Print

Setrvačníky: Alternativa zajištění napájení

-- 06.09.10

Setrvačníky jsou stále častěji vnímány jako spolehlivý průmyslový systém záložního napájení, nabízí předvídatelnost, vyžadují menší údržbu, mají menší potenciální dopad na životní prostředí než baterie UPS a nižší celkové provozní náklady.


Pro některé řídicí aplikace je krátký výpadek proudu nebo pokles jeho dodávky nepříjemnou záležitostí. Avšak u většiny počítačem řízených procesů je i letmý výpadek napájení zcela nepřijatelný a navíc nákladný. K tradičním prostředkům zajištění nepřetržité dodávky napájení patří bateriové záložní zdroje (UPS) používané společně s motorovými generátory. Zatímco jednotky UPS jsou ověřeným řešením, jejich olověné akumulátory se pomalu dobíjejí, vyžadují neustálou údržbu, jsou citlivé na teplotu a zatěžují životní prostředí. Problémem je také jejich řádná likvidace podléhající přísným ekologickým předpisům.

Výrobci baterií uvádějí, že jejich životnost lze zachovat po dobu nejméně čtyř let, pokud se uchovávají při konstantní teplotě 24 °C a nejsou vystaveny nadměrnému cyklickému zatěžování. To může být problematické u podniků, kde dochází k častým krátkodobým výpadkům proudu. Vždy, když jsou v takových případech baterie povolány do služby, zkracuje cyklické zatěžování jejich celkovou životnost. Navíc je většina baterií v záložních zdrojích UPS zapojena sériově, což znamená, že jedna nefunkční baterie v řetězci vyřadí celý řetězec.


Alternativní řešení – setrvačník


Setrvačník funguje jako mechanický akumulátor, ukládá kinetickou energii do rychle se otáčející sestavy a převádí ji zpět na elektrickou energii pro podporu kritických zátěží. Setrvačníkový systém dokáže překlenout dobu potřebnou pro přechod na dodávku ze záložních generátorů. Má malé nároky na prostor, nevyžaduje skoro žádnou údržbu a je dostupným prostředkem k zajištění nepřetržité dodávky energie u instalací při kritických situacích. Zpráva Federal Technology Alert vydaná americkým ministerstvem energetiky v roce 2006 uvádí: „Setrvačníky by mohly nahradit nebo doplnit baterie jako záložní zdroj energie v systémech UPS. I když jsou počáteční náklady na setrvačníky obvykle vyšší než u baterií, které by nahrazovaly nebo doplňovaly, jejich delší životnost a jednodušší údržba často vedou k nižším celkovým nákladům na jejich životní cyklus.“

Čisté uložení energie


Technologie setrvačníku ukládá kinetickou energii do tichého, rotujícího kotouče a poskytuje tak spolehlivý a předvídatelný zdroj stejnosměrné elektrické energie. Díky nedávným vylepšením mají setrvačníky kompaktnější rozměry a podporují aplikace s vyššími energetickými nároky. Technologie setrvačníků se vyvinula ve spolehlivé, ekologicky šetrné řešení zajištění napájení, které ukládá energii mechanicky a nikoli chemicky, a je proto spolehlivější a má nižší uhlíkovou stopu. Setrvačníkový systém navržený pro dodávku vysokého výkonu po krátkou dobu může nahradit olověné baterie tím, že pracuje jako dynamická baterie ukládající energii kineticky pomocí rotace hmoty okolo osy. Přívod elektrické energie roztočí rotor setrvačníku na provozní rychlost a stálé napájení jej udržuje v nepřetržitém otáčení, dokud nebude zapotřebí uloženou energii vydat (viz zobrazení v řezu).

Ověřená technologie použitá u setrvačníku umožňuje, aby se náboj setrvačníku – velkou rychlostí se otáčející motorgenerátor s permanentním magnete s bezkontaktním magnetickým ložiskem – stále vznášel a udržoval rotor v provozu. Tato konfigurace umožňuje, aby se náboj rotoru otáčel bez kontaktu s kovem, čímž se odstraňuje opotřebení ložiska, mazání ložiska a údržba. Proto není potřeba po celou dobu životnosti setrvačníku ložisko měnit. Na rozdíl od tradičních baterií se setrvačník dokáže nabít a vybít rychleji po nespočet cyklů bez zhoršení kvality, a to po celou dobu jeho 20leté životnosti. Množství dostupné energie a doba jejího dodávání jsou přímo úměrné jeho hmotnosti a kvadrátu jeho rychlosti otáčení.

U setrvačníků zdvojnásobení hmotnosti znamená dvojnásobnou energetickou kapacitu, ale při zdvojnásobení rychlosti otáčení je energetická kapacita čtyřnásobná: E = kMω² (k závisí na tvaru rotující hmoty, M představuje hmotnost setrvačníku a ω je úhlová rychlost). Setrvačníky mohou ve spojení se systémem záložního zdroje UPS poskytovat nepřerušovanou dodávku překlenovacího stejnosměrného proudu a stabilizaci napětí během krátkodobých přerušení a poklesů dodávky elektrické energie, čímž šetří soustavu baterií pro použití při déletrvajících výpadcích.

Většina záložních generátorů potřebuje šest až deset sekund pro najetí do provozního stavu a pro připojení k systému UPS pomocí automatického přepojovacího spínače.Některé setrvačníkové jednotky dokážou poskytovat až 300 kW okamžitého překlenovacího výkonu a stabilizaci napětí po dobu více než 20 sekund (nebo jinou kombinaci výkonu a času), což je více než dostatečná doba pro většinu poruch v elektrické síti. Navíc lze setrvačníkové jednotky spojovat paralelně pro získání další výkonové kapacity, doby zálohování nebo redundance.

Dimenzování podle aplikace


Jednotky UPS a setrvačníky se obvykle dimenzují na základě skutečného zatížení. Většina techniků dimenzuje jednotky UPS na výkon o 30–40 % vyšší, než je skutečné zatížení, aby tak zajistili rezervu pro další růst aplikace. Po dokončení dimenzování jednotky UPS je nutno s ohledem na UPS dimenzovat setrvačníky. Všechny jmenovité hodnoty jednotek UPS vycházejí z hodnot v kVA a kW, u výkonových aplikací se používají jednotky kW. Po určení hodnoty v kW je tato hodnota označena jako jmenovitý výkon v kW při plném zatížení. Například jednotka UPS se jmenovitým výkonem 275 kVA a účiníkem 0,9 odpovídá výkonu UPS o hodnotě 248 kW.

Protože většina zátěží je vzhledem k UPS dimenzována na kapacitu cca 80 %, společně s 96% účinnosti měniče to odpovídá 207 kW. Pro dimenzování setrvačníků se tedy použije tato hodnota, aby byl zajištěn odpovídající jmenovitý výkon a dosáhla se požadovaná doba zálohování. Pro usnadnění dimenzování setrvačníků dodává většina jejich výrobců zákazníkům tabulky doby zálohování a odpovídajícího výkonu v kVA (viz tabulka specifikace doby zálohování). Jak je uvedeno v tabulce specifikace doby zálohování, se dvěma setrvačníky dosáhne model 1 doby zálohování 26,6 sekundy a model 2 doby zálohování 28,6 sekundy. V obou případech setrvačník překračuje cíl dosažení minimální doby zálohování 20 sekund. Toto řešení vyhovuje požadavkům většiny podniků a poskytuje dostatečnou dobu pro přechod na motorový generátor v případě déletrvajícího výpadku sítě.

Návratnost investice


Při srovnání nákladů po dobu životnosti u baterií a setrvačníků je zřejmé, která technologie poskytuje dlouhodobější úspory po dobu své životnosti. Návratnost investice (ROI – Return Of Investment) je metoda používaná většinou firem pro zdůvodnění finanční investice při nákupních rozhodnutích. Většina techniků zjistila, že setrvačníky jsou preferovány před bateriemi díky úspoře nákladů dané návratností investice za tři až čtyři roky. Je však důležité vědět, že nákupní rozhodnutí není možností typu buď a nebo, protože setrvačníky lze využívat buď společně s bateriemi, nebo bez nich.

Při použití současně s bateriemi je setrvačník první linií obrany proti poškozujícím letmým výpadkům proudu, protože absorbuje všechna krátkodobá přerušení.Díky tomu setrvačník snižuje počet a četnost vybíjení baterií, která zkracují životnost akumulátorů. V případě, že je setrvačník použitý společně s UPS bez baterií, systém zajistí okamžité napájení připojené zátěže stejně, jako by to provedla soustava baterií. Pokud však výpadek sítě trvá dost dlouho, aby byl považován za závažný (není jen letmým přerušením), setrvačník předá napájení motorovému generátoru podniku.


Frank DeLattre je prezident společnosti Vycon. Můžete jej kontaktovat na adrese fdelattre@vyconenergy.com

 

 

 

 

 

 

Autor: Frank DeLattre, Vycon


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Automatizace a modernizace pivovarů 2019
2019-01-24 - 2019-01-24
Místo: Hotel Luční bouda, Pec pod Sněžkou
DIAGO 2019
2019-01-29 - 2019-01-30
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Roboty 2019
2019-01-30 - 2019-02-01
Místo: Brno, hotel Avanti
Úspory v průmyslu
2019-03-05 - 2019-03-05
Místo: Hotel STEP ****, Praha
AMPER 2019
2019-03-19 - 2019-03-22
Místo: Výstaviště Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

Mitsubishi Electric Europe B.V.
Mitsubishi Electric Europe B.V.
Pekařská 621/7
155 00 Praha 5
tel. +420 251 551 470

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2018 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI