Калькулятар ад кВт да кВт/гадз: разуменне залежнасці магутнасці ад энергіі
У мінулым месяцы нам патэлефанаваў менеджэр па закупках з лядоўні ў Мічыгане. Ён хацеў замяніць свае састарэлыя свінцова-кіслотныя акумулятары пагрузчыкаў на літыевыя, і зрабіў хатняе заданне. Накшталт. Ён падлічыў, што яго пагрузчыкі ў сярэднім спажывалі каля 4 кВт, працавалі 6 гадзін за змену, таму яму патрэбныя акумулятары ёмістасцю 24 кВт. Простае множанне.
За выключэннем таго, што яго пагрузчыкі больш не працавалі ў поўную змену. Пасля таго, як мы прагледзелі яго фактычныя эксплуатацыйныя даныя, рэальная патрэбнасць апынулася бліжэй да 38 кВт/г. Разрыў не быў матэматычнай памылкай. Ён выдатна разумеў кВт і кВт-г. Тое, што ён прапусціў, - гэта страты эфектыўнасці, межы глыбіні разраду і пагаршэнне ёмістасці пры працы пры тэмпературы -5 градусаў. Гэтыя фактары не адлюстроўваюцца ў асноўных калькулятарах, і яны таксама не адлюстроўваюцца ў большасці расцэнак пастаўшчыкоў.
Энергаспажыванне супраць назапашвання энергіі
Розніца паміж кілаватамі і кілават-гадзінамі ўводзіць у здзіўленне нават вопытных спецыялістаў па закупках, галоўным чынам таму, што гэтыя тэрміны гучаць узаемазаменна, пакуль вы не пачнеце пісаць заказы на закупку.
Кілават вымярае імгненную магутнасць. Калі рухавік вашага пагрузчыка працуе з магутнасцю 8 кВт, гэта хуткасць, з якой ён спажывае энергію ў любы момант. Кілават-гадзіны вымяраюць агульнае спажыванне энергіі за час. Рухавік магутнасцю 8 кВт, які працуе на працягу 2 гадзін, спажывае 16 кВт·г энергіі.
Формула пераўтварэння простая:
Энергія (кВт·г)=Магутнасць (кВт) × Час (гадзіны)
Але гэтая формула прадугледжвае ідэальныя ўмовы. Сапраўдныя батарэі так не працуюць.
Лічбы, якія ваш пастаўшчык вам не паказвае
Тэхнічныя лісты батарэі пералічваюць намінальную ёмістасць. Акумулятар "100 кВт.гадз" змяшчае 100 кВт.гадз тэарэтычнага назапашвальніка энергіі. Карысная ёмістасць розная, звычайна каля 80% для літыевых сістэм. Сістэмы кіравання батарэяй рэзервуюць 20% агульнай ёмістасці для прадухілення цыклаў глыбокага разраду, якія паскараюць дэградацыю.
| Спецыфікацыя Тып | Што гэта значыць | Тыповае значэнне |
|---|---|---|
| Намінальная ёмістасць | Агульная тэарэтычная захоўванне | 100 кВт.гадз |
| Карысная ёмістасць | Энергія даступная да адключэння BMS | 80 кВт.гадз |
| Эфектыўнасць-паездкі туды і назад | Выхад энергіі ÷ паступленне энергіі | 87-94% |
| Глыбіня разраду (DoD) | Рэкамендуемы працэнт разраду | 80% для LFP |
Тэмпература ўскладняе праблему. Згодна з дадзенымі тэсціравання Міністэрства энергетыкі, ёмістасць літыевай батарэі падае прыблізна да 80% пры тэмпературы 0 градусаў і апускаецца ніжэй за 60% пры тэмпературы -20 градусаў. Той завод у Мічыгане, дзе ў халадзільных складах працуюць пагрузчыкі? Яго акумулятары «100 кВт·г» забяспечвалі, магчыма, 65 кВт·г карыснай энергіі падчас зімовых аперацый.
Правільная формула памеру ўлічвае гэтыя зменныя:
Неабходная ёмістасць акумулятара=(магутнасць нагрузкі × час працы × каэфіцыент бяспекі 1,1) ÷ DoD ÷ эфектыўнасць
Для нагрузкі 5 кВт, якая працуе 4 гадзіны: (5 × 4 × 1,1) ÷ 0,8 ÷ 0.92 = 29,9 кВт.гадз
Не 20 кВт/г. Розніца паміж гэтымі двума лічбамі - гэта розніца паміж акумулятарамі, якія надзейна завяршаюць змены, і акумулятарамі, якія разраджаюцца аператарамі ў-праходзе ў 14:00.
C-хуткасць і чаму памер батарэі ўплывае больш, чым час працы
Каманды па закупках часта пытаюцца ў нас, ці варта ім купляць адну вялікую батарэю або некалькі меншых блокаў. Адказ залежыць ад таго, як вы плануеце іх выкарыстоўваць, і гэта прыводзіць нас да C-rate.
C-хуткасць апісвае хуткасць разраду адносна ёмістасці. Разрад 1С разраджае батарэю за гадзіну. Разрад 0,5C займае дзве гадзіны. Разрад 2C займае трыццаць хвілін.
Больш высокія C-каэфіцыенты вылучаюць больш цяпла ўнутры элементаў батарэі. Больш цяпла азначае меншую эфектыўнасць, больш хуткую дэградацыю і, у крайніх выпадках, патрабаванні да цеплавога кіравання, якія павялічваюць кошт і складанасць.
| C-Ацэнка | Час разрадкі | Тыповая эфектыўнасць | Выпрацоўка цяпла |
|---|---|---|---|
| 0.5C | 2 гадзіны | 96-98% | Нізкі |
| 1C | 1 гадзіна | 93-95% | Умераны |
| 2C | 30 хвілін | 88-92% | Высокі |
| 3C+ | <20 minutes | <88% | Патрабуе актыўнага астуджэння |
Тут залежнасць ад кВт-да-кВт-г становіцца цікавай для прыняцця рашэнняў аб закупках.
Разгледзім два сцэнары для пагрузчыка з максімальнай магутнасцю 12 кВт:
Варыянт А: батарэя 20 кВт/г
Пікавы попыт стварае хуткасць разраду 0,6C. Эфектыўнасць застаецца каля 94%. Дадатковае астуджэнне не патрабуецца. Але час працы абмежаваны прыкладна 3 гадзінамі фактычнай працы.
Варыянт B: акумулятар ёмістасцю 40 кВт/г
Той самы пік 12 кВт стварае хуткасць разраду толькі 0,3 C. Эфектыўнасць павышаецца да 97%. Час працы падаўжаецца да 6+ гадзін. Акумулятар таксама адчувае меншую нагрузку за цыкл, што павялічвае агульны тэрмін службы.
Большы пакет каштуе даражэй. Але павышэнне эфектыўнасці павялічваецца за тысячы цыклаў зарадкі, а падоўжаны тэрмін службы зніжае выдаткі на замену. Мы ацанілі лічбы дзясяткаў пераўтварэнняў парку, і кропка бясстратнасці звычайна прыпадае прыкладна праз 18-24 месяцы для аперацый, якія працуюць у некалькі змен.
Літый супраць свінцовай-кіслаты: параўнанне ёмістасці, якое кожны памыляецца
Большасць параўнанняў батарэй сканцэнтравана на хіміі. Літый служыць даўжэй, зараджаецца хутчэй, патрабуе меншага абслугоўвання. Усё праўда. Але параўнанне ёмістасці - гэта тое, дзе каманды па закупках робяць дарагія памылкі.
Свінцова-кіслотная акумулятарная батарэя ёмістасцю 100 Аг з рэйтынгам C20 (20-гадзін разраду) забяспечвае значна меншую ёмістасць у рэальных умовах працы. Гэта з'ява, якое называецца эфектам Пейкерта, прыводзіць да таго, што свінцова-кіслотныя батарэі губляюць 30-50% сваёй намінальнай ёмістасці пры хуткім разрадзе.
| Тып батарэі | Паказальнік Пейкерта | Ёмістасць пры 1-гадзіннай разрадцы | Эфектыўная страта |
|---|---|---|---|
| Літый (LFP) | 1.02-1.10 | 95-98 Аг | 2-5% |
| AGM свінцовая-кіслата | 1.05-1.15 | 80-90 Аг | 10-20% |
| Залітая свінцовая-кіслата | 1.20-1.60 | 50-70 Аг | 30-50% |
Заліты свінцова-кіслотны акумулятар «100 А·г», разраджаны на працягу адной гадзіны, можа даць толькі 56 А·г. Літыевая батарэя «100Ah» пры тых жа ўмовах забяспечвае 95-98Ah.
Гэта тлумачыць, чаму аператары аўтапаркаў, якія пераходзяць са свінцова-кіслотных на літый, часта выяўляюць, што літыевыя пакеты меншай-ёмістасці пераўзыходзяць свае большыя свінцова-кіслотныя папярэднікі. Нумары на таблічках не супастаўныя, таму што асноўныя тэхналогіі паводзяць сябе пад нагрузкай цалкам па-рознаму.
Эканоміка канверсіі аўтапарка
Мы адсочваем даныя аб выдатках нашых праектаў па ўстаноўцы. Прыведзеныя ніжэй лічбы ўяўляюць фактычныя вынікі складскіх і размеркавальных аперацый, а не тэарэтычныя прагнозы.
Электрычны пагрузчык супраць прапану: клас 5000 фунтаў
| Катэгорыя выдаткаў | Прапанавы пагрузчык | Электрычны (свінцова-кіслотны) | Электрычны (літый) |
|---|---|---|---|
| Цана пакупкі адзінкі | $24,000-30,000 | $32,000-38,000 | $35,000-42,000 |
| Акумулятар/паліўная сістэма | У камплекце | $5,000-7,000 | $8,000-12,000 |
| Кошт энергіі за змену | $18-24 | $4-6 | $2-4 |
| Кошт тэхнічнага абслугоўвання/гадзіна | $2.00 | $1.50 | $1.10-1.25 |
| Замена батарэі (5 гадоў) | N/A | $5,000-7,000 | Звычайна ніякай |
| Чаканы тэрмін службы | 12 000 гадзін | 15 000 гадзін | 20, 000+ гадзін |
Пропановый агрэгат мае самую нізкую закупачную цану. Ён таксама мае самы высокі эксплуатацыйны кошт. Электрычны літый мае самую высокую пакупную цану, але самы нізкі агульны кошт валодання пры тыповым 5-7-гадовым жыццёвым цыкле абсталявання.
8-гадовы аналіз TCO: 50-адзіны парк
Незалежны-пастаўшчык матэрыяльна-тэхнічнага забеспячэння ў Тэхасе задакументаваў пераход са свінцовай-кіслоты на літый у парку вілачных пагрузчыкаў класа I з 50 адзінак. Вынікі за 8-гадовы перыяд ацэнкі:
| Метрыка | Свінцова-кіслотны флот | Літыйскі флот | Розніца |
|---|---|---|---|
| Агульны кошт энергіі | $892,000 | $489,000 | -$403,000 (45%) |
| Замена батарэі | $340,000 | $0 | -$340,000 |
| Праца па тэхнічным абслугоўванні | $612,000 | $234,000 | -$378,000 (62%) |
| Зарадная інфраструктура | $85,000 | $142,000 | +$57,000 |
| Выдаткі на час прастою | $445,000 | $89,000 | -$356,000 (80%) |
| Агульны 8-гадовы кошт | $4,180,000 | $1,890,000 | -$2,290,000 (55%) |
Тэрмін акупнасці: 31 месяц. Пасля гэтага моманту парк літыевых прыносіў чыстую эканомію ў памеры прыкладна 285 000 долараў у год у параўнанні з абслугоўваннем свінцова-кіслотных сістэм. (Крыніца: тэматычнае даследаванне ugowork.com)
Розніца ў энергаэфектыўнасці склала вялікую частку гэтай эканоміі. Свінцова-кіслотныя сістэмы ў гэтым даследаванні паказалі 57% эфектыўнасці -абходу. Літыевыя заменнікі дасягнулі 87%-каэфіцыента эфектыўнасці. Калі вы зараджаеце 50 пагрузчыкаў у некалькі змен штодня, разрыў у эфектыўнасці ў 30 балаў ператвараецца ў рэальныя грошы.
Выбар магутнасці для прамысловага прымянення
Выбар памеру батарэі - гэта не толькі адпаведнасць кВт.гадз патрабаванням часу працы. Стаўленне кВт-да-кВт·гадз вызначае, якая архітэктура акумулятара мае сэнс для вашай працы.
Высокая магутнасць, меншая ёмістасць (-аптымізавана магутнасць)
Прымяненне: сістэмы КБС, запуск рухавікоў, кароткатэрміновыя высокія-токавыя патрабаванні
У гэтых батарэях выкарыстоўваюцца больш тонкія электроды з меншым унутраным супрацівам. Яны могуць забяспечваць вялікі ток без празмерных прасадак напружання. Але яны каштуюць даражэй за кВт/гадз захоўвання, таму што канструкцыя ячэйкі аддае перавагу шчыльнасці магутнасці перад шчыльнасцю энергіі.
Акумулятар з аптымізаванай магутнасцю 10 кВт·гадз- можа каштаваць на 30-50% даражэй, чым батарэя з аптымізаванай энергаёмістасцю 10 кВт·гадз з аналагічным хімічным складам.
Высокая ёмістасць, умераная магутнасць (-аптымізавана)
Прымяненне: пагрузчыкі, AGV, сістэмы захоўвання энергіі, электрамабілі
У гэтых батарэях выкарыстоўваюцца больш тоўстыя электроды, якія захоўваюць больш энергіі на элемент. Яны эфектыўна спраўляюцца з працяглымі ўмеранымі нагрузкамі, але не разлічаны на кароткачасовыя высокія-ўсплёскі току.
Для большасці прыкладанняў пагрузкі і апрацоўкі матэрыялаў канструкцыі-з аптымізацыяй энергіі маюць больш сэнсу, таму што профіль нагрузкі прадугледжвае ўстойлівае спажыванне, а не хуткія цыклы разрадкі.
Адпаведнасць спецыфікацыі да прыкладання
| Ужыванне | Тыповае спажыванне энергіі | Runtime Need | Рэкамендаваны тып батарэі |
|---|---|---|---|
| Сядзячы{0}}пагрузчык I класа | 8-15 кВт пікавая, 4-6 кВт сярэдняя | 6-8 гадзін | Энерга-аптымізаваная, 30-50 кВт.гадз |
| Дамкрат III класа | 2-4 кВт пікавая, 1-2 кВт сярэдняя | 8-10 гадзін | Энергазабеспячэнне-аптымізаванае, 15-25 кВт.гадз |
| AGV/AMR | 1-3 кВт у сярэднім | 8-12 гадзін | Энергазабеспячэнне-аптымізаванае, 10-20 кВт.гадз |
| Халадзільны пагрузчык | 10-18 кВт пік | 4-6 гадзін | Энерга-аптымізаваны + ацяпленне, 40-60 кВт.гадз |
Асобнай увагі заслугоўваюць прымянення халадзільных камер. Зніжэнне ёмістасці з-за нізкіх тэмператур азначае, што вам трэба павялічыць габарыты на 25-40% у параўнанні з працай пры тэмпературы навакольнага асяроддзя. Некаторыя прадпрыемствы лічаць, што ўстаноўка сістэм ацяплення ад акумулятараў (якія спажываюць 200-500 Вт падчас зарадкі) каштуе танней, чым альтэрнатыва куплі акумулятараў большага памеру.
Што каманды па закупках павінны праверыць
У расцэнках пастаўшчыкоў часта не ўтрымліваюцца дэталі, важныя для аператыўнага планавання. Перш чым падпісваць заказы на куплю, пацвердзіце наступныя характарыстыкі:
Умовы праверкі ёмістасці.Ці была намінальная магутнасць вымераная пры 25 градусах з 20-гадзіннай хуткасцю разраду? Гэта стандартныя лабараторныя ўмовы, якія могуць не адпавядаць асяроддзю вашай установы або профілю нагрузкі.
Намінальныя паказчыкі бесперапыннай і пікавай магутнасці.Некаторыя пастаўшчыкі цытуюць уражлівыя лічбы пікавага разраду, які батарэя можа вытрымаць толькі на працягу 30 секунд. Ваш пагрузчык патрабуе энергіі на працягу хвілін, а не секунд.
Умовы дзеяння гарантыі.Ці распаўсюджваецца гарантыя на зніжэнне магутнасці? На якім парозе? Большасць літыевых гарантый гарантуюць захаванне ёмістасці на 70-80% пасля пэўнай колькасці цыклаў або гадоў.
Спецыфікацыі BMS.Якую абарону забяспечвае сістэма кіравання батарэяй? Блакаванне-зарадкі пры нізкай тэмпературы прадухіляе пашкоджанне літыевага пакрыцця. Маніторынг-узроўню ячэйкі выяўляе няспраўныя ячэйкі, перш чым яны паўплываюць на ўсю зграю.
Эталонныя ўстаноўкі.Запытвайце кантактную інфармацыю ў кліентаў, якія выкарыстоўваюць падобнае абсталяванне ў падобных умовах. Тэарэтычныя характарыстыкі маюць меншае значэнне, чым прадэманстраваныя характарыстыкі.
Разлік, які сапраўды мае значэнне
Ператварэнне кВт-у-кВт·гадз — простая арыфметыка. Разлік закупкі, які вызначае, паспяховасць або няўдача вашых інвестыцый у акумулятар, больш складаны:
Сапраўдная энергетычная патрэба=(пікавая магутнасць × час працы × запас бяспекі) ÷ (DoD × эфектыўнасць × тэмпературны каэфіцыент)
Для пагрузчыка з халадзільным сховішчам, які выцягвае максімальную магутнасць 12 кВт на працягу 6-гадзіннай змены пры -5 градусах:
(12 × 6 × 1.15) ÷ (0.80 × 0.90 × 0.85) = 135,3 кВт/гадз тэарэтычныя патрэбы
На практыцы вы абралі б акумулятар у дыяпазоне 50-60 кВт/г, таму што сярэдняе спажыванне энергіі значна ніжэйшае за пікавы попыт, і вы б улічылі магчымасць зарадкі падчас перапынкаў. Але правядзенне гэтага разліку з рэалістычнымі ўводнымі дадзенымі паказвае, чаму так шмат пераўтварэнняў парку неэфектыўныя. Каманды падбіраюць батарэі ў залежнасці ад сярэдніх умоў і выяўляюць, якім складаным спосабам акумулятары павінны спраўляцца з найгоршымі сцэнарыямі.
Мы неаднаразова бачылі гэтую карціну пры пераабсталяванні вілачных пагрузчыкаў, разгортванні AGV і ўстаноўцы назапашвання энергіі. Аб'екты, якія маюць поспех у электрыфікацыі акумулятараў, - гэта тыя, якія ўлічваюць страты эфектыўнасці, тэмпературныя эфекты і межы глыбіні разраду на этапе спецыфікацыі. Аб'екты, якія змагаюцца, - гэта тыя, якія памнажаюць кВт на гадзіны і мяркуюць, што яны вырашылі праблему.
Калі вы працуеце над гэтымі разлікамі для канкрэтнага праекта, наша каманда прыкладанняў разглядае патрабаванні і дае рэкамендацыі па памерах на аснове вашых аперацыйных дадзеных. Кансультацыя займае каля 30 хвілін і ахоплівае характарыстыкі абсталявання, умовы навакольнага асяроддзя і профілі нагрузкі. Мы аддаем перавагу выяўляць памылкі памеру перад устаноўкай, чым ліквідаваць непаладкі з батарэямі з нізкай прадукцыйнасцю пасля іх уключэння ў абсталяванне.
*Тэхнічныя характарыстыкі і даныя тэматычных даследаванняў, на якія спасылаюцца ў гэтым артыкуле, даступныя па запыце. Каб атрымаць кансультацыі па-канкрэтным праекце, звярніцеся да нашай каманды інжынераў і паведаміце падрабязную інфармацыю аб вашым абсталяванні і эксплуатацыйных патрабаваннях.*
