NASZE MAGAZYNY:
Najnowszy numer:

Zapoznaj się z zawartością
najnowszego numeru magazynu
Magazyn Dźwig 1/2019
Prenumerata
Aktualności
Archiwum czasopism
Energia odnawialna w dźwigach

Amtek
Popularne systemy odzysku energii z hamowania silnika wciągarki używają mechanizmu „oddawania” energii do sieci zasilającej. Układy te eliminują gorące rezystory hamowania, jednak nie jesteśmy w stanie oszacować, kto oraz ile energii z odzysku zużyje. Problem ten rozwiązuje system opisany w poniższym artykule.

W dźwigach z napędem elektrycznym występują naprzemiennie fazy poboru energii ze źródła oraz praca generatorowa. Większość obecnie instalowanych dźwigów wyposażona jest w przetwornicę częstotliwości, która wykonuje bardzo ważne zadania z zakresu sterowania prędkością silnika, nadzoru nad układem napędowym itp. Podczas podnoszenia ładunku, praca układu z falownikiem wymaga poboru energii elektrycznej z sieci (podobnie jak w układzie bez falownika). W czasie opuszczania ładunku, silnik staje się generatorem elektrycznym. Ponieważ stopień wejściowy (prostownik) klasycznej przetwornicy częstotliwości jest niesterowany, to brak jest możliwości oddania energii do sieci. Energia z hamowania jest tracona w rezystorze hamującym – zostaje zamieniona w ciepło. Jak wcześniej wspomnieliśmy, praca dźwigu wymaga naprzemiennego napędu i hamowania, zatem dobrym sposobem na oszczędność byłoby spożytkowanie energii z hamowania na pracę silnikową. Sytuacja wyglądałaby jeszcze lepiej, gdyby falownik mógł być z tej energii zasilany na postoju.

Magazyn energii ERS 2G

Firma Amtek z początkiem 2018 roku wprowadziła do oferty urządzenia uzupełniające dla oferowanych od wielu lat falowników dźwigowych FRENIC Lift. Urządzenie to produkowane jest przez firmę Epic Power i nosi oznaczenie ERS 2G. Pełni ono funkcję dwukierunkowej przetwornicy DC/DC oraz magazynu energii odzyskanej z hamowania silnika. Magazyn ma pojemność nominalną 55kWs. Wchodząca w skład urządzenia dwukierunkowa przetwornica napięcia przetwarza napięcie stałe ze stopnia pośredniego falownika na napięcie stałe niezbędne do ładowania baterii superkondensatorów zainstalowanych w magazynie. Ładowanie odbywa się jedynie w fazie hamowania, natomiast w czasie poboru energii przez falownik (np. na postoju oraz podczas jazdy) moduł ERS 2G zapewnia przetwarzanie niskiego napięcia z superkondensatora na napięcie szyny prądu stałego w falowniku. Koncepcja działania porównywalna jest z napędem hybrydowym pojazdów samochodowych, z tą różnicą, żeERS 2G wykorzystuje bufor kondensatorowy zamiast akumulatorów. Kondensatory oferują dużo wyższą sprawność magazynowania energii wynoszącą >90%. Dla porównania akumulatory osiągają sprawność do około 65%. Dzięki temu jesteśmy w stanie wykorzystać prawie całą energię z hamowania silnika na podładowanie magazynu. Dodatkowo układ z kondensatorami może być bardzo szybko ładowany i rozładowany.

Urządzenie ERS 2G ma bardzo małe potrzeby własne na postoju, wynoszące około 2W. Sprawność wewnętrznej przetwornicy DC/DC dochodzi do 98%. Urządzenie ERS 2G przeznaczone jest do montażu zarówno w istniejących, jak i w nowych systemach napędowych. Urządzenie włączamy do szyny DC falownika (np. w falownikach Fuji są to zaciski P(+) i N(-) ). Jeden moduł zapewnia dostarczenie prądu o maksymalnej wartości 12,4A. Jest to wystarczające dla napędów o mocy do 15kW.

W przypadku większej mocy falownika należy połączyć równolegle większą liczbę modułów ERS 2G. Tym samym zwiększamy również pojemność magazynu energii o kolejne 55kJ. Po pełnym naładowaniu bufora kondensatorowego, urządzenie automatycznie przechodzi w tryb czuwania, a reszta energii z hamowania jest kierowana na rezystor hamujący. Jest to rozwiązanie analogiczne do systemu hamowania we wspomnianych wcześniej pojazdach hybrydowych. Oczywiście mamy możliwość zwiększania pojemności magazynu przez równoległe łączenie wielu modułów ERS 2G. Większa pojemność potrzebna będzie w wysokich budynkach.

Zastosowania

Magazyn energii ERS 2G zalecany jest przede wszystkim w systemach napędowych dźwigów, w których zwrot energii do sieci nie ma merytorycznego uzasadnienia, np. nie mamy możliwości rozliczenia energii wyprodukowanej przez dźwig w czasie hamowania. Większość dystrybutorów energii nie jest niestety zainteresowana zakupem energii o charakterze impulsowym, a taka „produkcja” występuje w napędzie dźwigowym. W takiej sytuacji ma sens jedynie lokalne magazynowanie i późniejsze zużywanie zgromadzonej energii elektrycznej. Najszybszy zwrot poniesionych kosztów nastąpi w dźwigach o dużej liczbie jazd w ciągu doby oraz przy użyciu wciągarek bez przekładni. Zastosowanie odzysku energii w proponowanej formie pozwoli również na polepszenie klasy energetycznej dźwigu.

Przetwornica P2S
P2S – rozwiązanie techniczne zasilania małych dźwigów z uwzględnieniem odzysku energii, użycia energii odnawialnej oraz ograniczenia mocy umownej. Jest to rodzaj dwukierunkowej przetwornicy napięcia DC/DC zbudowanej specjalnie do współpracy z falownikami dźwigowymi. Przetwornica po jednej stronie używa napięcia bezpiecznego 48V DC, a po drugiej standardowego napięcia szyny DC falownika, czyli 500-800V DC. Dla strony niskonapięciowej źródłem energii jest bateria akumulatorów kwasowo-ołowiowych, które są doładowywane standardową ładowarką zasilaną z napięcia 230V AC. Jeżeli dźwig porusza się w kierunku oraz z obciążeniem pozwalającym na pracę generatorową silnika, to bateria akumulatorów jest również doładowywana z energii odzyskanej z napędu dźwigu. Dodatkowym źródłem energii do ładowania akumulatorów może być panel fotowoltaiczny bądź mała turbina wiatrowa (lub obydwa urządzenia jednocześnie, jeśli zastosowany kontroler MPPT kontroluje dwa źródła).

Koncepcja systemu
Klasyczne systemy napędowe małych dźwigów z wciągarkami bezprzekładniowymi są budowane w oparciu o przetwornicę częstotliwości zasilaną z napięcia 3-fazowego 400V. Dla nominalnego udźwigu w granicach do około 400kg i nominalnej prędkości 1m/s (lub mniejszej prędkości i odpowiednio większego udźwigu) pobór mocy ze źródła mieści się w granicach 3-3,5kW. Dla tak małej mocy pobieranej ze źródła możliwe jest zastosowanie specjalnego modułu zasilającego z buforem akumulatorowym, o symbolu P2S, produkowanego przez Epic Power.

Koncepcja systemu z wykorzystaniem modułu zasilającego P2S opiera się na następujących postulatach:
  1. wykorzystać energię odnawialną (słoneczną lub wiatrową);
  2. ograniczyć pobór z sieci do minimum;
  3. użyć 1-fazowego źródła zasilania przy braku energii odnawialnej;
  4. odzyskiwać energię z hamowania;
  5. zapewnić pracę systemu.

Zastosowanie energii odnawialnej przyczynia się do znacznego spadku poboru energii z sieci zasilającej i obniżenia rachunków za energię elektryczną. Przy sprzyjającym nasłonecznieniu lub prędkości wiatru energia odnawialna może pokrywać pełne zapotrzebowanie na energię do pracy dźwigu. Jak wspomnieliśmy na wstępie, przetwornica P2S przetwarza napięcie 48V na standardowe napięcie 500-800V szyny prądu stałego falowników dźwigowych. Warto tutaj wspomnieć, że w zasadzie każdy falownik z wyprowadzonymi zaciskami szyny DC może być podłączony do przetwornicy P2S.

Ponieważ przetwornica P2S dysponuje mocą 3500W (z możliwością chwilowego przeciążenia mocą 4,2kW), to najbezpieczniejszym rozwiązaniem jest użycie falownika z funkcją aktywnego ogranicznika mocy pobieranej. Tę funkcję oferuje np. falownik Fuji Electric FRENIC Lift LM2A. Aktywny ogranicznik mocy kontroluje pobór mocy pobieranej, a w przypadku jej osiągnięcia zmniejsza prędkość silnika do takiej wartości, aby moc nie została przekroczona. Takie zabezpieczanie zapobiega przypadkowym przeciążeniom systemu, jeśli dźwig jest przeciążony lub nieprawidłowo skonfigurowano jego przyspieszenia. Jeżeli dostępna moc 3,5kW okaże się niewystarczająca, to można ją zwiększyć przez równoległe połączenie dwóch modułów P2S, przez co uzyskamy moc 7kW mocy ciągłej. Niebagatelną zaletą systemu z przetwornicą P2S jest możliwość normalnej pracy dźwigu bez napięcia sieciowego. Ponieważ system zasilany jest z akumulatorów, to zanik napięcia sieciowego nie wpływa w jakikolwiek sposób na pracę dźwigu (jeśli sterownik dźwigowy oraz obwód bezpieczeństwa są również zasilane ze źródła akumulatorowego).

Bez zasilania sieciowego jest możliwe wykonanie kilkudziesięciu jazd z nominalną prędkością. Jeżeli do ładowania akumulatorów zastosowano energię odnawialną, to akumulatory są ciągle doładowywane i liczba jazd się zwiększa. Urządzenie P2S stale monitoruje stan baterii akumulatorów i sygnalizuje 4 poziomy naładowania. System sterowania dźwigu może wykorzystać te sygnały do kontrolowanego wyłączenia pracy dźwigu (do czasu wznowienia dostaw energii). Przetwornica P2S to milowy krok w kierunku ograniczenia poboru energii oraz wykorzystania energii odnawialnej do zasilania dźwigów. Przyjęta koncepcja konstrukcyjna pozwala na użycie P2S w nowych sterowaniach, a także do rozbudowy istniejących systemów napędowych. Dzięki temu jest możliwa etapowa rozbudowa systemu – w pierwszym etapie instalacja P2S z baterią akumulatorów, a w drugim doposażenie w system solarny i turbinę wiatrową. Przetwornice dwukierunkowe P2S są produkowane w Hiszpanii przez firmę Epic Power, której przedstawicielem handlowym oraz technicznym w Polsce jest firma Amtek.

Tomasz Śliwakowski
admin | dodano 2019-01-21
TAGI: Magazyn Dźwig | energia odnawialna | amtek