離峰冰水儲存槽：分時電價如何帶動節省
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離峰冰水儲槽：時間電價如何帶動節省
離峰冰水儲存槽讓設施在夜間電價低廉時讓冰水機全載運轉，並以儲存的冷能供應下午尖峰時段。節省來自離峰與尖峰電價之間的差距，以及在電價結構獎勵下縮減冰水機連接容量的效益。儲存槽的規模應設定為在電價上漲前完成充冷，並將可用容積視為理論值的70%至90%。回收年限取決於電價差距，而非僅取決於儲存槽大小。
冷卻用電在電費中僅次於IT負載，是占比最大的部分，而且是可以移轉的部分。如果冷能提前製造並儲存，冰水機不必在熱負載出現時才運轉。這正是以冰水儲存為基礎的熱電池資料中心架構的基本原理，而且只有在電力公司按每日時段計價時才具有效益。
電價決定案例是否存在。平坦的商業電價幾乎沒有儲能的理由，因為凌晨三點和傍晚六點的成本相同。谷峰差距大的分時電價讓儲能成為直接的套利行為，而在適用需量電費的情況下，尖峰需量比電量更為重要。無論哪種情況，答案都一樣：在便宜的時段製冷，讓儲冰槽承擔昂貴的時段。以下內容涵蓋電價的解讀、充放電排程、計算範例，以及可轉移負載量的限制。
在決定任何規模之前先讀懂電價費率
大多數供應合約會出現三種費用，而每種費用對儲能的計算方式都不同。
費用 | 衡量項目 | 儲能的影響 |
電能費用 | 各時段千瓦時 | 若負載轉移至離峰時段則下降 |
需量電費 | 計費區間內最高持續千瓦 | 若冰水機峰值被儲能系統削減則下降 |
無效或功率因數電費 | 峰值時之 kVA 或功率因數 | 不受冷卻儲能影響 |
谷值時段的窗口通常是隔夜與週末；尖峰時段通常涵蓋夏季的傍晚。這個價差正是用來支付儲冰槽的成本，而且應該來自供電合約，而非公告的平均值。棘輪條款可能會以最高月尖峰的一小部分來計收備用需量，這會改變削峰的價值，而且有些電價方案只在特定日子適用較高費率，因此以夏季單週進行分析會比年度平均值更穩妥。
建立充放電排程
各處的運作模式都相同，只是數字不同。
1. 充冷時段。冰水機在電價較低時以滿載或接近滿載運轉，將 5 至 7 °C 的冰水送入儲冷槽。機組輸出超過負載，因為部分冷能進入熱質量。
2. 儲冷階段。低價時段結束後，冰水機降載或停機；數小時內的靜置損失僅為零點幾度。
3. 放冷階段。冷能釋放至負載，回水溫度攀升至 12 °C 或更高，儲冷槽持續供冷至室內，直到達到其殘餘量水準。
4. 再充冷。下一個離峰時段會在尖峰來臨前將儲冷槽重新充冷，這決定了每日的充冷需求。
有兩個數字會驅動選型。可用能量約為每立方公尺每克爾文 1.163 kWh，因此從 6 °C 到 13 °C 的較大溫差，能在不加大儲槽的情況下儲存比更緊密迴路更多的冷量。一旦計入分層與擴散器混合，可用容量僅為理論值的 70% 到 90%。
一個實際節省計算
假設平均冷負載為 2,000 kW，離峰電價為每兆瓦時 40 個貨幣單位，尖峰電價為每兆瓦時 120 個貨幣單位，並對最高 15 分鐘的千瓦數收取需量電費。
時段 | 小時 | 設備動作 | 電價級距 |
離峰，23:00 至 07:00 | 8 | 冰水機全載輸出，儲冷槽充冷 | 低 |
上午過渡時段 | 4 | 冰水機依負載調節運轉 | 中 |
尖峰，11:00 至 17:00 | 6 | 冰水機停機或降載，儲冷槽放冷 | 高 |
傍晚過渡時段 | 5 | 設備從儲冷切換至負載 | 中 |
5. 每日冷卻能量為 2,000 kW，持續 23 小時，即 46,000 kWh。
6. 在離峰時段將其中一部分充入儲能系統，大約增加 3,500 至 4,500 kWh 的電力輸入，具體取決於冰水機效率。
7. 轉移的電量從尖峰費率移至離峰費率。在每兆瓦時 80 單位的價差下，轉移 10,000 kWh 每天可節省 800 單位。
8. 如果儲能系統將電廠尖峰削減 400 kW，則該月的需量電費將降低該數量，通常與節省的能源費用相當。
9. 在 7 K 可用溫差和 0.8 可用比例下，10,000 kWh 所需的體積為 10,000 / (1.163 x 7 x 0.8) = 1,529 立方公尺。
這些每日數字會累積一整年，而對夏季一週進行相同的計算，可得出向財務委員會展示的數字。結果取決於費率價差和尖峰時數，而非儲槽成本。
是什麼限制了離峰冰水儲存槽
儲能改變的是設備規模，而非將其移除，並且適用五項上限。
10. 空間與結構負載。一旦計入隔熱、檢修通道與樓板載重，這種規模的儲能所占用的足跡是其水容量的數倍。
11. 冰水機運轉時數。整夜連續運轉會縮短大修之間的間隔。
12. 部分負載效率。為應付每日大幅負載波動而設計的設備，會有部分時間處於低負載運轉，因此削峰並非沒有代價。
13. 充能時窗長度。充能必須在費率上升前完成；若時窗短於充能時間，此案便不成立。
14. 故障備援。僅用於電價轉移的儲能槽，在冰水機跳機時已無冷能可用，因此多數設計會保留一層殘餘冷能以供此情況使用。
最後一項往往是談判重點：純粹為電價而設計的儲能槽，可能比同時涵蓋冰水機故障的儲能槽更小。
技術規格
項目 | 典型值或選項 | 備註 |
可用 dT | 6 至 13 °C，或在較緊的迴路上為 5 至 7 °C | 較寬的 dT 可減少所需容積 |
可用比例 | 70 至 90% | 考量分層與混合效應 |
充冷設定點 | 冷凍水 5 至 7 °C | 符合一般冰水主機輸出 |
保溫 | 礦物棉搭配鋁板或彩鋼板包覆 | 限制儲存期間的靜置損失 |
儲槽壓力等級 | 常壓或加壓 | 設定壁厚與噴嘴設計 |
專案案例
雖然我們在水與廢水領域交付的參考專案包括大型飲用水儲存，但資料中心 TES 的範圍是按照相同標準設計的。一個相關的參考案例是納米比亞的飲用水設施。
項目 | 詳情 |
專案 | 納米比亞 — 飲用水儲存 |
產品 | 01 GFS，玻璃熔融鋼螺栓槽 |
容量 | 4 座儲槽合計 44,900 m3 |
尺寸 | phi 41.26 m x 8.4 m，4 座 |
完工 | 2022-09 |
該槽體類型提供了蓄熱系統所需的計畫面積與低溫層幾何結構，其中離峰冰水儲存槽在其大部分壽命期間用於保存冷能，而非移動冷能。
Center Enamel 工程能力
Center Enamel（石家莊正中科技有限公司）自2008年起設計並製造螺栓式儲罐。作為中國首家玻璃熔融鋼（GFS）儲罐製造商，該公司擁有近200項與搪瓷相關的專利，每年生產約300,000塊搪瓷塗層鋼板，已完成超過30,000個安裝項目，並向100多個國家供應其儲罐。新增的150,000平方米生產基地用於提高產能，單個儲罐供應量最高可達60,000立方米。製造過程在ISO 9001和ISO 45001下運行，產品認證包括NSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI和EUROCODE，並在應用需要時參考AWWA D103-09、AWWA C550和NFPA進行設計。
充電時段容量
· 僅在電價差距足以涵蓋額外冰水機運行時間與待機損失時，離峰充電才具經濟效益，因此槽體容積取決於電價結構，其程度不亞於冷卻負載。
· 較大的儲冰槽可讓冰水主機在低價時段全載運轉，而非頻繁啟停，這正是產生節能的運轉模式。
· 我們單槽容量可達 60,000 m³，以及如納米比亞 44,900 m³ 專案等交付實績，正是可一次充冷供應整個班次的餘裕。
常見問題
Q1：在固定電價下，建置儲能是否值得？
A1: 僅靠電費很少能達成。這個案例通常需要需量電費或可被削減的尖峰，因此在看標題上的單位電價之前，請先閱讀供電合約。
Q2: 典型的儲能時數是多少小時？
A2: 常見範圍是滿載冷卻負載下的兩到八小時。這個數字取決於尖峰持續時間，以及電廠留給儲能系統的尖峰比例。
Q3: 儲能槽會減少所需的冰水機容量嗎？
A3: 在需量按設施分別計量的情況下，且充電時段能配合，是可以的。若需量是整個場址合併計費，冰水機可能仍需要全容量。
Q4：冷機夜間運行時，效率會如何變化？
A4: 滿載穩定運轉的冰水機效率高，但部分負載時數與泵浦能耗也應納入計算，否則節能效益會被高估。
Q5: 單一儲槽能同時用於電價轉移與故障備援嗎？
A5: 可以。多數設計會在低液位警報之上保留一層殘餘量，以應對冰水機跳脫，其餘容量則依電價時段填充。
Q6: 儲槽在不使用的情況下能維持低溫多久？
A6: 採用礦棉保溫與完好外護板時，閒置儲槽每小時僅損失零點幾度，因此每日循環使用是可行的。
一座離峰冰水儲存槽，在谷價與峰價差距大時能自行回本，而當需量電費獎勵較低的機房峰值時，回本速度更快。方法很簡短：把能量移入便宜時段，依可用 dT 與分層降額來決定容積，並確認充能會在費率變動前完成。要按季節重新試算，因為價差在冬季與夏季之間會變動。值得帶進設計會議的結果是三個數字：所需立方公尺數、費率結構所支持的移轉時數，以及依現行價格計算的年節省額。
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請提供您的電價時段表，包含離峰、半尖峰與尖峰時段、您的冷卻負載曲線，以及是否適用需量電費。我們將回覆所需容量、轉移時數、年度節能計算，以及依充冷時段規模設計的規格。
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