Ipari inverterek hibrid villamos hálózatokhoz

Az energiatárolók fejlődésével már gazdaságos alternatíva az alkalmazásuk ipari hálózatokban. Ipari inverterek segítségével az energiatárolók is könnyedén csatlakoztathatók a villamos hálózathoz.

Az elektromobilitás iránti növekvő igény, az időjárásfüggő, ingadozó, megújuló energiaforrások terjedése, illetve az egyre energiaéhesebb mobileszközök felgyorsították az energiatárolás korábban lassú fejlődését. Az energiatárolók használata ma már gazdaságos lehet ipari villamos hálózatok tápellátásában.
A „hibrid” kifejezés leginkább az autók világából csenghet ismerősen. Jelentése általánosan két különböző energiaforrás együttes használata egy cél vagy feladat végrehajtása érdekében. Esetünkben ez a hagyományos hálózati betáplálás megosztását jelenti a helyileg telepített energiatárolóval.

Az energiatárolók

Az energiát tároló eszközök jelenleg három fő csoportba sorolhatók: akkumulátorok, ultrakondenzátorok vagy lendkerekes rendszerek.

• Az akkumulátorokon jelenleg leginkább lítium-ion alapú megoldásokat kell érteni. Legnagyobb előnyük az egyre könnyebb elérhetőség a nagy teljesítmény- és energiasűrűség együttes megvalósíthatósága. Hátrányuk a nagy helyigény, az érzékenység a környezeti hőmérsékletre, a kisütési-töltési ciklusok véges, viszonylag alacsony száma és az aránylag hosszú töltési idő.

• A következő technológia az ultra- vagy szuperkondenzátorok alkalmazása. Az ultrakondenzátorok nagy teljesítményt tudnak leadni, de csak rövid ideig, tehát nagy a teljesítménysűrűségük, de alacsony az energiasűrűségük. Használatuk az akkumulátoros technológiánál kevésbé kiforrott, és a környezeti hőmérsékletre is meglehetősen érzékenyek. Előnyük a kisütési-feltöltési ciklusok igen magas száma a kapacitásuk csökkenése nélkül, illetve a rövid feltöltési idő. Ezek a tulajdonságok elsősorban a rövid idejű, nagy teljesítményt igénylő, gyakran visszatérő hálózati kiesések áthidalására teszik alkalmassá.

• A harmadik legelterjedtebb energiatárolási mód a lendkerekes rendszer. A villamos motorral forgásba hozott (illetve forgásban tartott) lendkerék a mozgási energiája formájában tárolja az energiát, amelyet szükség esetén generátorral lehet villamos energiává visszaalakítani. A tárolási veszteséget a súrlódás jelenti, amelynek csökkentésére speciális csapágyazást használhatnak, illetve a lendkerék vákuumban foroghat. A meghajtásról speciális, nagy fordulatszámú, magas hatásfokú hajtás gondoskodik, ezért egy lendkerekes energiatároló beruházási költsége igen magas, a megtérülése kérdéses lehet. 

A helyi energiatárolásnak az ipari hálózatokon több kedvező hatása is lehet. Ezek a következők:

• A csúcsterhelés csökkentése, az üzemi tartalék növelése

• A terhelési görbe kiegyenlítése, simítása

• Hálózati kiesések esetére szünetmentes üzem biztosítása

Ha a hálózati áramfelvétel időbeli simítása, egyenletesebbé tétele a cél, akkor a hibrid tápellátás előnyeit kihasználva, az energiatároló kisütésével visszanyert energiával váltható ki a magasabb terhelésű időszak drágább tarifája. Ezzel kiszámítható, egyenletes terhelésű ipari hálózatot kapunk, amivel könnyen tervezhető a hálózati menetrend, és elkerülhető a lekötött teljesítmény átlépésekor vagy ki nem használásakor kirótt bűntetőtarifák alkalmazása is. Erre a célra nagy energiasűrűségű energiatárolót, például lítium-vasfoszfát (LiFePO₄) vagy lítium-titándioxid (LTO₂) akkumulátorokat érdemes választani.
Hirtelen terhelésváltozások esetén a méretezést a szükséges többletteljesítmény nagysága és előfordulási gyakorisága alapján lehet elvégezni. A jelenleg általánosan elérhető technológiai színvonal ismeretében, általánosságban a nagy kisütő- és töltőáramokat is elviselni képes, közepes energiasűrűségű lítium akkumulátorok alkalmazását javasolhatjuk. Ilyen esetekben az energiatárolós rendszer akár a túlterheléstől, akár a büntetőtarifák többletköltségeitől is megvédheti a felhasználót.
Ha hirtelen, rövid idejű hálózati kiesések áthidalása a cél, akkor ultrakondenzátoros rendszer javasolható, amivel a szünetmentes üzem igen nagy teljesítmények esetén is biztosítható. Egyre több példa található a világban ilyen szünetmentes rendszerekre: akár 277 kW teljesítményű, 8 kWh kapacitású; akár 3 MW teljesítményű, 17,2 kWh-ás ultrakondenzátoros rendszerekre is vannak ismert példák.

Az ipari hálózatok mellett a terjedőben lévő elektromos autók gyorstöltői is igen nagy teljesítményt igényelhetnek, és ez magas igényeket támaszt a tápellátás iránt. Ha nem is áll rendelkezésre megfelelő betápláló hálózat, attól a gyorstöltő állomások képességei még kihasználhatók maradnak az energiatárolás és a hibrid tápellátó rendszerek előnyeinek kiaknázásával. De hogyan?
A moduláris frekvenciaváltók különböző részegységei a megfelelő kiegészítőkkel és szoftverekkel alkalmasak energiatárolók kezelésére is. Mivel a készülékek hardvere megegyezik az ipari villamos motorok hajtására használt frekvenciaváltókéval, nincs szükség extra raktárkészlet kialakítására, vagy újabb beszállítók bevonására. Lehetőség van a hálózatra csatlakozó, egyenfeszültséget előállító aktív egyenirányítók használatára. Ebben az esetben hálózati áramirányítóról beszélünk. Egyenirányító üzemben a készülék tölti a közbenső körére kötött egyenfeszültségű energiatárolókat. Ha szükség van az eltárolt energiára, akkor képes azt a hálózatra visszatáplálni.
Az egyenfeszültséget egy másik egyenfeszültséggé DC/DC konverterekkel alakíthatjuk át. Ezek erősáramú felépítése az ipari frekvenciaváltók kimeneti, invertermodulján alapul. Ezzel egy egyenfeszültségű sínrendszerhez csatlakozhat, amire egyéb fogyasztók, vagy éppen frekvenciaváltók közbenső köre kapcsolódik, a másik egyenfeszültségű oldalán pedig az energiatároló található. De összekötheti egy vegyes, akkumulátoros-ultrakondenzátoros, úgynevezett hibrid energiatárolón belül az ultrakondenzátoros egységet az akkumulátoros sín feszültségszintjével.
Összetett, kiterjedt, közös egyenfeszültségű kört használó áramirányító is összeállítható, a megfelelő alkalmazási szoftverek segítségével.

Zajácz János – Danfoss Kft.

Danfoss Kft.
1139 Budapest, Váci út 91.
Tel.: +36 1 450 3566
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://drives.danfoss.hu

Még több Danfoss