디젤 발전 및 에너지 저장 하이브리드 시스템은 언제 경제성이 있을까요?

디젤 발전 및 에너지 저장 하이브리드 시스템은 배터리가 발전기의 운전 패턴을 충분히 바꿔 총 수명주기 비용을 낮출 수 있을 때 경제성이 있습니다. 가장 유리한 경우는 저부하 또는 변동 부하에서의 장시간 운전, 높은 연료 운송 비용, 정전에 따른 큰 손실, 또는 더 큰 발전기가 필요했을 단시간 피크를 포함하는 부하 프로파일이 결합된 경우입니다. 발전기가 이미 안정적인 장시간 교대 운전에서 효율적인 부하 범위에 가깝게 운전되고 배터리가 생산적으로 충방전할 기회가 거의 없다면 구매의 경제성은 약해집니다.

따라서 재무적 질문은 배터리가 디젤 사용량을 줄일 수 있는지 여부가 아닙니다. 일반적으로 줄일 수 있습니다. 핵심은 회피되는 연료비, 발전기 마모, 과대 용량, 수요 노출 및 중단 비용의 가치가 계획된 자산 수명 동안 추가되는 자본비, 설치비, 금융비, 유지보수비 및 향후 배터리 교체 비용을 초과하는지 여부입니다.

발전기 정격이 아니라 부하 형태부터 시작하십시오

평균 전력 수요는 하이브리드 투자 검토의 적절한 출발점이 아닙니다. 평균 80 kW를 사용하는 현장은 평탄한 80 kW 부하일 수도 있고, 20 kW의 기본 수요와 반복되는 180 kW 피크가 교차할 수도 있습니다. 이 두 프로파일은 유사한 에너지 소비량을 보일 수 있지만, 매우 다른 장비가 필요하고 매우 다른 절감 효과를 낳습니다.

하이브리드 시스템은 배터리가 단시간의 고전력 이벤트를 흡수하고 저부하 기간에 전력을 공급하여 디젤 발전기가 더 적은 횟수로, 더 효율적인 구간에서 운전할 수 있게 할 때 가치를 창출합니다. 배터리가 급격한 변동을 처리하는 동안 발전기는 한가한 구간에 정지하거나 선호하는 부하 범위에 더 가깝게 운전될 수 있습니다. 이는 다음 피크에 대비해야 한다는 이유만으로 대형 디젤 발전기가 저부하로 운전되는 일반적인 문제를 줄입니다.

부하 데이터는 기동 전류, 유압 부하, 펌프, 압축기, 충전 이벤트 및 간헐적 공구를 파악할 수 있을 만큼 충분히 세밀한 해상도로 수집해야 합니다. 시간별 유틸리티 또는 연료 기록은 연간 에너지 총량에는 유용하지만 발전기 용량을 결정하는 정확한 피크를 숨길 수 있습니다. 10분 또는 1분 간격 데이터는 배터리에 짧은 이벤트용 높은 전력이 필요한지, 긴 유휴 기간용 상당한 에너지가 필요한지, 또는 둘 다 필요한지를 드러내는 경우가 많습니다.

다음 세 가지 프로파일은 별도로 검토할 필요가 있습니다:

• 낮은 기본 부하와 급격한 피크: 배터리 피크 절감은 대부분의 운전 시간에 과대 용량인 대형 발전기의 설치 또는 유지 필요성을 피할 수 있습니다.
• 장시간 저수요 구간이 있는 변동 운전: 배터리에 예상 구간을 충당할 충분한 가용 용량이 있다면 저장 에너지가 한가한 기간을 담당하고 공회전 운전을 줄일 수 있습니다.
• 안정적인 고가동률: 발전기가 이미 효율적으로 운전되고 있을 수 있어 연료 절감 여지가 적습니다. 배터리는 복원력이나 계통 제약 측면에서 여전히 가치가 있을 수 있지만, 연료 절감만으로는 경제성이 제한적인 경우가 많습니다.

일반적인 오류는 일일 에너지 소비량만으로 배터리 용량을 산정하는 것입니다. 배터리 전력 정격은 피크를 절감할 수 있는지를 결정하고, 가용 에너지는 부하를 얼마나 오래 감당할 수 있는지를 결정하며, 인버터 과부하 용량은 모터 기동 또는 과도 수요를 견딜 수 있는지를 결정합니다. kWh가 충분하더라도 kW가 부족한 시스템은 발전기 과부하를 방지하지 못합니다. 고출력 배터리라도 가용 에너지가 너무 적으면 발전기를 기동해야 하기 전에 몇 차례의 이벤트만 절감할 수 있습니다.

연료 절감에는 현실적인 급전 모델이 필요합니다

디젤 발전기는 전기 출력에 정비례하여 연료를 소비하지 않습니다. 운전 중에는 의미 있는 고정 연료 소비 성분이 있으며, 부하가 증가할수록 연료 사용량도 증가합니다. 따라서 정격 용량의 낮은 비율로 운전되는 발전기는 효율 구간에 가까운 동일 장비보다 공급된 kWh당 훨씬 많은 연료를 소비할 수 있습니다. 하이브리드 시스템의 가장 강력한 연료 절감 근거는 모든 배터리 kWh가 같은 양의 디젤을 대체한다고 가정하는 것이 아니라 이러한 비효율적인 운전 시간을 피하는 데서 나옵니다.

신뢰할 수 있는 모델은 단일한 일반적 리터/kWh 가정이 아니라 관련 부하 범위 전반에 걸친 발전기의 연료 소비 곡선을 사용해야 합니다. 또한 예열, 최소 운전 시간, 회전 예비력, 충전 수용성, 기생 부하 및 제어기의 운전 로직을 고려해야 합니다. 발전기가 더 효율적인 운전 구간에서 배터리를 충전하도록 계획된다면, 방전된 에너지를 산정하기 전에 충전 손실과 변환 손실을 포함해야 합니다.

급전 순서는 중요합니다. 저수요 구간으로 분리된 짧은 전력 피크가 있는 현장을 생각해 보십시오. 발전기는 지속 부하에 맞춰 용량을 선정하고 배터리가 피크를 담당할 수 있습니다. 반대로 각 피크가 배터리를 방전시킬 만큼 길다면 발전기는 결국 동일한 부하를 담당하게 되며 절감 효과는 작을 수 있습니다. 최대 수요만 보여 주는 그래프로는 이 경우들을 구분할 수 없습니다.

연료 물류는 결과를 크게 바꿀 수 있습니다. 원격 운영 현장에서는 디젤 청구 가격을 넘어 운송, 현장 취급, 저장, 보안, 유출 위험 및 재보급 준비에 드는 시간 등의 비용이 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 비용은 하나의 가정 연료 가격에 숨기지 말고 모델에서 분리해야 합니다. 납품이 간단하고 연료비가 낮은 경우 하이브리드 도입 기준은 충족하기 어려워집니다. 고립된 현장에 반복적으로 급유하러 가야 하는 경우, 연료 사용량 감소는 더 광범위한 운영 가치를 가질 수 있습니다.

발전기 소형화는 배터리가 해당 운전에 맞게 설계된 경우에만 가치가 있습니다

하이브리드 아키텍처는 배터리가 과도 전력을 제공하므로 더 작은 디젤 발전기를 지원하는 경우가 많습니다. 이는 초기 발전기 비용, 설치 중량, 외함 크기 및 부분 부하 시 연료 사용량을 줄일 수 있습니다. 그러나 소형화는 일반적인 하루뿐 아니라 가장 긴, 현실적으로 가능한 고부하 기간을 기준으로 검증해야 합니다. 배터리는 짧은 급증을 지원할 수 있지만 지속 수요를 사라지게 할 수는 없습니다.

모터 부하는 특히 주의해야 합니다. 펌프, 송풍기, 다짐기 및 보조 장비는 정상 상태 전력이 중간 수준이어도 높은 돌입 전류를 만들 수 있습니다. 가변 주파수 드라이브는 기동 부담을 줄일 수 있는 반면, 직입 기동은 훨씬 더 큰 순간 전력을 요구할 수 있습니다. 인버터, 배터리 관리 시스템, 케이블링, 스위치기어 및 보호 설정은 모두 실제 이벤트를 수용해야 합니다. 피크 절감을 가정하면서 과도 응답 능력을 무시하는 비용 모델은 시운전 후 고가의 수정이 필요한 장비를 선택할 수 있습니다.

특수 목적 이동 장비는 이러한 차이를 잘 보여 줍니다. 도로 청소 차량은 펌프, 청소 시스템, 조명, 구동 충전 및 간헐적인 유휴 시간으로 인해 보조 부하가 변할 수 있습니다. 운행 경로 길이, 교대 휴식 시간, 차고지 충전 접근성 및 운전 주기는 단순한 일일 연료 총량보다 더 중요합니다. 높은 수요가 짧은 구간에 발생한다면 저장장치는 발전기 피크 요구량을 줄일 수 있습니다. 보조 부하가 교대 시간 대부분 동안 높은 수준을 유지한다면, 배터리는 추가 비용을 정당화할 충분한 에너지와 재충전 기회를 갖춰야 합니다.

피크 수요 절감과 정전 비용에는 별도의 논리가 필요합니다

계통 연계 시설에서 배터리는 짧은 피크 동안의 계통 수전을 제한하여 수요 요금을 줄일 수 있습니다. 이 가치는 청구 방식, 수요 측정에 사용되는 시간 창, 계절 규정 및 피크 제어 가능 여부에 달려 있습니다. 이를 일반적인 에너지 비용 절감으로 취급해서는 안 됩니다. 잘못된 시점에 방전된 배터리는 자주 충방전하더라도 절감 효과가 거의 없을 수 있습니다.

디젤을 주 전원으로 사용하는 현장에서는 이에 상응하는 이점이 더 큰 발전기의 도입을 피하거나 과부하 트립을 방지하는 것일 수 있습니다. 이는 동일한 계산이 아닙니다. 수요 요금 절감은 측정 구간의 계통 수전을 줄여 발생합니다. 발전기 도입 회피는 저장 전력이 필요 정격 용량을 결정했을 피크를 안정적으로 담당할 때 발생합니다. 둘 다 부하 타이밍에 의존하지만 회피 비용, 위험 및 검증 방법은 다릅니다.

정전 회피는 재무적으로 중요할 수 있으나 손실 메커니즘이 정의된 경우에만 그렇습니다. 관련 비용에는 생산 손실, 부패, 재가동 시간, 자재 손상, 안전 관련 정지 절차, 계약상 위험 또는 현장 서비스 출동이 포함될 수 있습니다. 영향을 받는 공정과 저장 시스템이 연결할 수 있는 시간을 식별하지 않고 일반적인 정전 가치를 부여하는 것은 타당하지 않습니다. 10분 전환용으로 설계된 배터리는 수 시간의 자립 운전용으로 설계된 배터리와 같은 보호를 제공하지 않습니다.

수명주기 경제성에는 브로셔 용량이 아니라 가용 용량을 사용해야 합니다

배터리 용량 전체를 매 충방전에서 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 가용 에너지는 허용 충전 상태 범위, 온도, 예비 요구사항, 전력 수요 및 열화 여유에 의해 제한됩니다. 프로젝트 모델은 단순한 배터리 명판 정격이 아니라 필요한 시점에 실제로 사용할 수 있는 에너지를 정의해야 합니다.

충방전 운전도 교체 계획에 영향을 미칩니다. 가끔 정전 지원에 사용되는 배터리는 매일 피크 절감과 발전기 최적화에 사용되는 배터리와 다른 마모 패턴을 보입니다. 높은 주변 온도, 불량한 환기, 반복되는 고율 충전 및 심방전은 열화를 가속할 수 있습니다. 반대로 유용한 충방전을 거의 수행하지 않는 과대 용량 배터리는 기술적으로 보수적으로 보일 수 있지만 투자 자본 수익은 낮을 수 있습니다.

자산 수명 모델의 적절한 시점에 배터리 교체 또는 증설 가정을 포함하십시오. 시점은 투자 회수 계산을 개선하기 위해 선택하는 것이 아니라 예상 운전 조건과 유지 용량 요구사항에 연계해야 합니다. 동일한 원칙은 인버터 교체, 냉각 장비, 화재 방호 설비, 제어 시스템 지원, 발전기 오버홀 주기 및 시운전 작업에도 적용됩니다.

유지보수 절감도 신중하게 다뤄야 합니다. 발전기 운전 시간 감소는 오일 교환, 필터, 오버홀 위험 및 계획되지 않은 서비스 요구를 줄일 수 있습니다. 그러나 하이브리드 시스템에는 배터리, 전력 전자장치, 제어장치, 접촉기, 열 관리, 통신 및 보호 장비가 추가됩니다. 관련 비교는 “유지보수와 무유지보수”가 아니라 계획 작업, 전문 인력 접근, 예비 부품, 진단 및 가동 중단 위험의 순변화입니다.

가정을 드러내는 현금흐름 검토를 사용하십시오

단순 투자 회수 기간은 초기 선별에는 유용하지만 대안 간의 큰 차이를 숨길 수 있습니다. 수명주기 현금흐름 모델은 초기 장비 및 설치 비용, 반복되는 연료 및 유지보수 비용, 교체 이벤트, 해당되는 경우 잔존가치 가정 및 절감 발생 시점을 보여야 합니다. 이후 조직이 정한 자본 가정을 사용하여 할인 현금흐름, 순현재가치 및 내부수익률을 계산할 수 있습니다.

가장 유용한 결과는 하나의 대표 수익률보다 민감도 범위인 경우가 많습니다. 연료 가격, 운전 시간, 부하 증가, 배터리 열화, 발전기 효율 및 회피된 정전 가치는 결과를 크게 바꿀 수 있습니다. 일부 변수는 설계와 운전 정책으로 제어할 수 있지만, 다른 변수는 외부 요인입니다. 어떤 가정이 결과를 좌우하는지 보여 주면 견고한 프로젝트와 낙관적인 기본 시나리오에서만 성공하는 프로젝트를 구분하기가 쉬워집니다.

운전 시간은 특히 면밀한 검토가 필요합니다. 연속 또는 거의 연속 운전을 기반으로 모델링된 하이브리드 프로젝트는 현장이 계절적으로 운영되거나 교대 근무가 줄어들거나 발전기가 대기 장비가 될 경우 기대 이하의 성과를 낼 수 있습니다. 반대로 가정한 일정 이상으로 운전되는 시스템은 더 큰 연료 절감을 제공하는 동시에 배터리 충방전 한계에 더 빨리 도달할 수 있습니다. 에너지 처리량과 달력 시간 모두 수명주기 관점에 포함되어야 합니다.

시운전 세부 사항이 모델링된 절감 효과의 실현 여부를 결정할 수 있습니다

설치된 시스템은 사업성 검토에 사용된 급전 가정을 따라야 합니다. 발전기 기동 및 정지 임계값, 배터리 예비 충전 상태, 피크 절감 한계, 충전 시간 창 및 부하 차단 우선순위는 시운전 전에 문서화해야 합니다. 이러한 설정을 비공식적 조정에 맡기면 발전기가 불필요하게 운전되거나, 배터리 예비량이 과도하게 유지되거나, 경제 모델과 일치하지 않는 방식으로 배터리가 충방전될 수 있습니다.

계측은 발전기 출력, 배터리 충전 및 방전, 해당되는 경우 계통 수전, 연료 소비량 및 주요 부하 범주를 각각 별도로 기록해야 합니다. 이러한 분리가 없으면 겉보기 연료 사용량 감소가 하이브리드 급전이 아니라 생산량 감소, 유리한 날씨, 변경된 일정 또는 가동률 저하로 인한 것일 수 있습니다. 기준 데이터는 피크 수요를 유발하는 이벤트를 포함하여 대표적인 운영을 포괄해야 합니다.

자격을 갖춘 Diesel Generation And EnergyStorage Integrator는 구간별 부하 프로파일을 시간 경과에 따른 발전기 부하율, 배터리 충전 상태, 변환 손실 및 급전 동작으로 변환할 수 있어야 합니다. 모델은 배터리가 방전되는 기간, 발전기가 저부하로 운전되는 기간 또는 수요 피크가 제안 시스템의 성능을 초과하는 기간을 보여야 합니다. 이러한 경계 조건은 구성이 실제 운전 조건에 진정으로 맞는지 드러내므로 단일 연간 절감 추정치보다 더 유용합니다.

시스템이 반복 가능한 운전 문제, 즉 장시간 저부하 발전기 운전, 예측 가능한 단시간 피크, 높은 연료 물류 비용, 측정된 수요 노출 또는 정의된 중요 부하 요구사항을 중심으로 용량이 선정될 때 투자는 설득력을 갖게 됩니다. 부하가 안정적이고 발전기 부하율이 이미 양호하며 연료가 저렴하고 정전의 영향이 작다면, 저장장치는 복원력을 더할 수는 있어도 비용만으로 하이브리드 구매를 정당화할 만큼 충분한 경제적 가치를 제공하지 못할 수 있습니다.