaggio e comunicazioni. Può spostare i carichi non critici in periodi in cui la batteria è carica. Può anche gestire gli ingressi solari se disponibili. Gli algoritmi possono utilizzare l'ora del giorno, il prezzo del carburante e lo stato di carica per decidere quando utilizzare il range extender. La registrazione dei dati supporta la creazione di report sul consumo di carburante, sulla produzione di energia e sulle ore di funzionamento equivalenti.
I cantieri edili utilizzano questi sistemi per uffici, gru, saldature, pompe per calcestruzzo e illuminazione. I siti di telecomunicazioni li utilizzano per il backup e l'alimentazione fuori rete. I campi minerari li usano per alloggi, pompe e officine. Le società di noleggio utilizzano unità modulari perché possono essere spostate tra progetti. Eventi e strutture temporanee li utilizzano per un funzionamento più silenzioso e emissioni ridotte. Un sistema modulare può essere trasportato tramite camion, skid o container.
L'installazione comprende la preparazione del sito, l'instradamento dei cavi, la messa a terra e il coordinamento della protezione. Il sistema di batterie deve essere posizionato su una superficie piana o su un supporto. È necessario uno spazio libero per la ventilazione e l'accesso per la manutenzione. La messa in servizio controlla la tensione, la frequenza, la rotazione di fase, la resistenza di isolamento e le impostazioni di protezione. I test del banco di carico possono confermare l'output con un carico del 50%, 75% e 100%. Il sistema di gestione dell'energia è configurato con priorità di carico del sito, limiti di stato di carica e punti di inizio e fine del range extender.
La manutenzione include l'ispezione visiva, il controllo della coppia dei cavi, la manutenzione del sistema di raffreddamento e gli aggiornamenti del firmware. Il range extender richiede la manutenzione dell'olio, del filtro e del liquido refrigerante in base alle ore di funzionamento. Lo stato di salute della batteria deve essere monitorato nel tempo. Un sistema ben gestito può mantenere l'80% della capacità utilizzabile dopo 4.000-6.000 cicli. La diagnostica remota può ridurre le visite in loco. La formazione per gli elettricisti del sito supporta il funzionamento sicuro e la commutazione corretta.
La situazione finanziaria dipende dal costo del carburante, dal profilo di carico e dalla durata del progetto. Un sistema ibrido può costare di più rispetto a un generatore diesel, ma può ridurre i costi di carburante e manutenzione. Se un sito utilizza 100.000 litri di gasolio all'anno, una riduzione del 30% fa risparmiare 30.000 litri. A 1,2 dollari al litro, ovvero 36.000 dollari all'anno. Ulteriori risparmi derivano da intervalli di manutenzione più lunghi del generatore e da minori costi di conformità al rumore. I modelli modulari di noleggio o leasing possono migliorare il flusso di cassa.
INJET HanCang fornisce sistemi di accumulo di energia estesa a gamma modulare per progetti di costruzione e off-grid. I sistemi combinano moduli batteria, conversione di potenza bidirezionale, controllo del range extender e monitoraggio remoto. Le configurazioni possono essere scalate da piccole unità mobili a sistemi containerizzati. Il design si concentra su potenza stabile, riduzione del carburante e implementazione flessibile. I team di progetto possono aggiungere capacità man mano che il carico aumenta e ridistribuire le apparecchiature quando il sito cambia.
Un sistema di accumulo di energia esteso a gamma modulare offre un modo flessibile per alimentare i siti senza una rete fissa. Utilizza batterie per picchi e periodi di basso carico e un range extender per energia sostenuta. Con dimensioni e controlli corretti, è possibile ridurre il consumo di carburante, le ore di funzionamento del motore e il rumore. INJET HanCang supporta questo approccio con soluzioni scalabili di accumulo di energia e di estensione della gamma.