Sok olyan régióban, ahol öntödék működnek – Afrika szubszaharai térségében, Dél-Ázsiában, a Közel-Kelet egyes részein –, az elektromos hálózat vagy nem érhető el, vagy megbízhatatlan. Egy gyenge hálózathoz csatlakoztatott öntöde feszültségeséseket, frekvenciaingadozásokat és nem tervezett áramkimaradásokat tapasztalhat, amelyek lehetetlenné teszik az indukciós olvasztás elvégzését tartalék áramtermelés nélkül. A dízelgenerátorok jelentik a hagyományos megoldást, de a dízelüzemanyag ára kWh-nként 0,25-0,50 dollár, ha figyelembe vesszük az üzemanyagot, a karbantartást és a generátor értékcsökkenését – így az olvasztás költsége megfizethetetlenül magas.
A MONTE INTELLIGENCE napelemes-dízel hibrid energiaellátó rendszereken dolgozik indukciós olvasztási alkalmazásokhoz. A koncepció egyszerű: napelemes fotovoltaikus rendszereket használnak az alap elektromos terhelés ellátására a nappali órákban, dízelgenerátorokkal pedig biztonsági mentést biztosítanak felhős időszakokban és éjszakai üzemben. A rendszer 40-60%-kal csökkenti a dízelfogyasztást – ez elegendő ahhoz, hogy a napelemes beruházás 3-5 éven belül megtérüljön a tipikus dízelárak mellett.
A rendszerarchitektúra öt fő összetevőből áll. Először is, a napelemes rendszer – talajra vagy tetőre szerelt panelek, amelyeket úgy méreteztek, hogy a kemence napi energiafogyasztásának célzott hányadát biztosítsák. Egy 1 MW-os indukciós kemence napi 8 órán át történő üzemelése esetén a napi energiafogyasztás körülbelül 8 MWh (napi 8 tonna vas olvasztásához és feldolgozásához 1000 kWh/tonna fogyasztást feltételezve, vagy alternatívaként kisebb olvasztások esetén csökkentett teljesítményen működve). Egy olyan napelemes rendszernek, amely ennek az energiának az 50%-át biztosítja, napi 4 MWh-t kell termelnie.
A napelemes rendszer méretének kiszámítása a helyszín napenergia-forrásától függ. Egy olyan helyen, ahol napi 5 csúcsnapsütéses óra van (ami jellemző a legtöbb trópusi és szubtrópusi régióra), egy 1 MW-os (egyenáramú) napelemes rendszer körülbelül 5 MWh-t termel naponta, a rendszer vesztesége pedig 15-20% az inverter hatékonysága, a kábelezés, a szennyeződés és a hőmérséklet-csökkenés miatt. A rendszer körülbelül 1,2-1,5 hektárnyi területet igényel MW-onként, vagy 0,6-0,8 hektárt, ha az öntöde tetejére szerelik.
Másodszor, az akkumulátoros energiatároló rendszer (BESS) biztosítja a puffert a változó fotovoltaikus teljesítmény és az indukciós kemence terhelése között. Az indukciós olvasztás nagy teljesítményű, változó terhelést jelent – a kemence olvasztás közben 1 MW, tartás közben pedig 100-200 kW teljesítményt fogyaszthat. Az akkumulátornak másodpercről másodpercre kell biztosítania vagy elnyelnie a fotovoltaikus energiatermelés és a kemence terhelése közötti különbséget, fenntartva az inverter által megkövetelt egyenáramú buszfeszültség-stabilitást. A lítium-vas-foszfát (LFP) akkumulátorok az előnyben részesített kémiai megoldások hosszú ciklusidejük (4000-6000 ciklus 80%-os kisütési mélységnél), jó biztonsági jellemzőik és csökkenő költségük (jelenleg körülbelül 80-120 dollár/kWh csomagszinten 2026-ban) miatt.
Az akkumulátor kapacitása az olvasztási műszak alatt várható leghosszabb alacsony napenergia-termelési időszakra van méretezve – jellemzően 2-4 óra teljes terheléses működés egy nagy megbízhatóságra tervezett rendszer esetében. Az 1 MW-os kemence esetében egy 4 MWh-s akkumulátor 4 óra teljes teljesítményű működést biztosít napelemes bemenet nélkül, ami a legtöbb felhőeseményt lefedi, és lehetővé teszi a kezelő számára, hogy befejezze a folyamatban lévő olvasztást a megszakítás helyett. Az akkumulátor tölthető azokban az időszakokban, amikor a fotovoltaikus teljesítmény meghaladja a kemence igényét, vagy éjszaka a dízelgenerátorról, ha a következő nap várhatóan felhős lesz.
Harmadszor, a hibrid inverter – az a teljesítményelektronika, amely a napelemes rendszerből és az akkumulátorból származó egyenáramot váltakozó árammá alakítja a kemence számára. Ez nem egy szabványos napelemes inverter; kezelnie kell az indukciós kemence terhelési jellemzőit, amelyek magukban foglalják az alacsony teljesítménytényezőt (0,15-0,25 csak az indukciós tekercs esetében, amelyet a kemence kondenzátortelepe 0,95+-ra korrigál) és a középfrekvenciás tápegységből származó magas felharmonikustartalmat. Az invertert a kVA igényhez kell méretezni, nem csak a kW-hoz, és tartalmaznia kell felharmonikus szűrést, hogy megakadályozza a kemence felharmonikusainak visszacsatolódását a napelemes rendszerbe és az inverter leoldását.
Negyedszer, a dízelgenerátor – úgy van méretezve, hogy teljes kemenceteljesítményt biztosítson, amikor sem a napelemek, sem az akkumulátorok nem tudják kielégíteni az igényt, jellemzően hosszabb felhős időszakokban vagy éjszakai üzemben. A generátor teljesítményének körülbelül 1,2-1,5-szeresének kell lennie a kemence névleges teljesítményének, hogy figyelembe vegye az indítási túláramot és a teljesítménytényezőt. Az 1 MW-os kemence esetében jellemzően egy 1,5 MVA-s generátort használnak. A generátor csak akkor működik, amikor szükség van rá – a hibrid vezérlő automatikusan elindítja és leállítja az akkumulátor töltöttségi állapota és a fotovoltaikus teljesítmény előrejelzése alapján.
Ötödször, a hibrid energiagazdálkodási rendszer (EMS) – az a vezérlő, amely másodpercről másodpercre eldönti, hogyan ossza el az energiát a fotovoltaikus rendszer, az akkumulátor, a generátor és a kazán között. Az EMS logikája a következőket foglalja magában: ha a fotovoltaikus rendszer teljesítménye meghaladja a kazán igényét, töltse fel az akkumulátort; ha a kazán igénye meghaladja a fotovoltaikus rendszer teljesítményét, merítse le az akkumulátort; ha az akkumulátor töltöttségi szintje 20% alá esik, indítsa el a generátort; ha az időjárás-előrejelzés hosszabb felhőzetet jósol, indítsa el a generátort korábban az akkumulátor kapacitásának megőrzése érdekében; ha hálózati áram válik elérhetővé (hálózatra csatlakoztatott rendszerek esetén), használja a hálózatot kiegészítő áramként.
Egy napelemes-dízel hibrid gazdasági elemzése egyszerű: hasonlítsa össze a napelemes áram szintezett költségét (beleértve az akkumulátor ciklusköltségét) a dízelüzemű termelés határköltségével. Egy hibrid rendszer napelemes LCOE-je, beleértve az akkumulátor 8-10 évente történő cseréjét, körülbelül 0,06-0,10 dollár/kWh. A dízelüzemű termelés költsége 0,25-0,50 dollár/kWh. A megtakarítás napelemes kWh-ként 0,15-0,44 dollár. Egy évente 1500 MWh napelemes áramot termelő rendszer esetében az éves megtakarítás 225 000-660 000 dollár, ami 1,5 millió dolláros rendszerbefektetést tesz lehetővé 2,3-6,7 év alatt.
A MONTE INTELLIGENCE napelemes-dízel hibrid rendszerek tervezését végzi indukciós olvasztási alkalmazásokhoz, beleértve a napenergia-erőforrás-felmérést, a rendszer méretezését és az indukciós kemencecsomagjainkkal való integrációt.
Öntödéjére vonatkozó napelemes-dízel hibrid megvalósíthatósági tanulmányért vegye fel a kapcsolatot a helenxu@cnlymonte.com címen.
