オフピーク冷水貯蔵タンク：時間帯別料金がどのように節約を生み出すか
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オフピーク冷水貯蔵タンク：時間帯別料金がどのように節約を促進するか
オフピークの冷水蓄熱タンクを使用すると、施設は安価な夜間電力を利用してチラーを全出力で運転し、午後のピーク時間帯には蓄えた冷熱で対応できます。節約効果は、谷時間帯とピーク時間帯の料金差、および料金体系が報いる場合には接続チラー容量の削減から生まれます。蓄熱槽は、料金が上昇する前に充填が完了するようにサイズを決定し、有効容量は理論値の70～90パーセントとして扱ってください。投資回収期間は、容器のサイズだけでなく料金差に依存します。
冷却は、IT負荷に次いで電気料金の最大部分を占め、かつ移行可能な部分です。冷熱を事前に製造して保持しておけば、チラーは熱が発生したまさにその時に運転する必要はありません。これが冷水蓄熱に基づく熱電池データセンター構成の基礎であり、電力会社が時間帯別に電力を価格設定する場合にのみ費用対効果があります。
料金体系は蓄熱が成立するかどうかを決める。定額の業務用料金では、貯める理由はほとんどない。午前3時も午後6時も同じコストだからだ。谷とピークの差が大きい時間帯別料金なら、蓄熱は単純な裁定取引になる。需要電力量料金が適用される場合、ピーク需要は電力量よりも重要だ。いずれにせよ答えは同じである。安い時間帯に冷熱を製造し、高い時間帯は蓄熱槽に担わせる。以下では、料金の読み方、充放電スケジュール、計算例、そして移動できる負荷の限界について述べる。
何かをサイズ決定する前に料金表を読む
ほとんどの供給契約には3つの料金が登場し、それぞれが蓄熱に対して異なる反応を示します。
料金 | 測定対象 | 蓄熱の効果 |
エネルギー料金 | 各期間のキロワット時 | 負荷が谷時間帯ウィンドウに移行すると低下する |
需要電力量料金 | 請求期間における最高持続キロワット | チラーのピークが蓄熱装置によってクリップされると低下する |
無効電力または力率料金 | ピーク時のkVAまたは力率 | 冷熱貯蔵の影響を受けない |
谷時間の窓は通常、夜間と週末であり、ピークは通常、夏の午後遅くをカバーします。その差額がタンクの費用を賄うものであり、公表された平均値ではなく供給契約から来るべきです。ラチェット条項は、予備需要を月間最高ピークの一部として請求する場合があり、それによってクリッピングの価値が変わり、一部の料金体系では選択された日にのみ高い料率が適用されるため、年間平均よりも夏の週の分析の方が安全です。
充放電スケジュールの構築
運転パターンはどこでも同じで、数値だけが異なります。
1. 充電時間帯。料金が安い間にチラーは全負荷またはそれに近い状態で運転し、5～7°Cの冷水を蓄熱槽に送ります。プラント出力は負荷を上回ります。その一部が熱容量に蓄えられるからです。
2. 蓄熱段階。安価な時間帯が終わると、チラーは出力を絞るか停止します。数時間にわたる待機損失は1度のほんの一部です。
3. 放熱段階。冷熱が負荷に供給され、戻り温度は12°C以上に上昇し、蓄熱槽は残留レベルに達するまで室内に冷熱を供給します。
4. 再充填。次の谷時間帯がピーク前に蓄熱槽を再充填し、これが1日の充電要件を決定します。
サイジングを左右する数値は2つある。有効エネルギーは1立方メートルあたり1ケルビンあたり約1.163kWhであるため、6°Cから13°Cへのより広いdTは、より大きな槽なしでも、より狭いループよりも多くの冷熱を保持できる。有効容量は、成層化とディフューザー混合を考慮すると、理論値のわずか70～90パーセントである。
節約量の計算例
平均冷房負荷2,000kW、オフピーク料金40、ピーク料金120通貨単位/メガワット時、最大15分間キロワットに基づく需要電荷を想定する。
期間 | 時間 | プラント動作 | 料金帯 |
オフピーク、23:00～07:00 | 8 | チラー全出力、蓄熱槽充填 | 低 |
朝のミドルピーク | 4 | チラー負荷追従運転 | 中 |
ピーク、11:00～17:00 | 6 | チラー停止または出力抑制、蓄熱槽放熱 | 高 |
夕方のミドルピーク | 5 | プラントが蓄熱槽から負荷へ逆転 | 中 |
5. 1日の冷房エネルギーは2,000 kWで23時間、つまり46,000 kWhです。
6. その一部を谷時間帯に蓄熱槽へ充電すると、チラーの効率にもよりますが、およそ3,500～4,500 kWhの電力入力が追加されます。
7. 移行された量はピーク料率から谷料率へ移ります。1メガワット時あたり80単位の差がある場合、10,000 kWhを移行すると1日あたり800単位を節約できます。
8. 蓄熱槽がプラントのピークを400 kW削減すれば、その月のデマンド料金はその分だけ下がり、多くの場合、エネルギー節約と同程度になります。
9. 7 Kの有効温度差と0.8の有効率で10,000 kWhに必要な容量は、10,000 / (1.163 x 7 x 0.8) = 1,529 m3です。
これらの日次数値は1年間で累積し、夏の1週間で同じ計算をすると、財務委員会に示す数値が得られます。結果は料率差とピーク時間帯に連動し、タンクのコストには連動しません。
オフピーク冷水蓄熱槽の制限要因は何か
蓄熱はプラント規模を削減するのではなく、サイズを変更するものであり、5つの上限が適用される。
10. スペースと構造荷重。その規模の蓄熱槽は、断熱材、アクセス、スラブ荷重を含めると、水容量の数倍の設置面積を占める。
11. チラーの運転時間。夜間連続運転はオーバーホール間隔を短縮する。
12. 部分負荷効率。大きな日負荷変動に合わせて設計されたプラントは、一部の時間を低負荷で過ごすため、ピーク削減は無償ではない。
13. 蓄熱時間の長さ。充填は料金が上昇する前に完了しなければならない。時間枠が充填時間より短い場合、成立しない。
14. 故障予備。料金シフトのみに使用される蓄熱槽は、チラーが停止したときに冷熱が残っていないため、ほとんどの設計ではそのケースに備えて残留層を保持する。
最後の項目はしばしば交渉点となる。料金のみを目的とした蓄熱槽は、チラー故障もカバーするものより小さくなる可能性がある。
技術仕様
項目 | 一般的な値またはオプション | 注記 |
使用可能なdT | 6～13 °C、またはよりタイトなループでは5～7 °C | dTを広げると必要容量を削減できる |
使用可能割合 | 70～90パーセント | 成層化と混合を考慮 |
充電設定値 | 冷水5～7 °C | 通常のプラント出力と一致 |
断熱 | アルミニウムまたはカラー鋼板クラッド付きミネラルウール | 貯蔵中の定常損失を抑制 |
タンク圧力クラス | 大気圧または加圧 | 壁厚とノズル設計を設定 |
プロジェクト事例
当社が水・廃水部門で納入した参考プロジェクトには大規模な飲料水貯蔵が含まれますが、データセンター向けTESの範囲も同じ基準で設計されています。関連する参考事例として、ナミビアの飲料水設備があります。
項目 | 詳細 |
プロジェクト | ナミビア — 飲料水貯蔵 |
製品 | 01 GFS、ガラス融着鋼製ボルト締めタンク |
容量 | 4基のタンク合計44,900 m3 |
寸法 | phi 41.26 m x 8.4 m、4基 |
完了 | 2022-09 |
その槽型式は、熱貯蔵に必要な平面積と低温層の形状を与える。そこでは、オフピークの冷水貯蔵タンクが、冷熱を移動させるのではなく、その寿命の大部分にわたって冷熱を保持する。
Center Enamelのエンジニアリング能力
センターエナメル（石家荘正中科技有限公司）は、2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計と製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のエナメル関連特許を保有し、年間約30万枚のエナメルコーティング鋼板を生産し、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるために新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で運用され、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてAWWA D103-09、AWWA C550、NFPAを参考に設計されています。
充電ウィンドウ容量
· オフピーク充電は、料金差が追加のチラー運転時間と定常損失を補うのに十分大きい場合にのみ採算が合うため、タンク容量は冷房負荷と同じくらい料金体系の形に従う。
· より大きな蓄熱槽により、チラーは安価な時間帯にサイクリングではなく全力運転でき、これが節約を生む運転パターンです。
· 最大60,000 m³の単一タンクという当社の容量範囲、およびナミビア44,900 m³スキームなどの納入実績は、1シフト全体を一度に充電するための余裕です。
よくある質問
Q1: 定額料金では蓄熱を構築する価値がありますか？
A1: エネルギー料金だけではほとんど効果はありません。通常、需要電力を削減できる契約やピークをカットできる場合に有効であるため、見出しの単価だけでなく供給契約を確認してください。
Q2: 一般的な蓄熱時間は何時間ですか？
A2: 一般的には2～8時間の全冷房負荷が目安です。この数値はピークの長さと、プラントが蓄熱槽にどれだけのピークを任せるかによって決まります。
Q3: タンクは必要なチラー容量を削減できますか？
A3: 需要電力が施設ごとに計量され、充電時間帯がそれを支える場合には可能です。需要電力がサイト全体で請求される場合、チラーは依然として全容量が必要になることがあります。
Q4: チラーを一晩中稼働させると効率はどうなりますか？
A4: 定常全負荷時のチラーは効率的ですが、部分負荷時間とポンプ動力も計算に含めなければ、節約効果は過大評価されます。
Q5: 1つのタンクで料金シフトと故障予備の両方に対応できますか？
A5: はい。ほとんどの設計では、チラーのトリップに備えて低レベルアラームより上に残留層を確保し、残りを料金スケジュールに従って充填します。
Q6: 使用しない状態で蓄冷はどのくらい保持できますか？
A6: ミネラルウール断熱と無傷の外装があれば、待機中の蓄冷槽は1時間あたり1度の何分の一かを失う程度で、日次サイクルは実用的です。
オフピーク冷水蓄熱タンクは、谷時間とピーク時間の価格差が大きい場所では元が取れ、需要電力量料金がプラントピークの低減を評価する場合には、より早く回収できる。方法は簡潔である。エネルギーを安価な時間帯に移し、有効dTと成層化による能力低減から容量を決定し、料金が切り替わる前に蓄熱が完了することを確認する。冬と夏で価格差が変動するため、季節ごとに数値を再計算する。設計会議に持ち込む価値のある結果は、三つの数値である。必要な立方メートル数、料金体系が支える移行時間数、そして現在価格での年間削減額である。
エンジニアに相談する
谷間・肩・ピークの時間帯を含む料金スケジュール、冷却負荷曲線、およびデマンド料金が適用されるかどうかを送ってください。必要な容量、シフト時間、年間節約額の計算、および充電時間帯に合わせた仕様をご返答します。
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