Réservoir d'eau glacée hors pointe : comment les tarifs heures creuses/heures pleines génèrent des économies
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Réservoir d'eau glacée hors pointe : comment les tarifs horaires incitent aux économies
Un réservoir de stockage d'eau glacée hors pointe permet à une installation de faire fonctionner les refroidisseurs à pleine puissance pendant l'électricité nocturne bon marché et de répondre au pic de l'après-midi à partir du froid stocké. L'économie provient de l'écart entre les tarifs creux et de pointe, et de la réduction de la capacité de refroidissement raccordée là où le tarif le récompense. Dimensionnez le stockage de sorte que la charge se termine avant que le tarif n'augmente, et considérez le volume utilisable comme étant de 70 à 90 pour cent de la valeur théorique. Le retour sur investissement dépend de l'écart tarifaire, et non de la taille du réservoir seul.
Le refroidissement occupe la plus grande part d'une facture d'électricité après la charge informatique, et c'est la partie qui peut être déplacée. Un refroidisseur n'a pas besoin de fonctionner exactement au moment où la chaleur apparaît si le froid est produit plus tôt et stocké. C'est la base d'une installation de centre de données à batterie thermique reposant sur le stockage d'eau glacée, et elle n'est rentable que là où le service public facture l'électricité selon l'heure de la journée.
Le tarif décide si le cas existe. Un tarif commercial uniforme donne peu de raisons de stocker, car trois heures du matin et six heures du soir coûtent la même chose. Un tarif à plages horaires avec un large écart entre les heures creuses et les heures de pointe transforme le stockage en un arbitrage simple, et lorsqu'une prime de puissance s'applique, la puissance de pointe compte plus que l'énergie. Dans tous les cas, la réponse est la même : produire du froid pendant la fenêtre bon marché et laisser le réservoir couvrir la période chère. Ce qui suit couvre la lecture d'un tarif, le programme de charge et de décharge, un calcul détaillé, et les limites sur la quantité de charge pouvant être déplacée.
Lire un tarif avant de dimensionner quoi que ce soit
Trois charges apparaissent sur la plupart des contrats d'approvisionnement, et chacune réagit différemment au stockage.
Charge | Ce qu'elle mesure | Effet du stockage |
Charge énergétique | kilowattheures dans chaque période | Diminue si la charge se déplace vers la fenêtre creuse |
Frais de demande | Kilowatt soutenu le plus élevé dans un intervalle de facturation | Diminue si le pic du refroidisseur est écrêté par le stockage |
Frais réactifs ou de facteur de puissance | kVA ou facteur de puissance au pic | Non affecté par le stockage de froid |
Une fenêtre de vallée se situe généralement la nuit et le week-end ; le pic couvre généralement la fin d'après-midi en été. L'écart est ce qui paie le réservoir, et il doit provenir du contrat d'approvisionnement plutôt que d'une moyenne publiée. Une clause de cliquet peut facturer une demande de secours à une fraction du pic mensuel le plus élevé, ce qui modifie la valeur de l'écrêtement, et certains tarifs appliquent le taux plus élevé uniquement certains jours, de sorte qu'une analyse semaine d'été est plus sûre qu'une moyenne annuelle.
Établir le programme de charge et de décharge
Le schéma de fonctionnement est partout le même, seuls les chiffres diffèrent.
1. Fenêtre de charge. Les refroidisseurs fonctionnent à pleine charge ou presque pendant que le tarif est bas, produisant de l'eau glacée à 5 à 7 °C pour le stockage. La production de l'installation dépasse la charge car une partie est absorbée par la masse thermique.
2. Phase de stockage. Une fois la fenêtre tarifaire avantageuse fermée, les refroidisseurs réduisent leur régime ou s'arrêtent ; les pertes statiques sur quelques heures représentent une fraction de degré.
3. Phase de décharge. Le froid est soutiré vers la charge, la température de retour monte à 12 °C ou plus, et le stockage alimente la pièce jusqu'à atteindre son niveau résiduel.
4. Recharge. La fenêtre de vallée suivante recharge le stockage avant le pic, ce qui définit le besoin de charge quotidien.
Deux chiffres déterminent le dimensionnement. L'énergie utile est d'environ 1,163 kWh par mètre cube par kelvin, donc un écart de température plus large de 6 °C à 13 °C stocke plus de froid qu'une boucle plus resserrée sans cuve plus grande. La capacité utile ne représente que 70 à 90 pour cent de la valeur théorique une fois la stratification et le mélange par diffuseur pris en compte.
Un calcul d'économie détaillé
Prenons une charge de refroidissement moyenne de 2 000 kW, un tarif creux de 40 et un tarif de pointe de 120 unités monétaires par mégawattheure, avec une prime de puissance sur le kilowatt le plus élevé sur 15 minutes.
Période | Heures | Action de l'installation | Plage tarifaire |
Creux, 23h00 à 07h00 | 8 | Refroidisseurs à pleine puissance, stockage en charge | Bas |
Épaule du matin | 4 | Refroidisseurs en suivi de charge | Moyen |
Pointe, 11h00 à 17h00 | 6 | Refroidisseurs arrêtés ou réduits, stockage en décharge | Élevé |
Épaule du soir | 5 | L'installation passe du stockage à la charge | Moyen |
5. La consommation quotidienne d'énergie de refroidissement est de 2 000 kW pendant 23 heures, soit 46 000 kWh.
6. Le stockage d'une partie de cette énergie dans l'accumulateur pendant les heures creuses ajoute environ 3 500 à 4 500 kWh d'apport électrique, selon le rendement du refroidisseur.
7. Le volume déplacé passe du tarif de pointe au tarif creux. Avec un écart de 80 unités par mégawattheure, 10 000 kWh déplacés permettent d'économiser 800 unités par jour.
8. Si l'accumulateur écrête le pic de l'installation de 400 kW, la facturation de puissance diminue de ce montant pour le mois, souvent comparable à l'économie d'énergie.
9. Le volume requis pour 10 000 kWh avec un dT utile de 7 K et une fraction utile de 0,8 est de 10 000 / (1,163 x 7 x 0,8) = 1 529 m3.
Ces chiffres quotidiens s'accumulent sur une année, et le même calcul sur une semaine d'été donne le chiffre à présenter à un comité financier. Le résultat dépend de l'écart tarifaire et des heures de pointe, et non du coût du réservoir.
Ce qui limite un réservoir de stockage d'eau glacée hors pointe
Les modifications de stockage changent la taille de l'installation plutôt que de la supprimer, et cinq plafonds s'appliquent.
10. Espace et charge structurelle. Un stockage de cette taille occupe une empreinte plusieurs fois supérieure à son contenu en eau une fois l'isolation, l'accès et la charge de la dalle inclus.
11. Heures de fonctionnement du refroidisseur. Un fonctionnement continu pendant la nuit raccourcit l'intervalle entre les révisions.
12. Efficacité à charge partielle. Une installation dimensionnée pour une grande variation quotidienne passe une partie de son temps à faible charge, de sorte que la réduction de pointe n'est pas gratuite.
13. Durée de la fenêtre de charge. Le remplissage doit se terminer avant que le tarif n'augmente ; si la fenêtre est plus courte que le temps de remplissage, le cas ne se clôture pas.
14. Réserve en cas de défaillance. Un réservoir utilisé uniquement pour le décalage tarifaire n'a plus de froid lorsqu'un refroidisseur tombe en panne, c'est pourquoi la plupart des conceptions conservent une couche résiduelle pour ce cas.
Ce dernier point est souvent l'objet de la négociation : un réservoir dimensionné uniquement pour le tarif peut être plus petit qu'un réservoir couvrant également une défaillance de refroidisseur.
Spécification technique
Article | Valeur ou option typique | Remarque |
dT utilisable | 6 à 13 °C, ou 5 à 7 °C sur une boucle plus serrée | Un dT plus large réduit le volume requis |
Fraction utilisable | 70 à 90 pour cent | Tient compte de la stratification et du mélange |
Consigne de charge | Eau glacée 5 à 7 °C | Correspond à la production normale de l'installation |
Isolation | Laine minérale avec parement en aluminium ou en acier prélaqué | Limite les pertes à l'arrêt pendant le stockage |
Classe de pression du réservoir | Atmosphérique ou sous pression | Définit l'épaisseur de paroi et la conception des buses |
Étude de cas
Bien que nos projets de référence livrés dans le secteur de l'eau et des eaux usées comprennent de grands stockages d'eau potable, le périmètre TES pour les centres de données est conçu selon les mêmes normes. Une référence pertinente est une installation d'eau potable en Namibie.
Article | Détail |
Projet | Namibie — stockage d'eau potable |
Produit | 01 GFS, réservoir boulonné en verre fusionné à l'acier |
Capacité | 44 900 m3 au total répartis sur 4 réservoirs |
Dimensions | phi 41,26 m x 8,4 m, 4 unités |
Achèvement | 2022-09 |
Ce type de navire donne à la zone du plan et à la géométrie de la couche froide ce dont un stockage thermique a besoin, où un réservoir de stockage d'eau glacée hors pointe conserve le froid pendant la majeure partie de sa vie plutôt que de le déplacer.
Capacité d'ingénierie de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) conçoit et fabrique des réservoirs de stockage boulonnés depuis 2008. En tant que premier fabricant de réservoirs en verre fusionné à l'acier (GFS) en Chine, l'entreprise détient près de 200 brevets liés à l'émail, produit environ 300 000 plaques d'acier émaillées par an, a réalisé plus de 30 000 projets installés et fournit ses réservoirs à plus de 100 pays. La nouvelle base de production de 150 000 m² a été ajoutée pour augmenter la capacité de production, et des réservoirs individuels sont fournis jusqu'à 60 000 m³. La fabrication est réalisée sous ISO 9001 et ISO 45001, avec des certifications produit incluant NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI et EUROCODE, et une conception référencée à AWWA D103-09, AWWA C550 et NFPA lorsque l'application l'exige.
Capacité de la fenêtre de charge
· La charge hors pointe ne paie que si l'écart tarifaire est suffisamment important pour couvrir le temps de fonctionnement supplémentaire du refroidisseur et la perte permanente, de sorte que le volume du réservoir découle de la forme tarifaire autant que de la charge de refroidissement.
· Un stockage plus grand permet au refroidisseur de fonctionner à plein régime pendant la fenêtre tarifaire avantageuse au lieu de cycler, ce qui est le mode de fonctionnement qui génère l'économie.
· Notre enveloppe de capacité de réservoirs uniques jusqu'à 60 000 m³, et des livraisons telles que le projet namibien de 44 900 m³, constituent la marge pour charger un poste entier en une seule fois.
Questions fréquentes
Q1 : Le stockage vaut-il la peine d'être construit avec un tarif fixe ?
A1 : Rarement sur les seuls coûts d'énergie. Le cas nécessite généralement une facturation de puissance ou un pic pouvant être écrêté, il faut donc lire le contrat d'approvisionnement avant le tarif unitaire affiché.
Q2 : Combien d'heures de stockage sont typiques ?
A2 : Deux à huit heures de charge de refroidissement complète constituent la plage courante. Ce chiffre découle de la durée du pic et de la part du pic que l'installation laisse au stockage.
Q3 : Le réservoir réduit-il la taille de refroidisseur nécessaire ?
A3 : Cela peut être le cas, lorsque la demande est mesurée par installation et que la fenêtre de charge le permet. Lorsque la demande est facturée à l'échelle du site entier, le refroidisseur peut encore nécessiter sa pleine capacité.
Q4 : Que se passe-t-il avec l'efficacité lorsque les refroidisseurs fonctionnent toute la nuit ?
A4 : Les refroidisseurs à pleine charge constante sont efficaces, mais les heures à charge partielle et l'énergie de pompage doivent être incluses dans le calcul, sinon l'économie est surestimée.
Q5 : Un seul réservoir peut-il servir à la fois au décalage tarifaire et à la réserve en cas de défaillance ?
A5 : Oui. La plupart des conceptions conservent une couche résiduelle au-dessus de l'alarme de bas niveau pour un arrêt de refroidisseur et remplissent le reste selon le calendrier tarifaire.
Q6 : Combien de temps un réservoir conserve-t-il le froid sans utilisation ?
A6 : Avec une isolation en laine minérale et un bardage intact, un réservoir au repos perd une fraction de degré par heure, ce qui rend un cycle quotidien pratique.
Un réservoir de stockage d'eau glacée hors pointe s'amortit là où l'écart entre les prix creux et les prix de pointe est important, et il s'amortit plus rapidement lorsqu'une prime de puissance récompense une pointe d'installation plus basse. La méthode est simple : décaler l'énergie vers la fenêtre tarifaire avantageuse, dimensionner le volume à partir du dT utile et de l'abattement pour la stratification, et confirmer que la charge se termine avant le changement de tarif. Recalculez les chiffres à chaque saison, car l'écart varie entre l'hiver et l'été. Le résultat à retenir pour une réunion de conception tient en trois chiffres : les mètres cubes nécessaires, les heures de décalage que la structure tarifaire permet, et l'économie annuelle aux prix actuels.
Parlez à un ingénieur
Envoyez votre calendrier tarifaire avec les plages creuses, intermédiaires et de pointe, votre courbe de charge de refroidissement, et si une facturation de puissance s'applique. Nous vous retournerons le volume requis, les heures de décalage, le calcul d'économie annuelle et une spécification dimensionnée pour la fenêtre de charge.
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