Дизельные генераторы широко используются для автономной энергетики, но затраты на топливо представляют собой значительные эксплуатационные расходы. Аккумуляторная батарея, интегрированная с генераторными системами, может снизить стоимость дизельного топлива за счет аккумуляторной батареи за счет минимизации времени работы генератора и эксплуатации генераторов с оптимальной эффективностью. Компания Injet HanCang разработала гибридные системы, которые снижают стоимость дизельного топлива за счет аккумуляторной батареи для горнодобывающей промышленности, телекоммуникаций и промышленности. В данной статье представлены технический подход, данные по экономии топлива и экономический анализ.
Хранение аккумуляторной батареи снижает расход дизельного топлива за счет трех механизмов.
Первый механизм – выравнивание нагрузки. Генераторы работают неэффективно при частичной нагрузке. Типичный дизельный генератор имеет КПД всего тридцать процентов при двадцатипроцентной нагрузке, но достигает сорока процентов при восьмидесятипроцентной нагрузке. Используя аккумуляторную батарею для работы в периоды низкой нагрузки, генератор можно отключать или эксплуатировать с более высокой нагрузкой, что снижает расход топлива на произведенный киловатт-час.
Второй механизм – это сглаживание пиков. Генераторы должны быть рассчитаны на пиковые нагрузки, которые могут возникать всего несколько часов в день. Большую часть суток генератор работает с низкой нагрузкой. Аккумуляторная батарея обеспечивает пиковую нагрузку, позволяя генератору меньшего размера работать при более высокой средней нагрузке. Генератор меньшего размера имеет меньший расход топлива, чем генератор большего размера при той же средней нагрузке. Третий механизм – уменьшение запуска генератора. Генераторы потребляют топливо во время запуска и прогрева. Благодаря использованию аккумуляторной батареи для покрытия кратковременных потребностей в электроэнергии генератор запускается меньше раз в день. Данные Injet HanCang показывают, что сокращение количества стартов с двадцати четырех в день до шести в день экономит примерно пять процентов топлива за счет снижения пускового расхода.
Компания Injet HanCang измерила экономию топлива на нескольких установках, предназначенных для снижения затрат на дизельное топливо за счет хранения аккумуляторов. В таблице ниже показаны данные с трех репрезентативных сайтов. Тип площадки Размер генератора Размер батареи Предыдущее количество топлива в день Текущее количество топлива в день Экономия топлива Телекоммуникационная вышка 50 киловатт 200 киловатт-часов 110 литров 38 литров 65 процентов Шахтный лагерь 300 киловатт 1000 киловатт-часов 580 литров 210 литров 64 процента Перекачка воды 150 киловатт 500 киловатт-часов 310 литров 115 литров 63 процента Раньше на телекоммуникационной башне постоянно работал генератор мощностью пятьдесят киловатт для питания нагрузки мощностью двадцать киловатт. Генератор работал при сорокапроцентной нагрузке, достигая эффективности тридцать два процента. При использовании аккумулятора генератор работает только шесть часов в день при полной нагрузке для подзарядки аккумулятора. Генератор теперь работает на мощности в пятьдесят киловатт, достигая эффективности тридцать восемь процентов. Расход топлива на отданный киловатт-час снизился с нуля четыре целых два литра до ноль целых пять литров.
Injet HanCang использует алгоритм прогнозирующего управления для снижения затрат на дизельное топливо за счет хранения аккумуляторов. Алгоритм учитывает три входных параметра: текущий уровень заряда аккумулятора, прогноз нагрузки на следующие шесть часов и кривую расхода топлива генератора. Алгоритм рассчитывает оптимальное время запуска генератора и продолжительность работы. Целью является поддержание уровня заряда аккумулятора на уровне от сорока до восьмидесяти процентов при минимизации общего расхода топлива. Алгоритм управления был разработан с использованием данных трех лет эксплуатации месторождения. Алгоритм включает функцию обучения, которая корректирует прогнозы на основе фактической структуры нагрузки. Например, если объект постоянно испытывает более высокие нагрузки во второй половине дня, алгоритм запускает генератор раньше, чтобы подзарядить батарею до периода пиковой нагрузки. Функция обучения снижает ошибку прогнозирования с пятнадцати до пяти процентов за первый месяц работы.
Injet HanCang также внедряет систему контроля расхода топлива. Система измеряет расход топлива во время работы генератора и регистрирует совокупный расход. Операторы могут просматривать данные о расходе топлива в режиме реального времени и сравнивать их с историческими данными. Система мониторинга выдает оповещения, если расход топлива отклоняется от ожидаемых значений, указывая на потенциальные проблемы с обслуживанием.
Экономическая выгода от снижения стоимости дизельного топлива за счет хранения аккумуляторов зависит от цены на топливо, стоимости системы и часов работы. Компания Injet HanCang разработала экономическую модель типичного горнодобывающего предприятия со средней нагрузкой в сто пятьдесят киловатт и генератором мощностью в триста киловатт. В модели используется аккумуляторная система на пятьсот киловатт-часов и инвертор на сто пятьдесят киловатт. Предположения модели заключаются в следующем. Цена на дизельное топливо составляет одну целую две целых доллара за литр. Стоимость обслуживания генератора составляет двенадцать тысяч долларов в год для варианта только с генератором и шесть тысяч долларов в год для гибридного варианта из-за сокращения времени работы. Стоимость аккумуляторной системы составляет двести тысяч долларов. Стоимость инвертора составляет пятьдесят тысяч долларов. Стоимость установки и ввода в эксплуатацию составляет тридцать тысяч долларов. Общая стоимость системы составляет двести восемьдесят тысяч долларов. Годовой расход топлива при использовании только генератора составляет сто тридцать тысяч литров, а его стоимость составляет сто пятьдесят шесть тысяч долларов. Годовой расход топлива для гибридного варианта составляет сорок шесть тысяч литров, стоимость которого составляет пятьдесят пять тысяч долларов. Экономия топлива составляет сто тысяч долларов в год. Экономия на обслуживании составляет шесть тысяч долларов в год. Общая годовая экономия составляет сто семь тысяч долларов. Срок окупаемости – два целых шестьдесят лет.
В ходе проектов Injet HanCang появилось несколько технических идей, направленных на снижение стоимости дизельного топлива за счет хранения аккумуляторов. Первый вывод заключается в том, что размер батареи существенно влияет на экономию топлива. Слишком маленькая батарея требует частых запусков генератора, что снижает пусковую экономию. Слишком большая батарея увеличивает первоначальные затраты без пропорциональной экономии топлива. Injet HanCang рекомендует емкость аккумулятора от четырех до шести часов при средней нагрузке для оптимального снижения расхода топлива. Такой размер обеспечивает достаточный объем памяти для ночных нагрузок, сохраняя при этом стоимость батареи в экономических пределах. Второе понимание заключается в том, что выбор генератора имеет значение. Генераторы с электронным управлением и высокой степенью сжатия имеют более высокий КПД при частичной нагрузке.
Injet HanCang поставляет генераторы с регулируемой скоростью для гибридных применений. Генератор с регулируемой скоростью регулирует скорость двигателя в соответствии с требуемой выходной мощностью, повышая эффективность на пять-восемь процентных пунктов по сравнению с генераторами с фиксированной скоростью. Третий вывод заключается в том, что температура окружающей среды влияет на расход топлива. Генераторы потребляют больше топлива при высоких температурах окружающей среды из-за пониженной плотности воздуха. Аккумуляторная батарея позволяет генератору работать в прохладное время дня, когда генератор работает более эффективно. Системы Injet HanCang включают температурное планирование, которое отдает приоритет работе генератора в ранние утренние часы в жарком климате. Такое планирование снижает расход топлива еще на четыре процента.
На горнодобывающем предприятии в Западной Австралии была внедрена система Injet HanCang для снижения затрат на дизельное топливо за счет хранения аккумуляторов. Ранее на объекте параллельно работали два генератора по триста киловатт, обеспечивающие среднюю нагрузку в двести пятьдесят киловатт. Пиковые нагрузки во время буровых работ достигали шестисот киловатт. Объект потреблял сто семьдесят тысяч литров дизельного топлива в месяц стоимостью двести тысяч долларов. Компания Injet HanCang установила систему хранения аккумуляторов емкостью тысячу киловатт-часов с инвертором мощностью пятьсот киловатт. Существующие генераторы были сохранены, но работали только по одному. Аккумулятор обеспечивает питание нагрузки в периоды низкой нагрузки и помогает в периоды пиковой нагрузки. Генератор работает шесть часов в день, заряжая батарею и одновременно питая нагрузку. За двенадцать месяцев работы площадка снизила расход дизельного топлива до пятидесяти восьми тысяч литров в месяц. Ежемесячная стоимость топлива снизилась до семидесяти тысяч долларов. Годовая экономия топлива составляет сто тридцать две тысячи литров, что оценивается в сто пятьдесят восемь тысяч долларов. Срок окупаемости системы составил двадцать два месяца. Интервал обслуживания генератора увеличен с одной тысячи часов до трех тысяч часов за счет сокращения времени работы.
Срок окупаемости составляет от двух до пяти лет в зависимости от цены на топливо и стоимости системы. Предприятия с ценами на дизельное топливо выше одного доллара за литр обычно окупаются в течение трех лет.
Да, Injet HanCang предлагает модернизированные системы, которые добавляют аккумуляторную батарею и контроль к существующим генераторам. Существующий генератор должен иметь совместимые средства управления для дистанционного запуска и остановки. Большинство генераторов, выпущенных после 2015 года, имеют такую возможность.
Аккумуляторная система требует минимального обслуживания по сравнению с генератором. Рекомендуется ежегодное тестирование производительности и визуальный осмотр. Система охлаждения требует очистки фильтра каждые три месяца.
Нет, хранение аккумуляторной батареи сокращает, но не устраняет время работы генератора. Генератор должен периодически запускаться для подзарядки аккумулятора. Системы Injet HanCang обычно сокращают время работы генератора на шестьдесят-семьдесят процентов.
В системах с фотоэлектрическими солнечными батареями генератор автоматически запускается, когда уровень заряда батареи падает ниже установленного порога. Система работает в режиме зарядки генератора до тех пор, пока аккумулятор не будет достаточно подзаряжен.
Системы Injet HanCang демонстрируют, что аккумуляторное хранение значительно снижает затраты на дизельное топливо за счет выравнивания нагрузки, снижения пиковых нагрузок и сокращения количества запусков генератора. Полевые данные показывают экономию топлива от шестидесяти трех до шестидесяти пяти процентов в телекоммуникациях, горнодобывающей промышленности и перекачке воды. Алгоритм прогнозирующего управления оптимизирует работу генератора на основе прогнозирования нагрузки и кривых эффективности генератора. Экономический анализ показывает, что период окупаемости типичных установок составляет два-три года. Техническая информация о размерах аккумуляторов, выборе генератора и температурном режиме еще больше способствует экономии. Предприятия, заинтересованные в снижении стоимости дизельного топлива за счет аккумуляторных батарей, могут запросить оценку снижения расхода топлива у Injet HanCang.