Hogyan csökkentik a nátriumion-akkumulátorok a kábel méretezési követelményeket az elosztott egyenáramú rendszerekben. A kábelezés minden elosztott egyenáramú rendszer csendes költségvetési gyilkosa. Legyen szó adatközpontról, mikrohálózatról vagy ipari üzemről, a terepen tapasztalt mérnökök ismerik a valódi helyzetet: a vezetékek méretezése messze túlmutat a réz nyers költségén. Ez kihatással van a telepítésre, a hatékonyságra és az egész rendszer hosszú távú megbízhatóságára. Ha túlméretezi a kábeleket, nem csak a fémért fizet. Fejfájást okoz az útvonalválasztásban, és az egész létesítményben növeli a hőterhelést.
Évek óta az elektromos viselkedése lítium-ion akkumulátorok a szabályokat. Ez a széles feszültséggörbe és az éles áramcsúcsok arra kényszerítették a mérnököket, hogy konzervatívak legyenek, és csak a legrosszabb forgatókönyvek esetére nagyméretű vezetőket határozzanak meg. De mi lenne, ha nem kellene többé a legrosszabb esetre tervezni? A nátrium-ion akkumulátor technológia gyakorlati alternatívaként jelenik meg, végre újragondolhatjuk, hogy valójában mennyi rézre van szüksége egy DC-projektnek.
kamada power 200ah nátrium-ion akkumulátor
kamada power 10kwh otthoni nátrium-ion akkumulátor
Miért számít a kábel mérete az elosztott DC-ben
Végső soron az egyenáramú rendszerekben a kábelek méretezése két dologra vezethető vissza: Ohm törvénye és termikus határértékek. Minél nagyobb áramot vesz fel a rendszer, annál vastagabbnak kell lennie a vezetéknek. Ha túl vékony, túlmelegszik, és elfogadhatatlan feszültségesést kap. Ez ilyen alapvető.
A mérnökök olyan szabványokat követnek, mint a NEC (Nemzeti elektromos szabályzat, 310. cikk) vagy IEC 60364. A kódok egyértelműek. A vezetőknek az amperhatárukon belül kell működniük, és a kritikus terheléseknél általában 2-5% feszültségesést kell tartaniuk.
Gondoljon bele, mit jelent ez egy nagy létesítményben. Egy adatközpont akkumulátor-üzemében, amely 300 lábnyira lévő állványokat táplál, a rézköltségek robbanásszerűen megnőnek. Nem meglepő, hogy a kábelezés felemésztheti a 30%-40% egy DC projekt teljes elektromos telepítési költségének 30%-40% része., főleg azért, mert "minden esetre" túlméretezett vezetőket húznak.
A lítium-ion kihívás
A lítium-ion viselkedése az, ami a kábelezéssel kapcsolatban a fő problémákat okozza.
- Széles feszültségablak: Egy Li-ion cella a 4.2 V (teljes) egészen a 2.7-3.0 V (majdnem üres). Egy 48 V-os névleges rendszerben ez hatalmas csökkenés ~58,8 V-ról 40,5 V-ra. Ahhoz, hogy ezen az alacsonyabb feszültségen állandó teljesítményt nyújtson, a rendszernek sokkal több áramot kell húznia. Ez azt jelenti, hogy a kábeleket erre a csúcsértékre kell méretezni, még akkor is, ha a rendszer csak az élettartamának egy apró töredékét éli meg ebben az állapotban.
- Átmeneti tüskék: A gyors töltés és kisütés rövid, intenzív áramlökéseket hoz létre. A vezetőknek elég erősnek kell lenniük ahhoz, hogy ezeket sérülés nélkül túléljék.
- Termikus elszabadulással kapcsolatos megfontolások: A lítium-ion ismert kockázatai miatt a mérnökök extra biztonsági tartalékokat építenek be. A gyakorlatban ez csak annyit jelent, hogy a vezetőket a matematikai számítások által előírtnál nagyobbra kell méretezni.
A végeredmény mindig ugyanaz: nehezebb, merevebb és drágább kábelek, mint amennyit az átlagos terhelés megkövetel.
Nátrium-ion: A Different Electrical Profile
Hogyan oldja meg ezt a problémát a nátrium-ion? Alapvetően más az elektromos profilja.
- Laposabb kisülési görbe: A legtöbb nátrium-ionos vegyszer sokkal szűkebb feszültségtartományban működik, gyakran 2,0-3,8 V cellánként. Rendszerszinten ez azt jelenti, hogy sokkal kevesebb feszültségcsökkenést kapunk. Az áramfelvétel sokkal stabilabb marad a használható SOC-tartományban.
- Csökkentett áramváltozékonyság: A kisebb feszültségingadozás azt jelenti, hogy a kábeleket közelebb lehet méretezni a átlagos áramterhelés, nem pedig egy elméleti csúcs. Ez a kulcs.
- Alacsonyabb termikus kockázat: A nátrium-ion eleve kevésbé hajlamos a termikus elszabadulásra. Ez a tény önmagában megszünteti a vezetők biztonsági hálóként való túltervezésének fő indokát.
Már nem a kivételre tervezel. A szabályra tervezel.
Gyakorlati példa valós számokkal
Nézzük a számokat. Képzeljünk el egy 48 V DC busz a 20 kW a szerverállványokhoz egy 100 méteres távon.
- Jelenlegi követelmény: I = P / V = 20,000 / 48 ≈ 417 A
- Megengedett feszültségesés (2% 48 V-on): ΔV = 0,02×48=0,96 V
Egy lítium-ionos rendszerrel az NEC táblázatok valószínűleg arra kényszerítenék Önt, hogy a 70 mm²-es vezetők csak a csúcsáramok kezeléséhez és a feszültségesés határértékeinek betartásához.
A nátrium-ionokkal a játék megváltozik. Laposabb görbéje a rendszer feszültségét terhelés alatt 50-52 V közelében tartja. Ugyanennek a 20 kW-nak már csak átlagosan 385 A-ra van szüksége. Ilyen stabilitás mellett bátran specifikálhat 50 mm²-es vezetők.
A megtakarítás azonnali.
- Réz tömegének csökkentése: Körülbelül 28% kevesebb anyag.
- Munkaerő-megtakarítás: A könnyebb, rugalmasabb kábelt egyszerűen könnyebb és gyorsabb húzni, hajlítani és lezárni.
- Termikus előnyök: A kisebb kábel hűvösebb futású, így 15-20 éves élettartama alatt csökkenti a szigetelésre nehezedő igénybevételt.
Szélesebb körű műszaki és költségelőnyök
Ezek az előnyök túlmutatnak a kábelen.
- Anyagmegtakarítás: Ez az optimalizálás a nyersvezetők költségvetését a következőkkel csökkentheti 15%-25% nagy DC-projekteknél.
- A telepítés hatékonysága: A vékonyabb kábelek kevesebb húzóerőt, kevesebb zsúfolt tálcát és kevesebb munkaórát jelentenek.
- Működési megbízhatóság: Az alacsonyabb hőterhelés hosszabb szigetelési élettartamot jelent, ami segít elkerülni egy nagyon gyakori hibapontot az egyenáramú elosztásban.
- Rugalmas tervezés: Egy mikrohálózatban vagy ipari üzemben a kisebb vezetékek használata sokkal egyszerűbbé teszi a rendszer későbbi átkonfigurálását vagy bővítését.
Ahol ez a legfontosabb
Ez nem elméleti előny. A valós világban jelentős hatása van.
- Adatközpontok: Hosszú egyenáramú kábelfutamok esetén a kábelezés a projekt három legnagyobb költsége. A nátriumion stabilitása közvetlen utat jelent a CapEx és OpEx csökkentéséhez.
- Ipari létesítmények: Gondoljunk csak az AGV-k és robotok 24 V-os és 48 V-os egyenáramú buszaira. A karcsúbb kábelezés kevesebb állásidőt jelent a frissítések során.
- Mikrohálózatok és napenergia-plusztárolás: Ha a termelés és a tárolás szétszórtan történik, a kisebb vezetékek jelentősen olcsóbbá teszik az árokásást és a vezetékezést.
Következtetés
A legtöbb beszélgetés a nátrium-ion akkumulátor a cellaköltségekről, az anyagokról vagy a biztonságról szól. Mindegyik jogos szempont. A rendszertervező számára azonban az építészeti hatás ugyanolyan kritikus. A stabil feszültség és a nátrium-ionból származó kisebb áramváltozékonyság végül lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a vezetőket a tényleges feladatukhoz méretezzék, nem pedig a legrosszabb forgatókönyvhöz, amellyel évente egyszer szembesülhetnek.
Ez alapvető változást jelent. Nemcsak az akkumulátorok változnak meg, hanem az egyenáramú energiaellátás gazdaságossága is. A nagy projektek esetében, ahol a réz egy hatalmas tétel, a nátrium-ion valós megtakarításokat eredményezhet, egyszerűbb telepítéseket eredményezhet, és megbízhatóbb infrastruktúrát építhet.
Ha tehát új elosztott egyenáramú rendszert tervez, ideje megkérdőjelezni a régi méretezési szokásokat. A nátrium-ion lehetővé teszi a karcsúbb, intelligensebb rendszerek tervezését anélkül, hogy a biztonság vagy a megbízhatóság terén kompromisszumot kellene kötnie.kapcsolatfelvétel ma