Os geradores a diesel são amplamente utilizados para energia fora da rede, mas os custos de combustível representam uma despesa operacional significativa. O armazenamento de bateria integrado aos sistemas geradores pode reduzir o custo do diesel com armazenamento de bateria, minimizando o tempo de operação do gerador e operando-os em pontos de eficiência ideal. A Injet HanCang desenvolveu sistemas híbridos que reduzem o custo do diesel com armazenamento de bateria em aplicações de mineração, telecomunicações e industriais. Este artigo apresenta a abordagem técnica, dados de economia de combustível e análise econômica.
O armazenamento da bateria reduz o consumo de diesel através de três mecanismos.
O primeiro mecanismo é o nivelamento de carga. Os geradores operam de forma ineficiente em carga parcial. Um gerador diesel típico tem eficiência de apenas trinta por cento com carga de vinte por cento, mas atinge quarenta por cento de eficiência com carga de oitenta por cento. Ao utilizar o armazenamento da bateria para lidar com períodos de baixa carga, o gerador pode ser desligado ou operado com carga mais alta, reduzindo o consumo de combustível por quilowatt-hora produzido.
O segundo mecanismo é o corte do pico. Os geradores devem ser dimensionados para picos de carga, que podem ocorrer apenas algumas horas por dia. O gerador opera com carga baixa durante a maior parte do dia. O armazenamento da bateria fornece a carga de pico, permitindo que um gerador menor opere com carga média mais alta. O gerador menor tem menor consumo de combustível do que o gerador maior na mesma carga média. O terceiro mecanismo é a redução da partida do gerador. Os geradores consomem combustível durante os períodos de inicialização e aquecimento. Ao utilizar o armazenamento da bateria para suprir as necessidades de energia de curta duração, o gerador liga menos vezes por dia. Os dados da Injet HanCang mostram que reduzir as partidas de vinte e quatro por dia para seis por dia economiza aproximadamente 5% de combustível através da redução do consumo de partida.
A Injet HanCang mediu a economia de combustível em diversas instalações projetadas para reduzir o custo do diesel com armazenamento em bateria. A tabela abaixo mostra dados de três locais representativos. Tipo de local Tamanho do gerador Tamanho da bateria Combustível anterior por dia Combustível atual por dia Economia de combustível Torre de telecomunicações 50 quilowatts 200 quilowatts-hora 110 litros 38 litros 65 por cento Campo de minas 300 quilowatts 1000 quilowatts-hora 580 litros 210 litros 64 por cento Bombeamento de água 150 quilowatts 500 quilowatts-hora 310 litros 115 litros 63 por cento O local da torre de telecomunicações anteriormente operava um gerador de cinquenta quilowatts continuamente para alimentar uma carga de vinte quilowatts. O gerador operou com carga de quarenta por cento, alcançando eficiência de trinta e dois por cento. Com armazenamento em bateria, o gerador funciona apenas seis horas por dia em plena carga para recarregar a bateria. O gerador agora opera com produção de cinquenta quilowatts, alcançando eficiência de trinta e oito por cento. O consumo de combustível por quilowatt-hora entregue diminuiu de zero vírgula quatro dois litros para zero vírgula um cinco litros.
O Injet HanCang usa um algoritmo de controle preditivo para reduzir o custo do diesel com armazenamento em bateria. O algoritmo considera três entradas: o estado atual de carga da bateria, a previsão de carga para as próximas seis horas e a curva de consumo de combustível do gerador. O algoritmo calcula o horário ideal de inicialização do gerador e a duração da execução. O objetivo é manter o estado de carga da bateria entre quarenta e oitenta por cento, minimizando ao mesmo tempo o consumo total de combustível. O algoritmo de controle foi desenvolvido utilizando dados de três anos de operação em campo. O algoritmo inclui uma função de aprendizagem que ajusta as previsões com base nos padrões de carga reais. Por exemplo, se o local apresentar cargas mais altas consistentemente à tarde, o algoritmo iniciará o gerador mais cedo para recarregar a bateria antes do período de pico de carga. A função de aprendizagem reduz o erro de previsão de quinze por cento para cinco por cento durante o primeiro mês de operação.
A Injet HanCang também implementa um sistema de monitoramento de consumo de combustível. O sistema mede a taxa de fluxo de combustível durante a operação do gerador e registra o consumo cumulativo. Os operadores podem visualizar os dados de consumo de combustível em tempo real e compará-los com dados históricos. O sistema de monitoramento fornece alertas caso o consumo de combustível se desvie dos valores esperados, indicando possíveis problemas de manutenção.
O benefício económico da redução do custo do diesel com armazenamento em bateria depende do preço do combustível, do custo do sistema e das horas de funcionamento. A Injet HanCang desenvolveu um modelo econômico para um local de mineração típico com uma carga média de cento e cinquenta quilowatts e um gerador de trezentos quilowatts. O modelo utiliza um sistema de armazenamento de bateria de quinhentos quilowatts-hora e um inversor de cento e cinquenta quilowatts. As suposições do modelo são as seguintes. O preço do diesel é de um vírgula dois dólares por litro. O custo de manutenção do gerador é de doze mil dólares por ano para o caso somente gerador e de seis mil dólares por ano para o caso híbrido devido ao tempo de operação reduzido. O custo do sistema de bateria é de duzentos mil dólares. O custo do inversor é de cinquenta mil dólares. O custo de instalação e comissionamento é de trinta mil dólares. O custo total do sistema é de duzentos e oitenta mil dólares. O consumo anual de combustível para o caso somente gerador é de cento e trinta mil litros, custando cento e cinquenta e seis mil dólares. O consumo anual de combustível do caso híbrido é de quarenta e seis mil litros, custando cinquenta e cinco mil dólares. A economia de combustível é de cento e mil dólares por ano. A economia com manutenção é de seis mil dólares por ano. A poupança anual total é de cento e sete mil dólares. O período de retorno é de dois vírgula seis anos.
Vários insights técnicos surgiram dos projetos da Injet HanCang projetados para reduzir o custo do diesel com armazenamento em bateria. A primeira conclusão é que o tamanho da bateria afeta significativamente a economia de combustível. Uma bateria muito pequena requer partidas frequentes do gerador, reduzindo a economia na inicialização. Uma bateria muito grande aumenta o custo inicial sem economia proporcional de combustível. A Injet HanCang recomenda bateria com capacidade de quatro a seis horas de carga média para redução ideal de combustível. Esse dimensionamento fornece armazenamento suficiente para cargas noturnas, ao mesmo tempo que mantém o custo da bateria dentro dos limites econômicos. A segunda ideia é que a seleção do gerador é importante. Geradores com controle eletrônico e altas taxas de compressão apresentam melhor eficiência em carga parcial.
A Injet HanCang especifica geradores com operação de velocidade variável para aplicações híbridas. O gerador de velocidade variável ajusta a velocidade do motor para corresponder à potência necessária, melhorando a eficiência em cinco a oito pontos percentuais em comparação com geradores de velocidade fixa. A terceira percepção é que a temperatura ambiente afeta o consumo de combustível. Os geradores consomem mais combustível em altas temperaturas ambientes devido à redução da densidade do ar. O armazenamento da bateria permite que o gerador funcione durante os períodos mais frios do dia, quando o gerador opera com mais eficiência. Os sistemas Injet HanCang incluem programação de temperatura que prioriza a operação do gerador durante as primeiras horas da manhã em climas quentes. Esta programação reduz o consumo de combustível em mais quatro por cento.
Uma mineradora na Austrália Ocidental implementou um sistema Injet HanCang para reduzir o custo do diesel com armazenamento em bateria. Anteriormente, o local operava dois geradores de trezentos quilowatts em paralelo para fornecer uma carga média de duzentos e cinquenta quilowatts. Os picos de carga atingiram seiscentos quilowatts durante as operações de perfuração. O local consumia cento e setenta mil litros de diesel por mês ao custo de duzentos mil dólares. A Injet HanCang instalou um sistema de armazenamento de bateria de mil quilowatts-hora com um inversor de quinhentos quilowatts. Os geradores existentes foram mantidos, mas operaram apenas um de cada vez. A bateria fornece a carga durante períodos de baixa demanda e auxilia durante períodos de pico de demanda. O gerador funciona seis horas por dia, recarregando a bateria enquanto alimenta a carga. Após doze meses de operação, o local reduziu o consumo de diesel para cinquenta e oito mil litros por mês. O custo mensal do combustível caiu para setenta mil dólares. A economia anual de combustível é de cento e trinta e dois mil litros, avaliada em cento e cinquenta e oito mil dólares. O período de retorno do sistema foi de vinte e dois meses. O intervalo de manutenção do gerador passou de mil horas para três mil horas devido à redução do tempo de funcionamento.
O período de retorno varia de dois a cinco anos, dependendo do preço do combustível e do custo do sistema. Locais com preços de diesel acima de um dólar por litro normalmente alcançam o retorno em três anos.
Sim, a Injet HanCang fornece sistemas de modernização que adicionam armazenamento de bateria e controle aos geradores existentes. O gerador existente deve ter controles compatíveis para partida e parada remota. A maioria dos geradores fabricados após 2015 possui essa capacidade.
O sistema de bateria requer manutenção mínima em comparação com o gerador. São recomendados testes anuais de capacidade e inspeção visual. O sistema de refrigeração requer limpeza do filtro a cada três meses.
Não, o armazenamento da bateria reduz, mas não elimina, o tempo de funcionamento do gerador. O gerador deve funcionar periodicamente para recarregar a bateria. Os sistemas Injet HanCang normalmente reduzem o tempo de funcionamento do gerador em sessenta a setenta por cento.
Para sistemas com energia solar fotovoltaica, o gerador arranca automaticamente quando o estado de carga da bateria cai abaixo do limite definido. O sistema opera no modo de carregamento do gerador até que a bateria esteja suficientemente recarregada.
Os sistemas Injet HanCang demonstram que o armazenamento em bateria reduz significativamente o custo do diesel com armazenamento em bateria por meio de nivelamento de carga, redução de pico e redução de partidas do gerador. Os dados de campo mostram economias de combustível de sessenta e três a sessenta e cinco por cento em aplicações de telecomunicações, mineração e bombeamento de água. O algoritmo de controle preditivo otimiza a operação do gerador com base na previsão de carga e nas curvas de eficiência do gerador. A análise económica mostra períodos de retorno de dois a três anos para instalações típicas. Informações técnicas sobre dimensionamento de baterias, seleção de geradores e programação de temperatura melhoram ainda mais a economia. Locais interessados em reduzir o custo do diesel com armazenamento em bateria podem solicitar uma avaliação de redução de combustível da Injet HanCang.