Serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata fuori punta: come le tariffe a fasce orarie guidano il risparmio
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Serbatoio di acqua refrigerata fuori picco: come le tariffe a fasce orarie guidano il risparmio
Un serbatoio di accumulo di acqua refrigerata fuori picco consente a una struttura di far funzionare i refrigeratori a pieno regime durante l'elettricità notturna a basso costo e di servire il picco pomeridiano con il freddo accumulato. Il risparmio deriva dalla differenza tra le tariffe di valle e di picco, e dalla riduzione della capacità connessa dei refrigeratori dove la tariffa lo premia. Dimensionare l'accumulo in modo che la carica termini prima che la tariffa aumenti, e considerare il volume utilizzabile pari al 70-90 percento del valore teorico. Il ritorno dell'investimento dipende dal differenziale tariffario, non solo dalla dimensione del serbatoio.
Il raffreddamento occupa la fetta più grande di una bolletta elettrica dopo il carico IT, ed è la parte che può essere spostata. Un refrigeratore non deve necessariamente funzionare esattamente quando appare il calore se il freddo viene prodotto prima e conservato. Questa è la base di una configurazione di data center con batteria termica basata sull'accumulo di acqua refrigerata, e conviene solo dove l'utility applica prezzi all'energia in base all'ora del giorno.
La tariffa decide se il caso esiste. Una tariffa commerciale piatta offre poche ragioni per accumulare, perché le tre del mattino e le sei di sera costano lo stesso. Una tariffa a fasce orarie con un ampio divario tra valle e picco trasforma l'accumulo in un arbitraggio diretto, e dove si applica un onere di potenza la domanda di picco conta più dell'energia. In ogni caso la risposta è la stessa: produrre raffreddamento nella finestra economica e lasciare che il serbatoio copra quella costosa. Quanto segue copre la lettura di una tariffa, il programma di carica e scarica, un calcolo svolto e i limiti su quanta carga può essere spostata.
Leggere una tariffa prima di dimensionare qualsiasi cosa
Tre voci compaiono sulla maggior parte dei contratti di fornitura, e ciascuna reagisce allo stoccaggio in modo diverso.
Voce | Cosa misura | Effetto dello stoccaggio |
Voce energia | chilowattora in ciascun periodo | Diminuisce se il carico si sposta nella finestra di valle |
Onere di domanda | Chilowatt massimo sostenuto in un intervallo di fatturazione | Diminuisce se il picco del refrigeratore viene tagliato dall'accumulo |
Onere reattivo o di fattore di potenza | kVA o fattore di potenza al picco | Non influenzato dall'accumulo di raffreddamento |
Una finestra di valle è solitamente notturna e nei fine settimana; il picco copre di solito il tardo pomeriggio in estate. Lo spread è ciò che paga il serbatoio, e dovrebbe derivare dall'accordo di fornitura piuttosto che da una media pubblicata. Una clausola di ratchet può fatturare una domanda di standby a una frazione del picco mensile più alto, il che cambia il valore del clipping, e alcune tariffe applicano la tariffa più alta solo in giorni selezionati, quindi un'analisi settimanale estiva è più sicura di una media annuale.
Costruire il programma di carica e scarica
Il modello operativo è lo stesso ovunque, cambiano solo i numeri.
1. Finestra di ricarica. I refrigeratori funzionano a pieno carico o quasi mentre la tariffa è bassa, producendo acqua refrigerata a 5-7 °C nell'accumulo. La produzione dell'impianto supera il carico perché parte di essa va nella massa termica.
2. Fase di stoccaggio. Dopo la chiusura della finestra economica, i refrigeratori riducono o si fermano; le perdite stazionarie su alcune ore sono una frazione di grado.
3. Fase di scarica. Il freddo viene prelevato verso il carico, la temperatura di ritorno sale a 12 °C o più, e l'accumulo alimenta l'ambiente fino a raggiungere il suo livello residuo.
4. Ricarica. La successiva finestra di valle ricarica l'accumulo prima del picco, il che determina il fabbisogno giornaliero di ricarica.
Due numeri guidano il dimensionamento. L'energia utilizzabile è di circa 1,163 kWh per metro cubo per kelvin, quindi un dT più ampio da 6 °C a 13 °C trattiene più freddo rispetto a un circuito più stretto senza un serbatoio più grande. La capacità utilizzabile è solo dal 70 al 90 percento del valore teorico una volta contate la stratificazione e la miscelazione del diffusore.
Un calcolo di risparmio elaborato
Prendi un carico di raffreddamento medio di 2.000 kW, una tariffa di valle di 40 e una tariffa di punta di 120 unità monetarie per megawattora, con un onere di domanda sul chilowatt più alto di 15 minuti.
Periodo | Ore | Azione dell'impianto | Fascia tariffaria |
Valle, dalle 23:00 alle 07:00 | 8 | Chiller a pieno regime, accumulo in carica | Bassa |
Fascia mattutina | 4 | Chiller in inseguimento del carico | Media |
Punta, dalle 11:00 alle 17:00 | 6 | Chiller spenti o declassati, accumulo in scarica | Alta |
Fascia serale | 5 | L'impianto inverte dall'accumulo al carico | Media |
5. L'energia di raffreddamento giornaliera è di 2.000 kW per 23 ore, ovvero 46.000 kWh.
6. Caricare parte di questa energia nell'accumulo durante le ore di valle aggiunge circa da 3.500 a 4.500 kWh di input elettrico, a seconda dell'efficienza del chiller.
7. Il volume spostato passa dalla tariffa di punta a quella di valle. Con una differenza di 80 unità per megawattora, 10.000 kWh spostati fanno risparmiare 800 unità al giorno.
8. Se l'accumulo riduce il picco dell'impianto di 400 kW, l'onere di potenza si riduce di tale importo per il mese, spesso paragonabile al risparmio energetico.
9. Il volume richiesto per 10.000 kWh con un dT utile di 7 K e una frazione utile di 0,8 è 10.000 / (1,163 x 7 x 0,8) = 1.529 m3.
Queste cifre giornaliere si accumulano nell'arco di un anno, e lo stesso calcolo su una settimana estiva fornisce il numero da presentare a un comitato finanziario. Il risultato segue la differenza tariffaria e le ore di punta, non il costo del serbatoio.
Cosa limita un serbatoio di acqua refrigerata a accumulo fuori punta
Le modifiche allo stoccaggio riguardano le dimensioni dell'impianto piuttosto che la sua rimozione, e si applicano cinque limiti.
10. Spazio e carico strutturale. Un accumulo di quelle dimensioni occupa un'impronta diverse volte il suo contenuto d'acqua una volta inclusi isolamento, accesso e carico sulla soletta.
11. Ore di funzionamento del refrigeratore. Il funzionamento continuo notturno accorcia l'intervallo tra le revisioni.
12. Efficienza a carico parziale. Un impianto dimensionato per una grande oscillazione giornaliera trascorre parte del tempo a basso carico, quindi la riduzione di picco non è gratuita.
13. Durata della finestra di carica. Il riempimento deve terminare prima che la tariffa aumenti; se la finestra è più breve del tempo di riempimento, il caso non si chiude.
14. Riserva per guasti. Un serbatoio utilizzato solo per lo spostamento tariffario non ha freddo residuo quando un refrigeratore si arresta, quindi la maggior parte dei progetti mantiene uno strato residuo per quel caso.
Quest'ultimo elemento è spesso il punto di negoziazione: un serbatoio dimensionato puramente per la tariffa può essere più piccolo di uno che copre anche un guasto del refrigeratore.
Specifica tecnica
Voce | Valore o opzione tipica | Nota |
dT utilizzabile | Da 6 a 13 °C, oppure da 5 a 7 °C su un circuito più stretto | Un dT più ampio riduce il volume richiesto |
Frazione utilizzabile | Dal 70 al 90 percento | Tiene conto della stratificazione e della miscelazione |
Setpoint di carica | Acqua refrigerata da 5 a 7 °C | Corrisponde all'output normale dell'impianto |
Isolamento | Lana minerale con rivestimento in alluminio o acciaio verniciato | Limita le perdite stazionarie durante lo stoccaggio |
Classe di pressione del serbatoio | Atmosferico o pressurizzato | Imposta lo spessore della parete e il design dell'ugello |
Caso di progetto
Mentre i nostri progetti di riferimento consegnati nel settore idrico e delle acque reflue includono grandi stoccaggi di acqua potabile, l'ambito TES per data center è progettato secondo gli stessi standard. Un riferimento rilevante è un'installazione di acqua potabile in Namibia.
Voce | Dettaglio |
Progetto | Namibia — stoccaggio di acqua potabile |
Prodotto | 01 GFS, serbatoio bullonato in vetro-acciaio fuso |
Capacità | 44.900 m3 totali su 4 serbatoi |
Dimensioni | phi 41,26 m x 8,4 m, 4 unità |
Completamento | 2022-09 |
Quel tipo di serbatoio fornisce l'area in pianta e la geometria dello strato freddo di cui necessita un accumulo termico, dove un serbatoio di acqua refrigerata per lo stoccaggio fuori punta mantiene il freddo per la maggior parte della sua vita utile anziché spostarlo.
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-smaltato-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre in acciaio smaltato all'anno, ha completato più di 30.000 progetti installati e fornisce i suoi serbatoi a oltre 100 Paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione opera secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e la progettazione fa riferimento alle norme AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove l'applicazione lo richieda.
Capacità della finestra di carica
· La carica fuori punta conviene solo se il divario tariffario è sufficientemente ampio da coprire il tempo di funzionamento extra del refrigeratore e la perdita a riposo, quindi il volume del serbatoio deriva dalla struttura tariffaria tanto quanto dal carico di raffreddamento.
· Un accumulo più grande consente al refrigeratore di funzionare a pieno regime durante la finestra economica invece di ciclare, che è il modello operativo che produce il risparmio.
· Il nostro involucro di capacità di serbatoi singoli fino a 60.000 m³, e consegne come il progetto Namibia da 44.900 m³, è il margine per caricare un intero turno in una sola volta.
Domande frequenti
D1: Vale la pena costruire l'accumulo con una tariffa piatta?
A1: Raramente solo sui costi energetici. Il caso di solito richiede un costo di domanda o un picco che possa essere ridotto, quindi leggere il contratto di fornitura prima della tariffa unitaria principale.
D2: Quante ore di accumulo sono tipiche?
R2: Da due a otto ore di carico di raffreddamento completo è l'intervallo comune. Il valore deriva dalla durata del picco e da quanto del picco l'impianto lascia all'accumulo.
D3: Il serbatoio riduce la dimensione del chiller necessaria?
R3: Può farlo, dove la domanda è misurata per impianto e la finestra di ricarica lo supporta. Dove la domanda è fatturata sull'intero sito, il chiller potrebbe comunque necessitare della piena capacità.
Q4: Cosa succede all'efficienza quando i refrigeratori funzionano durante la notte?
A4: I refrigeratori a pieno carico costante sono efficienti, ma le ore a carico parziale e l'energia di pompaggio devono essere inclusi nel calcolo, altrimenti il risparmio viene sovrastimato.
D5: Un singolo serbatoio può servire sia lo spostamento tariffario che la riserva per guasti?
A5: Sì. La maggior parte dei progetti mantiene uno strato residuo al di sopra dell'allarme di basso livello per un arresto del refrigeratore e riempie il resto secondo il programma tariffario.
D6: Per quanto tempo un accumulo mantiene il freddo senza utilizzo?
A6: Con isolamento in lana minerale e rivestimento intatto, un accumulo a riposo perde una frazione di grado all'ora, il che rende praticabile un ciclo giornaliero.
Un serbatoio di accumulo di acqua refrigerata fuori punta si ripaga da solo dove il divario tra i prezzi di valle e di punta è ampio, e si ripaga più rapidamente quando un onere di domanda premia un picco d'impianto più basso. Il metodo è breve: spostare l'energia nella finestra economica, dimensionare il volume dalla dT utilizzabile e dalla riduzione per stratificazione, e confermare che la carica termini prima del cambio di tariffa. Ricalcolare i numeri stagionalmente, perché lo scarto si sposta tra inverno ed estate. Il risultato che vale la pena portare in una riunione di progettazione sono tre cifre: metri cubi richiesti, ore di spostamento supportate dalla struttura tariffaria e risparmio annuo ai prezzi attuali.
Parla con un ingegnere
Inviaci il tuo programma tariffario con le finestre di valle, intermedie e di punta, la tua curva di carico di raffreddamento e se si applica un onere di domanda. Ti restituiremo il volume richiesto, le ore di spostamento, il calcolo del risparmio annuo e una specifica dimensionata sulla finestra di ricarica.
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