Tanque de Armazenamento de Água Gelada Fora de Pico: Como as Tarifas de Horário de Uso Geram Economia
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Tanque de Água Gelada Fora de Pico: Como as Tarifas de Tempo de Uso Impulsionam a Economia
Um tanque de armazenamento de água gelada fora de pico permite que uma instalação opere os chillers em plena capacidade durante a eletricidade noturna barata e atenda o pico da tarde com o frio armazenado. A economia vem da diferença entre as tarifas de vale e de pico, e da redução da capacidade conectada dos chillers onde a tarifa recompensa isso. Dimensione o armazenamento para que o carregamento termine antes de a tarifa subir, e trate o volume utilizável como 70 a 90 por cento do valor teórico. O retorno do investimento segue a diferença de tarifas, não apenas o tamanho do vaso.
A refrigeração ocupa a maior fatia de uma conta de eletricidade depois da carga de TI, e é a parte que pode ser deslocada. Um chiller não precisa funcionar exatamente quando o calor aparece se o frio for produzido antes e armazenado. Essa é a base de um arranjo de data center com bateria térmica construído sobre armazenamento de água gelada, e só compensa onde a concessionária precifica a energia por horário do dia.
A tarifa decide se o caso existe. Uma tarifa comercial fixa dá pouca razão para armazenar, porque três da manhã e seis da tarde custam o mesmo. Uma tarifa de uso horário com uma grande diferença entre vale e ponta transforma o armazenamento numa arbitragem direta, e onde se aplica uma taxa de demanda, a demanda de ponta importa mais do que a energia. De qualquer forma, a resposta é a mesma: produzir frio na janela barata e deixar o tanque carregar a cara. O que se segue aborda a leitura de uma tarifa, o cronograma de carga e descarga, um cálculo detalhado e os limites de quanto de carga pode ser deslocada.
Ler uma tarifa antes de dimensionar qualquer coisa
Três encargos aparecem na maioria dos contratos de fornecimento, e cada um reage ao armazenamento de forma diferente.
Encargo | O que mede | Efeito do armazenamento |
Encargo de energia | quilowatt-hora em cada período | Cai se a carga se deslocar para a janela de vale |
Cobrança de demanda | Maior quilowatt sustentado em um intervalo de faturamento | Cai se o pico do chiller for limitado pelo acumulador |
Cobrança reativa ou de fator de potência | kVA ou fator de potência no pico | Não afetado pelo armazenamento de refrigeração |
Uma janela de vale é normalmente durante a noite e aos fins de semana; o pico cobre geralmente o final da tarde no verão. A diferença é o que paga o tanque, e deve vir do contrato de fornecimento em vez de uma média publicada. Uma cláusula de catraca pode faturar uma demanda de reserva a uma fração do pico mensal mais alto, o que altera o valor do clipping, e algumas tarifas aplicam a taxa mais alta apenas em dias selecionados, portanto, uma análise de semana de verão é mais segura do que uma média anual.
Construindo o cronograma de carga e descarga
O padrão de operação é o mesmo em todos os lugares, apenas os números diferem.
1. Janela de carregamento. Os chillers operam a plena carga ou próximo disso enquanto a tarifa é baixa, produzindo água gelada a 5 a 7 °C para o armazenamento. A produção da planta excede a carga porque parte dela vai para a massa térmica.
2. Fase de armazenamento. Após o fechamento da janela barata, os chillers reduzem ou param; as perdas por standing losses ao longo de algumas horas são uma fração de grau.
3. Fase de descarga. O frio é retirado para a carga, a temperatura de retorno sobe para 12 °C ou mais, e o armazenamento alimenta o ambiente até atingir seu nível residual.
4. Recarga. A próxima janela de vale recarrega o armazenamento antes do pico, o que define a necessidade diária de carga.
Dois números determinam o dimensionamento. A energia utilizável é de cerca de 1,163 kWh por metro cúbico por kelvin, pelo que um dT mais amplo, de 6 °C a 13 °C, armazena mais frio do que um circuito mais restrito sem um vaso maior. A capacidade utilizável é apenas 70 a 90 por cento do valor teórico depois de contabilizadas a estratificação e a mistura do difusor.
Um cálculo de poupança exemplificativo
Considere uma carga de arrefecimento média de 2.000 kW, uma tarifa de vazio de 40 e uma tarifa de ponta de 120 unidades monetárias por megawatt-hora, com uma taxa de potência sobre o quilowatt mais elevado em 15 minutos.
Período | Horas | Ação da central | Faixa tarifária |
Vazio, 23:00 às 07:00 | 8 | Chillers à potência máxima, armazenamento a carregar | Baixa |
Transição da manhã | 4 | Chillers em seguimento de carga | Média |
Ponta, 11:00 às 17:00 | 6 | Chillers desligados ou com potência reduzida, armazenamento a descarregar | Alta |
Transição da tarde | 5 | A central inverte do armazenamento para a carga | Média |
5. A energia diária de arrefecimento é de 2.000 kW durante 23 horas, ou 46.000 kWh.
6. Carregar parte disso no armazenamento durante o vale acrescenta aproximadamente 3.500 a 4.500 kWh de entrada elétrica, dependendo da eficiência do chiller.
7. O volume deslocado passa da tarifa de ponta para a tarifa de vale. Com uma diferença de 80 unidades por megawatt-hora, 10.000 kWh deslocados poupam 800 unidades por dia.
8. Se o armazenamento reduzir o pico da instalação em 400 kW, a taxa de demanda cai nesse valor para o mês, frequentemente comparável à poupança de energia.
9. O volume necessário para 10.000 kWh com dT útil de 7 K e fração útil de 0,8 é 10.000 / (1,163 x 7 x 0,8) = 1.529 m3.
Esses valores diários acumulam-se ao longo de um ano, e o mesmo cálculo numa semana de verão fornece o número a apresentar a um comité de finanças. O resultado depende da diferença de tarifas e das horas de ponta, não do custo do tanque.
O que limita um tanque de armazenamento de água gelada fora de ponta
As mudanças de armazenamento alteram o tamanho da planta em vez de removê-la, e cinco tetos se aplicam.
10. Espaço e carga estrutural. Um armazenamento desse tamanho ocupa uma pegada várias vezes seu conteúdo de água quando isolamento, acesso e carga de laje são incluídos.
11. Horas de funcionamento do chiller. A operação contínua durante a noite encurta o intervalo entre revisões.
12. Eficiência em carga parcial. Uma planta dimensionada para uma grande variação diária passa parte do tempo em carga baixa, então a redução de pico não é gratuita.
13. Duração da janela de carregamento. O preenchimento deve terminar antes que a tarifa suba; se a janela for mais curta que o tempo de preenchimento, o caso não se fecha.
14. Reserva para falhas. Um tanque usado apenas para deslocamento tarifário não tem frio restante quando um chiller falha, então a maioria dos projetos mantém uma camada residual para esse caso.
Esse último item é frequentemente o ponto de negociação: um tanque dimensionado puramente para a tarifa pode ser menor que um que também cobre uma falha do chiller.
Especificação Técnica
Item | Valor ou opção típica | Nota |
dT utilizável | 6 a 13 °C, ou 5 a 7 °C num circuito mais apertado | Um dT maior reduz o volume necessário |
Fração utilizável | 70 a 90 por cento | Tem em conta a estratificação e a mistura |
Setpoint de carregamento | Água gelada 5 a 7 °C | Corresponde à produção normal da instalação |
Isolamento | Lã mineral com revestimento de alumínio ou aço lacado | Limita as perdas em repouso durante o armazenamento |
Classe de pressão do tanque | Atmosférico ou pressurizado | Define a espessura da parede e o projeto do bocal |
Caso de Projeto
Embora nossos projetos de referência entregues no setor de água e águas residuais incluam grande armazenamento de água potável, o escopo de TES para data centers é projetado com os mesmos padrões. Uma referência relevante é uma instalação de água potável na Namíbia.
Item | Detalhe |
Projeto | Namíbia — armazenamento de água potável |
Produto | 01 GFS, tanque atarraxado de vidro fundido com aço |
Capacidade | 44.900 m3 no total em 4 tanques |
Dimensões | phi 41,26 m x 8,4 m, 4 unidades |
Conclusão | 2022-09 |
Esse tipo de vaso define a área do plano e a geometria da camada fria de que um acumulador térmico necessita, onde um tanque de armazenamento de água gelada fora de pico mantém o frio durante a maior parte de sua vida útil, em vez de movimentá-lo.
Capacidade de Engenharia da Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projeta e fabrica tanques de armazenamento parafusados desde 2008. Como o primeiro fabricante de tanques de aço revestido com vidro (GFS) da China, a empresa possui cerca de 200 patentes relacionadas a esmalte, produz aproximadamente 300.000 placas de aço revestidas com esmalte por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e fornece seus tanques para mais de 100 países. A nova base de produção de 150.000 m² foi adicionada para aumentar a capacidade de produção, e tanques individuais são fornecidos com capacidade de até 60.000 m³. A fabricação opera sob as normas ISO 9001 e ISO 45001, com certificação de produtos incluindo NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI e EUROCODE, e o design é referenciado nas normas AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA onde a aplicação exige.
Capacidade da janela de carga
· O carregamento apenas fora de pico só compensa se a diferença tarifária for suficientemente grande para cobrir o tempo extra de funcionamento do chiller e a perda permanente, de modo que o volume do tanque decorre tanto do formato tarifário quanto da carga de refrigeração.
· Um armazenamento maior permite que o chiller funcione a plena capacidade durante a janela barata em vez de ciclar, que é o padrão de operação que produz a poupança.
· O nosso envelope de capacidade de tanques individuais até 60.000 m³, e entregas como o projeto da Namíbia de 44.900 m³, é a margem para carregar um turno inteiro de uma só vez.
Perguntas Frequentes
P1: Vale a pena construir armazenamento com uma tarifa fixa?
A1: Raramente apenas nas tarifas de energia. O caso geralmente exige uma tarifa de demanda ou um pico que possa ser reduzido, portanto, leia o contrato de fornecimento antes da tarifa unitária principal.
Q2: Quantas horas de armazenamento são típicas?
A2: Duas a oito horas de carga de resfriamento total é a faixa comum. O valor decorre da duração do pico e de quanto do pico a planta deixa para o armazenamento.
Q3: O tanque reduz o tamanho do chiller necessário?
A3: Pode reduzir, onde a demanda é medida por instalação e a janela de carregamento suporta isso. Onde a demanda é cobrada em todo o site, o chiller ainda pode precisar de capacidade total.
Q4: O que acontece com a eficiência quando os chillers funcionam durante a noite?
A4: Os chillers em plena carga constante são eficientes, mas as horas de carga parcial e a energia de bombeamento devem entrar no cálculo, caso contrário a economia é superestimada.
Q5: Um único tanque pode atender à mudança de tarifa e à reserva para falhas?
A5: Sim. A maioria dos projetos mantém uma camada residual acima do alarme de nível baixo para uma parada do chiller e preenche o restante conforme o cronograma tarifário.
Q6: Quanto tempo um armazenamento mantém o frio sem uso?
A6: Com isolamento de lã mineral e revestimento intacto, um armazenamento em repouso perde uma fração de grau por hora, o que torna prático um ciclo diário.
Um tanque de armazenamento de água gelada fora de pico paga-se a si mesmo onde a diferença entre os preços de vale e de pico é ampla, e o retorno é mais rápido quando uma tarifa de demanda recompensa um pico de central mais baixo. O método é curto: deslocar a energia para a janela barata, dimensionar o volume a partir do dT utilizável e da desclassificação por estratificação, e confirmar que o carregamento termina antes da mudança de tarifa. Recalcular os números sazonalmente, porque a diferença varia entre o inverno e o verão. O resultado que vale a pena levar para uma reunião de projeto são três valores: metros cúbicos necessários, horas de deslocamento que a estrutura tarifária suporta e a poupança anual aos preços atuais.
Fale com um Engenheiro
Envie seu cronograma tarifário com as janelas de vale, intermediária e pico, sua curva de carga de resfriamento e se há cobrança de demanda. Retornaremos o volume necessário, as horas de deslocamento, o cálculo da economia anual e uma especificação dimensionada para a janela de carregamento.
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