ในหลายภูมิภาคที่มีโรงหล่อตั้งอยู่ เช่น แอฟริกาใต้ทะเลทรายซาฮารา เอเชียใต้ และบางส่วนของตะวันออกกลาง ระบบไฟฟ้าอาจไม่สามารถใช้งานได้หรือไม่น่าเชื่อถือ โรงหล่อที่เชื่อมต่อกับระบบไฟฟ้าที่อ่อนแออาจประสบปัญหาแรงดันไฟฟ้าตก ความถี่ผันผวน และไฟดับโดยไม่คาดคิด ซึ่งทำให้การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำเป็นไปไม่ได้หากไม่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรอง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเป็นวิธีแก้ปัญหาแบบดั้งเดิม แต่เชื้อเพลิงดีเซลมีราคาสูงถึง 0.25-0.50 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง เมื่อรวมค่าเชื้อเพลิง ค่าบำรุงรักษา และค่าเสื่อมราคาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้ว ทำให้ต้นทุนการหลอมสูงเกินไป
MONTE INTELLIGENCE ได้พัฒนาและปรับแต่งระบบผลิตไฟฟ้าแบบไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์-ดีเซล สำหรับการใช้งานในกระบวนการหลอมโลหะด้วยการเหนี่ยวนำ แนวคิดนั้นเรียบง่าย คือ ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จากแผงโซลาร์เซลล์เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าหลักในช่วงเวลากลางวัน และใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลเป็นแหล่งพลังงานสำรองในช่วงที่มีเมฆมากและในเวลากลางคืน ระบบนี้ช่วยลดการใช้ดีเซลลงได้ 40-60% ซึ่งเพียงพอที่จะคืนทุนจากการลงทุนในพลังงานแสงอาทิตย์ภายใน 3-5 ปี ในราคาดีเซลทั่วไป
โครงสร้างระบบประกอบด้วยส่วนประกอบหลักห้าส่วน ส่วนแรกคือ แผงโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งบนพื้นดินหรือบนหลังคา โดยมีขนาดที่เหมาะสมเพื่อให้สามารถผลิตพลังงานได้ตามสัดส่วนที่ต้องการของการใช้พลังงานรายวันของเตาหลอม สำหรับเตาหลอมเหนี่ยวนำขนาด 1 เมกะวัตต์ที่ทำงาน 8 ชั่วโมงต่อวัน การใช้พลังงานรายวันจะอยู่ที่ประมาณ 8 เมกะวัตต์ชั่วโมง (โดยสมมติว่าใช้ 1,000 กิโลวัตต์ชั่วโมงต่อตันสำหรับการหลอมเหล็กและแปรรูป 8 ตันต่อวัน หรืออาจลดกำลังการทำงานลงสำหรับการหลอมในปริมาณที่น้อยกว่า) แผงโซลาร์เซลล์ที่สามารถผลิตพลังงานได้ 50% ของปริมาณนี้ จะต้องผลิตพลังงานได้ 4 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อวัน
การคำนวณขนาดแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ในพื้นที่นั้นๆ ในพื้นที่ที่มีแสงแดดสูงสุด 5 ชั่วโมงต่อวัน (ซึ่งเป็นเรื่องปกติในหลายภูมิภาคเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน) แผงโซลาร์เซลล์ขนาด 1 เมกะวัตต์ (DC) จะผลิตพลังงานได้ประมาณ 5 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อวัน โดยอาจมีการสูญเสียในระบบ 15-20% จากประสิทธิภาพของอินเวอร์เตอร์ สายไฟ ฝุ่นละออง และการลดกำลังการผลิตเนื่องจากอุณหภูมิ แผงโซลาร์เซลล์ต้องการพื้นที่ประมาณ 1.2-1.5 เฮกตาร์ต่อเมกะวัตต์ หรือ 0.6-0.8 เฮกตาร์หากติดตั้งบนหลังคาโรงหล่อ
ประการที่สอง ระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่ (BESS) ทำหน้าที่เป็นตัวกันชนระหว่างกำลังไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์ที่แปรผันได้กับภาระของเตาหลอมแบบเหนี่ยวนำ การหลอมแบบเหนี่ยวนำเป็นภาระที่มีกำลังสูงและแปรผันได้ เตาหลอมอาจใช้กำลังไฟฟ้า 1 เมกะวัตต์ระหว่างการหลอม และ 100-200 กิโลวัตต์ระหว่างการรักษาอุณหภูมิ แบตเตอรี่ต้องจ่ายหรือดูดซับส่วนต่างระหว่างการผลิตไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์และภาระของเตาหลอมแบบวินาทีต่อวินาที เพื่อรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่อินเวอร์เตอร์ต้องการ แบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) เป็นเคมีที่นิยมใช้เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน (4000-6000 รอบที่ระดับการคายประจุ 80%) มีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่ดี และต้นทุนที่ลดลง (ปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 80-120 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงในระดับแพ็คในปี 2026)
ความจุของแบตเตอรี่ได้รับการออกแบบให้เหมาะสมกับช่วงเวลาที่คาดว่าจะมีพลังงานแสงอาทิตย์ต่ำที่สุดในระหว่างการหลอมโลหะ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 2-4 ชั่วโมงของการทำงานเต็มกำลังสำหรับระบบที่ออกแบบมาเพื่อความน่าเชื่อถือสูง สำหรับเตาหลอมขนาด 1 เมกะวัตต์ แบตเตอรี่ขนาด 4 เมกะวัตต์ชั่วโมงจะให้พลังงานเพียงพอสำหรับการทำงานเต็มกำลัง 4 ชั่วโมงโดยไม่มีพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งครอบคลุมเหตุการณ์เมฆมากส่วนใหญ่ และช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถหลอมโลหะที่กำลังดำเนินการอยู่ให้เสร็จสิ้นได้ แทนที่จะต้องยกเลิก แบตเตอรี่สามารถชาร์จได้ในช่วงเวลาที่ผลผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์เกินความต้องการของเตาหลอม หรือในเวลากลางคืนจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลหากคาดว่าวันรุ่งขึ้นจะมีเมฆมาก
ประการที่สาม อินเวอร์เตอร์แบบไฮบริด — อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังที่แปลงไฟ DC จากแผงโซลาร์เซลล์และแบตเตอรี่เป็นไฟ AC สำหรับเตาหลอม อินเวอร์เตอร์นี้ไม่ใช่อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์มาตรฐาน แต่ต้องรองรับลักษณะโหลดของเตาหลอมแบบเหนี่ยวนำ ซึ่งรวมถึงค่าตัวประกอบกำลังต่ำ (0.15-0.25 สำหรับขดลวดเหนี่ยวนำเพียงอย่างเดียว ปรับแก้เป็น 0.95 ขึ้นไปโดยชุดตัวเก็บประจุของเตาหลอม) และปริมาณฮาร์มอนิกสูงจากแหล่งจ่ายไฟความถี่ปานกลาง อินเวอร์เตอร์ต้องมีขนาดเหมาะสมกับความต้องการ kVA ไม่ใช่แค่ kW และต้องมีตัวกรองฮาร์มอนิกเพื่อป้องกันไม่ให้ฮาร์มอนิกของเตาหลอมไหลย้อนกลับเข้าไปในระบบ PV และทำให้เกิดการตัดวงจรของอินเวอร์เตอร์
ประการที่สี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล – มีขนาดที่เหมาะสมเพื่อให้พลังงานแก่เตาเผาได้อย่างเต็มที่เมื่อทั้งพลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในช่วงที่มีเมฆมากเป็นเวลานานหรือการทำงานในเวลากลางคืน กำลังไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าควรอยู่ที่ประมาณ 1.2-1.5 เท่าของกำลังไฟฟ้าของเตาเผา เพื่อคำนึงถึงกระแสไฟกระชากขณะสตาร์ทและค่าตัวประกอบกำลัง สำหรับเตาเผาขนาด 1 เมกะวัตต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาด 1.5 เมกะวัตต์ (MVA) ถือเป็นขนาดที่เหมาะสม เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำงานเฉพาะเมื่อจำเป็นเท่านั้น – ตัวควบคุมไฮบริดจะเริ่มและหยุดการทำงานโดยอัตโนมัติตามสถานะการชาร์จแบตเตอรี่และการคาดการณ์ผลผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์
ประการที่ห้า ระบบจัดการพลังงานแบบไฮบริด (EMS) — ตัวควบคุมที่ตัดสินใจในแต่ละวินาทีว่าจะจัดสรรพลังงานอย่างไรระหว่างแผงโซลาร์เซลล์ แบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเตาเผา ตรรกะของ EMS ประกอบด้วย: หากผลผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์เกินความต้องการของเตาเผา ให้ชาร์จแบตเตอรี่; หากความต้องการของเตาเผาเกินผลผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์ ให้คายประจุจากแบตเตอรี่; หากระดับประจุของแบตเตอรี่ลดลงต่ำกว่า 20% ให้สตาร์ทเครื่องกำเนิดไฟฟ้า; หากพยากรณ์อากาศคาดการณ์ว่าจะมีเมฆปกคลุมเป็นเวลานาน ให้สตาร์ทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเร็วกว่าปกติเพื่อรักษาระดับความจุของแบตเตอรี่; หากมีไฟฟ้าจากโครงข่าย (สำหรับระบบที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย) ให้ใช้ไฟฟ้าจากโครงข่ายเป็นแหล่งพลังงานเสริม
การวิเคราะห์ทางเศรษฐกิจสำหรับระบบไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์-ดีเซลนั้นตรงไปตรงมา: เปรียบเทียบต้นทุนเฉลี่ยตลอดอายุการใช้งานของไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ (รวมถึงต้นทุนรอบการใช้งานแบตเตอรี่) กับต้นทุนส่วนเพิ่มของการผลิตไฟฟ้าจากดีเซล ต้นทุนเฉลี่ยตลอดอายุการใช้งานของไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับระบบไฮบริด รวมถึงการเปลี่ยนแบตเตอรี่ทุก 8-10 ปี อยู่ที่ประมาณ 0.06-0.10 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ต้นทุนการผลิตไฟฟ้าจากดีเซลอยู่ที่ 0.25-0.50 ดอลลาร์ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมง ส่วนต่างที่ประหยัดได้ต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงจากพลังงานแสงอาทิตย์คือ 0.15-0.44 ดอลลาร์ สำหรับระบบที่ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ได้ 1500 เมกะวัตต์ชั่วโมงต่อปี จะประหยัดได้ 225,000-660,000 ดอลลาร์ต่อปี ซึ่งจะคืนทุนการลงทุน 1.5 ล้านดอลลาร์ใน 2.3-6.7 ปี
MONTE INTELLIGENCE ให้บริการออกแบบระบบไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์-ดีเซลสำหรับงานหลอมด้วยการเหนี่ยวนำไฟฟ้า รวมถึงการประเมินทรัพยากรพลังงานแสงอาทิตย์ การกำหนดขนาดระบบ และการบูรณาการเข้ากับชุดเตาหลอมเหนี่ยวนำไฟฟ้าของเรา
หากต้องการศึกษาความเป็นไปได้ของระบบไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์-ดีเซลสำหรับโรงหล่อของคุณ โปรดติดต่อ helenxu@cnlymonte.com
