Слънчево индукционно топене извън мрежата: Работа на леярна без захранване от мрежата
Индукционното топене извън мрежата звучи невъзможно, докато не го видите в действие. Леярна в Западна Австралия използва индукционна пещ с мощност 2 MW, работеща със слънчева енергия и акумулаторна батерия, от 2022 г. насам, без никаква връзка с мрежата. Меднопреработвателен завод в пустинята Атакама в Чили използва индукционна пещ с мощност 5 MW, работеща със слънчева и дизелова система, от 2021 г. насам. Предприятие за рециклиране на скрап в Мали използва индукционна пещ с мощност 1 MW, работеща със слънчева енергия и батерия, от 2023 г. насам. Технологията е реална, операциите работят, а икономическата перспектива е все по-привлекателна за отдалечени обекти.
Когато извън мрежата има смисъл
Индукционното топене извън мрежата има смисъл в три ситуации: отдалечени обекти без достъп до мрежата, обекти с ненадеждно захранване от мрежата и обекти, където разходите за разширяване на мрежата са непосилни. Първият случай е най-често срещаният: минни операции, нефтени и газови лагери, военни бази и отдалечени общности – всички те се нуждаят от топене на метал за поддръжка и производство, а разходите за прокарване на мрежова линия от 50 до 100 км до отдалечен обект могат да надхвърлят цената на цялата система, съчетаваща слънчева енергия и индукция.
Вторият случай е често срещан в развиващите се пазари с нестабилно захранване от мрежата. Много леярни в Африка, Южна Азия и Югоизточна Азия губят от 5 до 20 процента от производственото си време поради прекъсвания на мрежата. Цената на загубеното производство често надвишава цената на резервна система от слънчева енергия плюс батерии, а резервната система може да осигури и по-голямата част от енергията по време на нормална работа.
Третият случай е често срещан в развитите пазари, където разходите за разширяване на мрежата са високи. В западната част на Съединените щати разходите за удължаване на трифазна линия с дължина 10 км до нов индустриален обект могат да надхвърлят 1 милион щатски долара. Система от слънчева енергия и батерии на същия обект може да струва от 1,5 до 2 милиона щатски долара, но системата е независима от мрежата и разходите са по-предсказуеми.
Оразмеряване на системата за работа извън мрежата
Слънчевото индукционно топене извън мрежата изисква внимателно оразмеряване на системата. Слънчевият фотоволтаичен панел трябва да произвежда достатъчно енергия през годината, за да покрие потреблението на пещта, а батерията за съхранение трябва да е достатъчно голяма, за да се справи с многодневни облачни периоди и нощна работа.
За индукционна пещ с мощност 2 MW, работеща 5000 часа годишно (около 14 часа на ден, 365 дни в годината), годишното потребление на енергия е 10 GWh. Слънчев фотоволтаичен панел на място с висока инсолация (5 до 6 kWh на квадратен метър на ден) може да произведе 1500 до 1800 kWh на kW годишно, така че необходимият фотоволтаичен капацитет е 5,5 до 6,7 MW. Батерийното съхранение трябва да покрива 12 до 16 часа работа при средната консумация на мощност (60 до 75 процента от номиналната мощност), която е 15 до 25 MWh.
Общата системна цена за 2 MW автономна слънчева индукционна топилна инсталация в обект с висока инсолация е в диапазона от 12 до 18 милиона щатски долара, в зависимост от подготовката на обекта, размера на BESS и сложността на системата за управление. Цената се амортизира за 20 до 25 години, а експлоатационните разходи се състоят предимно от подмяната на BESS на 12 до 15 година.
Хибридни соларно-дизелови системи
За обекти, които се нуждаят от 24/7 работа и не могат да понесат риска от изчерпване на BESS (базата на електрическа енергия от соларни панели), хибридната соларно-дизелова система е правилното решение. Дизеловият генератор осигурява резервното захранване, а соларната система плюс BESS покрива 60 до 80 процента от годишната енергия. Дизеловият генератор работи с 80 до 100 процента натоварване, което е най-ефективната му работна точка, а горивната ефективност е много по-добра от тази на непрекъснато променливо натоварване.
5 MW хибридна соларно-дизелова система за медоплавилен завод в Чили включва 12 MW фотоволтаични панели, 15 MWh BESS (бетонно-електрическа система с ниска електрификация) и 5 MW дизелово производство. Системата работи от 3 години със 75% принос на слънчевата енергия, а потреблението на дизелово гориво е намаляло със 70% в сравнение с предишната изцяло дизелова система. Възвръщаемостта на инвестицията в слънчева енергия плюс BESS е от 6 до 8 години при местните цени на електроенергията и дизела.
Системи за управление на микромрежи
Системата за управление на микромрежата е сърцето на автономната инсталация. Системата координира фотоволтаичната мощност, състоянието на зареждане на BESS, дизеловия генератор (ако има такъв) и натоварването на пещта. Целите на управлението са: максимизиране на слънчевия принос, поддържане на състоянието на зареждане на BESS в безопасни граници и гарантиране, че пещта винаги разполага с необходимата мощност.
Стандартната архитектура на управление е главен контролер, който взаимодейства с фотоволтаичния инвертор, системата за управление BESS, контролера на дизеловия генератор и системата за управление на пещта. Главният контролер изпълнява алгоритъм за прогнозиране на модела (MPC), който прогнозира фотоволтаичната мощност (използвайки прогнози за времето и исторически данни) и планира консумацията на енергия на пещта, за да се увеличи максимално приносът на слънчевата енергия.
MONTE INTELLIGENCE доставя микромрежови системи за управление на автономни и хибридни соларни индукционни топилни инсталации. Системата за управление е интегрирана със системата за управление на пещта и осигурява единен HMI интерфейс за оператора.
Оперативни предизвикателства
Слънчевото индукционно топене извън мрежата има оперативни предизвикателства, които не са налице при операции, свързани към мрежата. Първото предизвикателство е управлението на състоянието на заряд на BESS (бетонно-разредена електроцентрала за отоплителни системи). Дълбоко разредената BESS (бетонно-разредена електроцентрала за отоплителни системи) може да повреди клетките и пещта трябва да бъде дроселирана, за да се предотврати разреждане под безопасната граница. Системата за управление трябва да съобщава наличната мощност на оператора на пещта, а операторът трябва да бъде обучен да управлява натоварването.
Второто предизвикателство е прахът и температурните крайности. Слънчевите фотоволтаични панели в отдалечени места натрупват прах, който може да намали производството с 10 до 30 процента. Фотоволтаичните панели се нуждаят от редовно почистване, а BESS (системата за слънчеви панели с ниско напрежение) се нуждае от управление на температурата, за да се предотвратят термични повреди в горещ климат.
Третото предизвикателство са уменията за поддръжка. Отдалечените обекти рядко разполагат с обучени техници за слънчеви фотоволтаични системи или BESS (Better Equipment System - система за електрическа енергия), а поддръжката трябва да се извършва от специалисти на място. MONTE INTELLIGENCE предлага услуга за дистанционно наблюдение, която проследява работата на системата и изпраща техници, когато тя се нуждае от обслужване.
Четвъртото предизвикателство е доставката на гориво (за хибридни системи). Дизеловото гориво трябва да се транспортира до отдалечения обект и веригата за доставки може да бъде нарушена. BESS с 8 до 12 часа съхранение може да издържи на забавяне в доставките на гориво, а резервен слънчев панел може да поддържа BESS зареден, дори когато дизеловото гориво не е налично.
Казус: Леярна извън мрежата в Мали
Предприятие за рециклиране на скрап в Бамако, Мали, използва индукционна пещ с мощност 1 MW, работеща със система, съчетаваща слънчева енергия и нискоефективна система за намаляване на емисиите (BESS), от 2023 г. Системата включва 2,5 MW фотоволтаични панели, 4 MWh батерии за малки флуоресцентни панели (LFP) и 1 MW инвертор, свързан към мрежата (мрежата се използва като резервна). Системата доставя 75% от годишната енергия от слънчева енергия, а мрежата осигурява останалите 25%. Годишната цена на енергията е 0,06 щатски долара за kWh, в сравнение с 0,15 щатски долара за kWh само от мрежата. Системата е финансирана от международна банка за развитие, а възвръщаемостта на инвестицията е 7 години.
Говорете с MONTE INTELLIGENCE относно автономната слънчева индукция
За купувачи, които обмислят инсталация за топилна инсталация със слънчева индукция, работеща извън мрежата или хибридна, инженерният отдел на MONTE INTELLIGENCE може да моделира размера на системата, експлоатационните разходи и спестяванията на въглерод за конкретен обект. Моделът включва оценка на слънчевите ресурси, оразмеряване на BESS, проектиране на системата за управление и изисквания за резервно захранване на мрежата. Посетете.www.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html за спецификации на продуктите и казуси. За обсъждане на проект, изпратете имейл на helenxu@cnlymonte.com със заглавие „офсетова соларна индукция“ и подробности за вашия обект, размер на пещта и работно време.
