кВт-тан кВтсағ-қа дейінгі калькулятор: қуат пен энергияны түсіну
Өткен айда бізге Мичигандағы салқындатқыш қоймадан сатып алу менеджері қоңырау шалды. Ол ескірген қорғасын қышқылды жүк көтергіш батареяларын литий қондырғыларына ауыстырғысы келді және үй тапсырмасын орындады. Сұрыптау. Ол жүк көтергіштерінің орташа есеппен 4 кВт тұтынатынын, ауысымына 6 сағат жұмыс істейтінін есептеді, сондықтан оған 24 кВт/сағ батареялар қажет болды. Қарапайым көбейту.
Оның жүк көтергіштері енді толық ауысымға соқпайды. Біз оның нақты операциялық деректерімен танысқаннан кейін нақты қажеттілік 38 кВт-сағ-қа жақындады. Алшақтық математикалық қате емес еді. Ол кВт пен кВт сағ дегенді жақсы түсінді. Оның жіберіп алғаны - тиімділік жоғалтулары, разряд шегінің тереңдігі және -5 градустық ортада жұмыс істеу қабілетінің төмендеуі. Бұл факторлар негізгі калькуляторларда көрсетілмейді және жеткізушілердің көпшілігінде де көрсетілмейді.
Қуат тарту және энергияны сақтау
Киловатт пен киловатт сағат- арасындағы айырмашылық тіпті тәжірибелі сатып алу мамандарына да әсер етеді, себебі сатып алу тапсырыстарын жазуды бастағанға дейін терминдер бір-бірін алмастырады.
Киловатт лездік қуатты өлшейді. Сіздің жүк көтергіш қозғалтқышыңыз 8 кВт-та жұмыс істегенде, бұл оның кез келген сәтте энергия алатын жылдамдығы. Киловатт{3}}сағат уақыт бойынша жалпы қуат тұтынуды өлшейді. 2 сағат жұмыс істейтін 8 кВт қозғалтқыш 16 кВт/сағ энергия жұмсайды.
Түрлендіру формуласы қарапайым:
Энергия (кВт сағ)=Қуат (кВт) × Уақыт (сағат)
Бірақ бұл формула мінсіз шарттарды болжайды. Нағыз батареялар осылай жұмыс істемейді.
Жабдықтаушы сізге көрсетпейтін сандар
Батареяның деректер кестелері номиналды сыйымдылықты көрсетеді. «100 кВт/сағ» аккумулятор жинағында 100 кВт/сағ теориялық қуат сақталады. Қолданылатын сыйымдылық әртүрлі, әдетте литий жүйелері үшін шамамен 80%. Батареяны басқару жүйелері тозуды тездететін терең разряд циклдерін болдырмау үшін жалпы сыйымдылықтың 20% сақтайды.
| Спецификация түрі | Бұл нені білдіреді | Типтік мән |
|---|---|---|
| Номиналды сыйымдылық | Жалпы теориялық сақтау | 100 кВт/сағ |
| Қолданылатын сыйымдылық | BMS өшірілгенге дейін қол жетімді энергия | 80 кВт/сағ |
| Бара-бара -сапардың тиімділігі | Энергия шығу ÷ Энергия кіріс | 87-94% |
| Ағызу тереңдігі (DoD) | Ұсынылған разряд пайызы | LFP үшін 80% |
Температура проблеманы күшейтеді. DOE тестілеу деректеріне сәйкес, литий батареясының сыйымдылығы 0 градуста шамамен 80% дейін төмендейді және -20 градуста 60% төмендейді. Мичигандағы тоңазытқыш қоймаларында жүк көтергіштермен жұмыс істейтін бұл мекеме? Оның «100 кВт/сағ» аккумуляторлары қысқы жұмыс кезінде 65 кВт/сағ пайдалы қуат беретін.
Дұрыс өлшем формуласы мына айнымалыларды есепке алады:
Қажетті батарея сыйымдылығы=(Жүктеу қуаты × Жұмыс уақыты × 1,1 қауіпсіздік коэффициенті) ÷ DoD ÷ Тиімділік
4 сағат жұмыс істейтін 5 кВт жүктеме үшін: (5 × 4 × 1,1) ÷ 0,8 ÷ 0.92 = 29,9 кВт/сағ
20 кВт/сағ емес. Бұл екі санның айырмашылығы - ауысымды сенімді түрде аяқтайтын батареялар мен сағат 14.00-де операторларды -орта жолға шығаратын батареялар арасындағы айырмашылық.
C-Батарея мөлшері жұмыс уақытынан көбірек әсер етеді
Сатып алу топтары бізден бір үлкен аккумуляторды немесе бірнеше кішірек блоктарды сатып алу керектігін жиі сұрайды. Жауап оларды қалай пайдалануды жоспарлайтыныңызға байланысты және бұл бізді C-бағасына әкеледі.
C-разряд сыйымдылыққа қатысты разряд жылдамдығын сипаттайды. 1С разряды батареяны бір сағатта босатады. 0,5С разряд екі сағатты алады. 2С разряды отыз минутты алады.
Жоғары C-ставкалар батарея ұяшықтарында көбірек жылу шығарады. Көбірек жылу төмен тиімділікті, тезірек тозуды және төтенше жағдайларда шығындар мен күрделілікті арттыратын жылуды басқару талаптарын білдіреді.
| C-Баға | Шығару уақыты | Типтік тиімділік | Жылу өндіру |
|---|---|---|---|
| 0.5C | 2 сағат | 96-98% | Төмен |
| 1C | 1 сағат | 93-95% | Орташа |
| 2C | 30 минут | 88-92% | Жоғары |
| 3C+ | <20 minutes | <88% | Белсенді салқындатуды қажет етеді |
Сатып алу туралы шешім қабылдау үшін кВт-кВт-сағ қатынасы қызықты болады.
Ең жоғары 12 кВт жүк көтергішке арналған екі сценарийді қарастырыңыз:
А нұсқасы: 20 кВт/сағ батарея жинағы
Ең жоғары сұраныс 0,6С разряд жылдамдығын жасайды. Тиімділік шамамен 94% сақталады. Қосымша салқындату қажет емес. Бірақ жұмыс уақыты шамамен 3 сағаттық нақты жұмыспен шектеледі.
В опциясы: 40 кВт/сағ батарея жинағы
Бірдей 12 кВт шыңы тек 0,3С разряд жылдамдығын жасайды. Тиімділік 97% дейін жақсарады. Орындалу уақыты 6+ сағатқа дейін созылады. Сондай-ақ, батарея бір циклде аз кернеуге ұшырайды, бұл жалпы қызмет ету мерзімін ұзартады.
Үлкенірек пакеттің құны жоғарырақ. Бірақ тиімділік мыңдаған заряд циклдерінен асып түседі және ұзартылған қызмет мерзімі ауыстыру шығындарын кешіктіреді. Біз ондаған флот түрлендірулері бойынша сандарды орындадық және шығынсыздық нүктесі әдетте бірнеше ауысымда жұмыс істейтін операциялар үшін шамамен 18-24 айға түседі.
Литий және қорғасын-Қышқыл: сыйымдылықты салыстыру әркім қателеседі
Көптеген батареяларды салыстыру химияға бағытталған. Литий ұзағырақ қызмет етеді, жылдамырақ зарядталады, аз техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді. Бәрі рас. Бірақ қуаттылықты салыстыру - сатып алу топтары қымбат қателіктер жіберетін жерде.
C20 (20-разряд) деңгейінде есептелген 100Ач қорғасын қышқылды аккумулятор- нақты жұмыс жағдайында айтарлықтай аз қуат береді. Пеукерт эффектісі деп аталатын бұл құбылыс қорғасын-қышқылды аккумуляторларды тез зарядсызданған кезде олардың номиналды қуатының 30-50% жоғалтуына әкеледі.
| Батарея Түрі | Пейкерт көрсеткіші | 1 сағаттық разрядтағы сыйымдылық | Тиімді жоғалту |
|---|---|---|---|
| Литий (LFP) | 1.02-1.10 | 95-98 Ah | 2-5% |
| AGM қорғасын-қышқыл | 1.05-1.15 | 80-90 Ah | 10-20% |
| Су басқан қорғасын{0}}қышқыл | 1.20-1.60 | 50-70 Ah | 30-50% |
"100Ач" су басқан қорғасын қышқылды аккумулятор{1}}бір сағатта зарядсыздандырылған, тек 56Ач қуат бере алады. «100Ач» литий батареясы бірдей жағдайларда 95-98Ач қуат береді.
Бұл қорғасын қышқылынан литийге ауысатын флот операторларының-сыйымдылығы аз литий қаптамалары өздерінің үлкенірек-қорғасын қышқылдарынан жоғары жұмыс істейтінін жиі байқайтынын түсіндіреді. Зат тақтайшаларының нөмірлерін салыстыруға болмайды, себебі негізгі технологиялар жүктеме кезінде мүлдем басқаша әрекет етеді.
Флотты конверсиялау экономикасы
Біз орнату жобаларымыздағы шығындар деректерін қадағалаймыз. Төмендегі сандар теориялық болжамдар емес, қойма және тарату операцияларының нақты нәтижелерін көрсетеді.
Электрлік жүк көтергіш пропанға қарсы: 5 000 фунт Сынып
| Шығындар санаты | Пропан жүк көтергіші | Электрлік (қорғасын{0}}қышқыл) | Электрлік (литий) |
|---|---|---|---|
| Бірлікті сатып алу бағасы | $24,000-30,000 | $32,000-38,000 | $35,000-42,000 |
| Батарея/отын жүйесі | енгізілген | $5,000-7,000 | $8,000-12,000 |
| Ауысымдағы энергия құны | $18-24 | $4-6 | $2-4 |
| Техникалық қызмет көрсету құны/сағат | $2.00 | $1.50 | $1.10-1.25 |
| Батареяны ауыстыру (5 жыл) | N/A | $5,000-7,000 | Әдетте жоқ |
| Күтілетін қызмет мерзімі | 12 000 сағ | 15 000 сағ | 20,000+ сағ |
Пропан қондырғысының ең төмен сатып алу бағасы бар. Ол сонымен қатар ең жоғары операциялық шығындарға ие. Электр литийі ең жоғары сатып алу бағасына ие, бірақ әдеттегі 5-7 жылдық жабдықтың қызмет ету циклі бойынша иеленудің ең төменгі жалпы құны.
ТШО-ның 8 жылдық талдауы: 50 бірлік флот
Техастағы үшінші тарап логистикалық провайдері 50 бірліктен тұратын I класты жүк көтергіштер паркінде қорғасын қышқылынан литийге-конверсиясын құжаттады. 8 жылдық бағалау кезеңіндегі нәтижелер:
| Метрика | Қорғасын{0}}Қышқылдар флоты | Литий флоты | Айырмашылық |
|---|---|---|---|
| Жалпы энергия құны | $892,000 | $489,000 | -$403,000 (45%) |
| Батареяны ауыстыру | $340,000 | $0 | -$340,000 |
| Техникалық қызмет көрсету жұмыстары | $612,000 | $234,000 | -$378,000 (62%) |
| Зарядтау инфрақұрылымы | $85,000 | $142,000 | +$57,000 |
| Тоқтап тұру шығындары | $445,000 | $89,000 | -$356,000 (80%) |
| Жалпы 8 жылдық құны | $4,180,000 | $1,890,000 | -$2,290,000 (55%) |
Өтеу мерзімі: 31 ай. Осы сәттен кейін литий флоты қорғасын қышқылдық жүйелерін қолдаумен салыстырғанда жыл сайын шамамен 285 000 АҚШ долларын құрайтын таза үнемдеу жасады. (Дереккөз: ugowork.com жағдайлық зерттеу)
Энергия тиімділігінің айырмашылығы осы үнемдеудің үлкен бөлігін құрады. Осы зерттеудегі қорғасын қышқылдары-жүйелері 57% -айналу тиімділігін көрсетті. Литийді ауыстыру 87% -айналу тиімділігіне қол жеткізді. Күн сайын бірнеше ауысымда 50 жүк көтергішті зарядтаған кезде, бұл 30 ұпайлық тиімділік алшақтығы нақты ақшаға айналады.
Өнеркәсіптік қосымшалар үшін қуаттылықты таңдау
Батарея өлшемдері тек кВт/сағ жұмыс уақытының талаптарына сәйкестендіру ғана емес. КВт-кВт/сағ қатынасы батареяның қай архитектурасы жұмысыңыз үшін мағыналы екенін анықтайды.
Жоғары қуат, төмен сыйымдылық (қуат{0}}оңтайландырылған)
Қолданбалар: UPS жүйелері, қозғалтқышты іске қосу, қысқаша жоғары{0}}ағымдағы талаптар
Бұл батареялар ішкі кедергісі төмен жұқа электродтарды пайдаланады. Олар кернеудің шамадан тыс төмендеуінсіз жоғары ток бере алады. Бірақ олардың бір кВт/сағ сақтау құны қымбатырақ, өйткені ұяшық дизайны энергия тығыздығынан қуат тығыздығына басымдық береді.
Қуаты 10 кВт сағ оңтайландырылған аккумулятор -оңтайландырылған 10 кВт-сағ энергиясы бар батареядан 30-50%-ға қымбат болуы мүмкін.
Жоғары сыйымдылық, орташа қуат (қуат-оңтайландырылған)
Қолданылуы: жүк көтергіштер, AGV, энергия сақтау жүйелері, электр көліктері
Бұл батареялар бір ұяшыққа көбірек энергия сақтайтын қалың электродтарды пайдаланады. Олар тұрақты орташа жүктемелерді тиімді өңдейді, бірақ қысқа мерзімді жоғары -ағымдық жарылыстарға арналмаған.
Материалдарды өңдеу қолданбаларының көпшілігі үшін энергияны оңтайландырылған дизайн- мағыналырақ, себебі жүктеме профилі жылдам разряд циклдарынан гөрі тұрақты тұтынуды қамтиды.
Спецификацияны қолданбаға сәйкестендіру
| Қолданба | Әдеттегі қуат сұранысы | Орындалу уақыты қажеттілігі | Ұсынылатын батарея түрі |
|---|---|---|---|
| I сынып {0}отырғыш жүк көтергіш | 8-15 кВт шыңы, орташа 4-6 кВт | 6-8 сағат | Энергия -оңтайландырылған, 30-50 кВт/сағ |
| III класс паллет ұясы | 2-4 кВт шыңы, орташа 1-2 кВт | 8-10 сағат | Энергия-оңтайландырылған, 15-25 кВт/сағ |
| AGV/AMR | Орташа 1-3 кВт | 8-12 сағат | Энергия-оңтайландырылған, 10-20 кВт/сағ |
| Суық қоймаға арналған жүк көтергіш | 10-18 кВт шыңы | 4-6 сағат | Энергия-оңтайландырылған + жылыту, 40-60 кВт/сағ |
Суық сақтау қолданбалары ерекше назар аударуды қажет етеді. Төмен температураның сыйымдылығының айыппұлы қоршаған орта температурасымен салыстырғанда 25-40%-ға артық өлшемді қажет етеді. Кейбір қондырғылар аккумуляторды жылыту жүйелерін орнату (зарядтау кезінде 200-500 Вт тұтынатын) үлкенірек аккумулятор жинақтарын сатып алу баламасынан арзанырақ екенін анықтайды.
Сатып алу топтары нені тексеруі керек
Жеткізуші баға ұсыныстары операциялық жоспарлау үшін маңызды мәліметтерді жиі өткізбейді. Сатып алу тапсырыстарына қол қоймас бұрын мына сипаттамаларды растаңыз:
Сыйымдылықты сынау шарттары.Номиналды сыйымдылық 20 сағаттық разряд жылдамдығымен 25 градуста өлшенді ме? Бұл стандартты зертханалық жағдайлар, олар сіздің мекеме ортаңызға немесе жүктеме профиліне сәйкес келмеуі мүмкін.
Үздіксіз және ең жоғары қуат көрсеткіштері.Кейбір жеткізушілер батарея 30 секундқа ғана шыдай алатын әсерлі ең жоғары разряд сандарын келтіреді. Сіздің жүк көтергішіңізге секундтар емес, минуттар қуат қажет.
Кепілдікті қамтамасыз ету шарттары.Кепілдік сыйымдылықтың төмендеуін қамтиды ма? Қандай табалдырықта? Литий кепілдіктерінің көпшілігі белгілі бір циклдар немесе жылдар санынан кейін сыйымдылықтың 70-80% сақталуына кепілдік береді.
BMS спецификациялары.Батареяны басқару жүйесі қандай қорғанысты қамтамасыз етеді? Төмен температурада зарядтауды құлыптау -литий жабынының зақымдануын болдырмайды. Ұяшық деңгейі-бақылау сәтсіз ұяшықтарды бүкіл бумаға әсер етпес бұрын ұстайды.
Анықтамалық қондырғылар.Ұқсас жағдайда ұқсас жабдықты пайдаланатын тұтынушылардан байланыс ақпаратын сұраңыз. Теориялық сипаттамалар көрсетілген өнімділікке қарағанда маңызды емес.
Іс жүзінде маңызды болып табылатын есептеу
кВт-кВтсағ-қа- түрлендіру қарапайым арифметика. Батарея инвестициясының сәтті немесе сәтсіз екенін анықтайтын сатып алу есебі күрделірек:
Шынайы қуат талабы=(ең жоғары қуат × жұмыс уақыты × қауіпсіздік маржасы) ÷ (DoD × тиімділік × температура факторы)
6 сағаттық ауысымда -5 градуста 12 кВт шыңдарды тартатын салқындатқыш жүк көтергіш үшін:
(12 × 6 × 1.15) ÷ (0.80 × 0.90 × 0.85) = 135,3 кВтсағ теориялық қажеттілік
Іс жүзінде сіз батареяны 50-60 кВт/сағ диапазонында таңдайсыз, себебі орташа қуат тұтынуы ең жоғары сұраныстан әлдеқайда төмен және үзіліс кезінде зарядтау мүмкіндігін ескересіз. Бірақ бұл есептеуді нақты деректермен орындау көптеген флот түрлендірулерінің неге төмен орындалатынын көрсетеді. Командалар батареяларды орташа жағдайларға негіздейді және батареялардың ең нашар сценарийлерді өңдеудің қиын жолын анықтайды.
Біз бұл үлгіні жүк көтергіш түрлендірулерінде, AGV орналастыруларында және энергия сақтау қондырғыларында бірнеше рет көрдік. Батареяны электрлендіру арқылы табысты болатын қондырғылар спецификация кезеңінде тиімділік жоғалтуларын, температура әсерлерін және разряд шегінің тереңдігін ескереді. Күресіп жатқан нысандар - кВт сағатқа көбейтетін және мәселені шешті деп есептейтін нысандар.
Белгілі бір жоба үшін осы есептеулер арқылы жұмыс істеп жатсаңыз, біздің қолданбалар тобы талаптарды қарап шығады және операциялық деректерге негізделген өлшемдер бойынша ұсыныстар береді. Кеңес беру шамамен 30 минутты алады және жабдықтың сипаттамаларын, қоршаған орта жағдайларын және жүктеме профилін қамтиды. Жабдыққа бұрандамен бекітілгеннен кейін төмен жұмыс істейтін батареяларды жөндеуден гөрі, орнату алдында өлшем қателерін анықтағанды жөн көреміз.
*Осы мақалада сілтеме жасалған техникалық сипаттамалар мен жағдайды зерттеу деректері сұрау бойынша қол жетімді. Жобаға қатысты{1}}кеңес алу үшін жабдық мәліметтері мен пайдалану талаптары бойынша инженерлік топқа хабарласыңыз.*
