सौर ऊर्जा और प्रेरण पिघलने की विधि: धातु उत्पादन को कार्बनमुक्त बनाने का एक व्यावहारिक मार्ग

सौर ऊर्जा और प्रेरण पिघलने की विधि: धातु उत्पादन को कार्बनमुक्त बनाने का एक व्यावहारिक मार्ग

इंडक्शन मेल्टिंग पहले से ही धातु पिघलाने के सबसे स्वच्छ तरीकों में से एक है। इसमें सौर ऊर्जा को शामिल करने से, पिघली हुई धातु का कार्बन फुटप्रिंट लगभग शून्य हो जाता है। यह संयोजन कोई वैज्ञानिक परियोजना नहीं है। मध्य पूर्व, दक्षिण-पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका और इनर मंगोलिया में कई फाउंड्री सौर ऊर्जा और बैटरी स्टोरेज के साथ इंडक्शन फर्नेस चला रही हैं, और उच्च उपयोग वाले ऑपरेशनों के लिए यह आर्थिक रूप से फायदेमंद साबित हो रहा है। आइए, मैं आपको बताता हूँ कि यह सिस्टम कैसे काम करता है, इसके क्या फायदे और नुकसान हैं, और यह तकनीक भविष्य में किस दिशा में आगे बढ़ रही है।

इंडक्शन + सोलर क्यों काम करता है?

इंडक्शन मेल्टिंग नवीकरणीय ऊर्जा के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है। इसमें लोड पूरी तरह से विद्युत होता है, बिजली की मांग को तेजी से नियंत्रित किया जा सकता है, और इसका घोल इतना बड़ा होता है कि पिघले हुए पदार्थ पर असर डाले बिना बिजली की अल्पकालिक गिरावट को सहन कर सकता है। इन्हीं विशेषताओं के संयोजन के कारण इंडक्शन मेल्टिंग नवीकरणीय ऊर्जा के साथ बड़े पैमाने पर डीकार्बोनाइज्ड होने वाली पहली औद्योगिक प्रक्रिया बन गई है।

इंडक्शन फर्नेस में धातु पिघलने की अवस्था के आधार पर परिवर्तनशील ऊर्जा खपत होती है। ठंडी अवस्था में 100 प्रतिशत रेटेड पावर की खपत होती है, पिघलने की अवस्था में 80 से 90 प्रतिशत और सोकिंग अवस्था में 50 से 70 प्रतिशत। एक पूर्ण ऊष्मा प्रक्रिया में औसत बिजली खपत रेटेड पावर का 60 से 75 प्रतिशत होती है। बैटरी बफर वाला सोलर फार्म औसत बिजली की आपूर्ति कर सकता है, और बफर अल्पकालिक उतार-चढ़ाव को नियंत्रित करता है।

सौर फार्म का आकार भट्टी की रेटिंग और परिचालन घंटों पर निर्भर करता है। 5 मेगावाट की एक इंडक्शन भट्टी जो प्रति वर्ष 6000 घंटे चलती है, 30 गीगावाट घंटे बिजली की खपत करती है, जिसके लिए लगभग 40 मेगावाट सौर पीवी क्षमता (20 प्रतिशत क्षमता कारक मानते हुए) और बिजली के सुचारू संचालन के लिए 5 से 10 मेगावाट घंटे की बैटरी भंडारण क्षमता की आवश्यकता होती है।

सिस्टम आर्किटेक्चर

सौर ऊर्जा से चलने वाली इंडक्शन मेल्टिंग प्रणाली की मानक संरचना इस प्रकार है:

1. सोलर पीवी एरे: 30 से 50 मेगावाट के सिंगल-एक्सिस ट्रैकिंग पीवी मॉड्यूल, जिनका आकार 25 से 30 प्रतिशत क्षमता कारक के साथ वार्षिक ऊर्जा आवश्यकता को पूरा करने के लिए निर्धारित किया गया है।

2. बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली (BESS): 10 से 30 मेगावाट घंटे की लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP) बैटरी, जो 2 से 4 घंटे के पूर्ण-लोड संचालन को संभालने और PV आउटपुट को सुचारू बनाने के लिए उपयुक्त आकार की होती है।

3. विद्युत रूपांतरण प्रणाली: एक 5 से 10 मेगावाट का द्विदिशात्मक इन्वर्टर जो पीवी सरणी और बीएसईएस को प्रेरण भट्टी बस से जोड़ता है।

4. प्रेरण भट्टी: मौजूदा या नई मध्यम-आवृत्ति प्रेरण भट्टी, जिसमें एक नियंत्रण प्रणाली होती है जो उपलब्ध शक्ति के आधार पर फायरिंग दर को समायोजित करती है।

5. ग्रिड कनेक्शन: एक वैकल्पिक ग्रिड कनेक्शन जो सौर संसाधन अपर्याप्त होने पर (बादल वाले दिनों, सर्दियों की रातों में) बैकअप बिजली प्रदान करता है।

नियंत्रण प्रणाली इस इंस्टॉलेशन का मुख्य हिस्सा है। यह प्रणाली पीवी आउटपुट, बीएसईएस की चार्ज स्थिति और ग्रिड की उपलब्धता पर नज़र रखती है और सौर ऊर्जा के अधिकतम उपयोग के लिए फर्नेस की फायरिंग दर को समायोजित करती है। धूप वाले दिन फर्नेस पूरी क्षमता से चलती है। बादल वाले दिन फर्नेस 50 से 70 प्रतिशत क्षमता पर चलती है और बीएसईएस अधिकतम ऊर्जा प्रदान करता है। रात में फर्नेस बीएसईएस या ग्रिड से चलती है।

सौर ऊर्जा, बैटरी स्टोरेज और ग्रिड बिजली की सापेक्ष लागत पर आर्थिक पहलू निर्भर करते हैं। जिन बाजारों में सौर संसाधन प्रचुर मात्रा में हैं और ग्रिड बिजली महंगी है (मध्य पूर्व, दक्षिण-पश्चिमी अमेरिका, अफ्रीका के कुछ हिस्से), वहां सौर-सह-स्टोरेज प्रणाली से बिजली की समतुल्य लागत 0.05 से 0.08 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोवाट घंटा है, जो ग्रिड बिजली की 0.08 से 0.15 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोवाट घंटा लागत के मुकाबले प्रतिस्पर्धी है। इन बाजारों में सौर-सह-स्टोरेज प्रणाली पर निवेश की वापसी अवधि 5 से 8 वर्ष है।

परिचालन अनुभव

मोंटे इंटेलिजेंस ने कई फाउंड्री के साथ सोलर-प्लस-इंडक्शन इंस्टॉलेशन पर काम किया है, और परिचालन अनुभव सकारात्मक रहा है। इन इंस्टॉलेशन से प्राप्त मुख्य सीखें इस प्रकार हैं:

सबसे पहले, सौर संसाधन मूल्यांकन अत्यंत महत्वपूर्ण है। कागज़ पर समान दिखने वाले स्थानों पर भी वार्षिक सौर ऊर्जा उत्पादन में 20 से 30 प्रतिशत तक का अंतर होता है। पीवी सरणी और बीईएस (बेसिक एनर्जी सिस्टम) का आकार निर्धारित करने से पहले, 12 से 24 महीनों के ऑन-साइट मापों का उपयोग करके विस्तृत सौर संसाधन मूल्यांकन करना आवश्यक है।

दूसरा, इंडक्शन फर्नेस कंट्रोल सिस्टम को वेरिएबल पावर सेटपॉइंट स्वीकार करने के लिए संशोधित किया जाना चाहिए। मानक फर्नेस कंट्रोल एक स्थिर इनपुट की अपेक्षा करता है, जबकि वेरिएबल इनपुट के लिए मेल्ट-इन स्टेज (जो सबसे अधिक बिजली की खपत करता है) और सोकिंग स्टेज (जो सबसे अधिक लचीला है) को प्रबंधित करने के लिए अतिरिक्त लॉजिक की आवश्यकता होती है।

तीसरा, बीईएस का आकार पूंजी लागत और परिचालन लचीलेपन के बीच एक संतुलन है। 2 घंटे का बीईएस (5 मेगावाट भट्टी पर 10 मेगावाट-घंटे) अधिकांश बादल वाले दिनों के लिए उपयुक्त है। 4 घंटे का बीईएस (20 मेगावाट-घंटे) अधिकांश रात्रिकालीन संचालन के लिए उपयुक्त है, लेकिन पूंजी लागत लगभग दोगुनी हो जाती है।

चौथा, बैकअप के तौर पर ग्रिड कनेक्शन आवश्यक है। केवल सौर ऊर्जा पर आधारित सिस्टम में लंबे समय तक बादल छाए रहने और सर्दियों के महीनों के दौरान उपलब्धता संबंधी समस्याएं आती हैं। ग्रिड कनेक्शन से फर्नेस लगातार चलती रहती है, और सौर ऊर्जा और BESS का संयुक्त सिस्टम वार्षिक ऊर्जा की 60 से 85 प्रतिशत आवश्यकता को पूरा करता है।

प्रौद्योगिकी किस दिशा में आगे बढ़ रही है?

अगले 5 से 10 वर्षों में सौर ऊर्जा और प्रेरण ऊर्जा के उपयोग में तेजी लाने वाले कई रुझान हैं। सबसे पहले, एलएफपी बैटरी की लागत प्रति वर्ष 10 से 15 प्रतिशत कम हो रही है, और ऊर्जा घनत्व में सुधार हो रहा है। 2024 में 8 मिलियन अमेरिकी डॉलर की लागत वाली 20 मेगावाट-बीईएस बैटरी की लागत 2028 तक 4 से 5 मिलियन अमेरिकी डॉलर हो जाएगी।

दूसरा, सोलर पीवी की लागत भी कम हो रही है, हालांकि धीमी गति से। 2024 में 25 मिलियन अमेरिकी डॉलर की लागत वाला 40 मेगावाट का सिंगल-एक्सिस ट्रैकिंग पीवी ऐरे 2028 तक 18 से 20 मिलियन अमेरिकी डॉलर का हो जाएगा।

तीसरा, कई बाजारों में ग्रिड बिजली की लागत बढ़ रही है क्योंकि कार्बन मूल्य निर्धारण और नवीकरणीय पोर्टफोलियो मानक थोक बिजली की लागत को बढ़ा रहे हैं। यूरोपीय संघ में, CBAM कार्बन लागत 2026 से 2030 तक बिजली की कीमत में प्रति टन CO2 पर 30 से 80 अमेरिकी डॉलर की वृद्धि करेगी, जिसका मतलब है कि बिजली बिल पर प्रति किलोवाट घंटे 0.02 से 0.05 अमेरिकी डॉलर की वृद्धि होगी।

चौथा, परिवर्तनीय-शक्ति प्रेरण पिघलने की तकनीक परिपक्व हो रही है। कई इन्वर्टर निर्माता अब ग्रिड-फॉलोइंग इन्वर्टर पेश करते हैं जो उपलब्ध नवीकरणीय ऊर्जा के अनुरूप फायरिंग दर को मिलीसेकंड में समायोजित कर सकते हैं। मोंटे इंटेलिजेंस इन इन्वर्टरों को अपने मानक भट्टी डिज़ाइनों में एकीकृत कर रहा है।

सीमाएँ और समझौते

सौर ऊर्जा और प्रेरण ऊर्जा के संयोजन की कुछ सीमाएँ हैं। पहली सीमा यह है कि सौर ऊर्जा मौसमी और मौसम पर निर्भर होती है। इनर मंगोलिया में 40 मेगावाट का सौर पैनल गर्मियों में सर्दियों की तुलना में 30 से 40 प्रतिशत अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है, और कई दिनों तक बादल छाए रहने से सौर ऊर्जा आपूर्ति (बीईएस) समाप्त हो सकती है। उच्च उपयोग वाले संचालन के लिए ग्रिड कनेक्शन आवश्यक है।

दूसरा, बीईएस (BESS) एक महत्वपूर्ण पूंजीगत लागत है। 4 घंटे के बीईएस वाले 5 मेगावाट के इंडक्शन फर्नेस के लिए 20 मेगावाट-घंटे की बैटरी की आवश्यकता होती है, जिसकी लागत 2024 में 8 से 12 मिलियन अमेरिकी डॉलर होगी। बीईएस में क्षरण की संभावना भी होती है: एलएफपी बैटरी आमतौर पर 10 से 15 साल तक चलती हैं, और प्रतिस्थापन लागत मूल लागत का 60 से 80 प्रतिशत होती है।

तीसरा, इंडक्शन फर्नेस का एक न्यूनतम स्थिर विद्युत स्तर होता है, जो आमतौर पर रेटेड विद्युत स्तर का 30 से 40 प्रतिशत होता है। पीवी-प्लस-बीएसईएस सिस्टम को कम से कम यह न्यूनतम विद्युत स्तर प्रदान करना आवश्यक है, अन्यथा फर्नेस को बंद करना होगा। कम सौर ऊर्जा वाले समय में, फर्नेस न्यूनतम विद्युत स्तर पर निष्क्रिय अवस्था में तब तक चलती रहती है जब तक सौर ऊर्जा पुनः प्राप्त नहीं हो जाती।

इन सीमाओं के बावजूद, सौर ऊर्जा और प्रेरण ऊर्जा का संयोजन अगले 10 से 20 वर्षों में कार्बनमुक्त धातु उत्पादन का सबसे व्यावहारिक मार्ग है। तकनीक उपलब्ध है, आर्थिक लाभ में सुधार हो रहा है, और परिचालन अनुभव सकारात्मक है। मोंटे इंटेलिजेंस एकीकृत सिस्टम डिज़ाइन और परिचालन सहायता प्रदान करके इस परिवर्तन में सहयोग करने के लिए प्रतिबद्ध है।

सौर ऊर्जा से चलने वाली इंडक्शन मेल्टिंग के बारे में मोंटे इंटेलिजेंस से बात करें

सौर ऊर्जा और प्रेरण प्रणाली से युक्त सौर ऊर्जा संयंत्र लगाने पर विचार कर रहे खरीदारों के लिए, मोंटे इंटेलिजेंस इंजीनियरिंग विशिष्ट स्थान और परिचालन प्रोफ़ाइल के लिए सिस्टम के आकार, परिचालन लागत और कार्बन बचत का मॉडल तैयार कर सकती है। इस मॉडल में सौर संसाधन मूल्यांकन, BESS का आकार निर्धारण, फर्नेस नियंत्रण संशोधन और ग्रिड बैकअप आवश्यकताएं शामिल हैं। अधिक जानकारी के लिए विजिट करें।www.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html उत्पाद विनिर्देशों और केस स्टडी के लिए। परियोजना पर चर्चा के लिए, helenxu@cnlymonte.com पर ईमेल करें, विषय पंक्ति में "सोलर इंडक्शन" लिखें और अपने फर्नेस के आकार, संचालन के घंटे और साइट पर उपलब्ध सौर ऊर्जा स्रोत का विवरण दें।