Rok 2021 przyniesie nabywcom energii elektrycznej dodatkowe opłaty związane z wprowadzeniem tzw. rynku mocy. Wysokość opłat zależy od zakontraktowanej taryfy oraz zużycia energii elektrycznej.  W niniejszym artykule opiszemy jedno z narzędzi służących obniżeniu poboru energii w dźwigach osobowych i towarowych. Jest to urządzenie, które lokalnie przechowuje energię odzyskaną z hamowania i udostępnia ją przy kolejnym rozruchu dźwigu.

Większość obecnie instalowanych dźwigów z napędem elektrycznym wyposażona jest w przetwornicę częstotliwości. Z jej pośrednictwem możliwy jest płynny rozruch, kształtowanie krzywej prędkości, oraz nadzoru nad układem napędowym. Praca układu napędowego to naprzemienne fazy podnoszenia i opuszczania ładunku. Podczas gdy podnoszenie wiąże się z poborem energii elektrycznej z sieci, to w czasie opuszczania ładunku, silnik staje się generatorem elektrycznym. W klasycznych rozwiązaniach przetwornic częstotliwości energię uzyskaną z pracy generatorowej rozpraszamy w rezystorze – zostaje zamieniona w ciepło.
Zamiast odzyskaną energię zamieniać w ciepło, możemy ją „przechować” w lokalnym magazynie energii i wykorzystać na potrzeby pracy dźwigu. Dzięki lokalnemu magazynowaniu zyskujemy na obniżeniu poboru energii przez układ napędowy dźwigu, a tym samym obniżamy wysokość „opłaty mocowej”.

Magazyn energii ERS 2G
Jednym z unikalnych na rynku magazynów energii jest urządzenie produkowane jest przez firmę Epic Power, której dystrybutorem na ryku polskim jest firma Amtek. Magazyn o nazwie ERS 2G współpracuje z dowolną przetwornicą częstotliwości i co najważniejsze nie wymaga poważnych zmian konstrukcyjnych układu sterowania dźwigu. Magazyn ma pojemność nominalną 55kJ. Funkcję magazynującą pełni bateria kondensatorów o wysokiej pojemności, co gwarantuje wysoką sprawność magazynowania i trwałość systemu. Wchodząca w skład urządzenia dwukierunkowa przetwornica napięcia przetwarza napięcie stałe ze stopnia pośredniego falownika (zwykle 560-600V DC) na niskie napięcie stałe niezbędne do ładowania baterii superkondensatorów zainstalowanych w magazynie. Ładowanie odbywa się automatycznie jedynie w fazie hamowania. System sam wykrywa odpowiedni moment przełączenia pomiędzy fazami ładowania i rozładowywania, co również zapobiega poborowi energii z sieci. Energia zgromadzona w magazynie kondensatorowym jest zużywana przy kolejnej jeździe dźwigu, a także do zasilania falownika na postoju. Całość procesu jest automatyczna, więc sterownik dźwigu ani falownik napędu nie musi przekazywać informacji o kierunku jazdy, czy o obciążeniu kabiny.
Koncepcja działania porównywalna jest z napędem hybrydowym pojazdów samochodowych, z tą różnicą, że ERS 2G wykorzystuje bufor kondensatorowy zamiast akumulatorów. Kondensatory oferują dużo wyższą sprawność magazynowania energii wynoszącą >90%. 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, czego nie jesteśmy w stanie uzyskać stosując akumulatory chemiczne.
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 Electric są to zaciski P(+) i N(-) ). Jeden moduł zapewnia dostarczenie prądu o maksymalnej wartości 12,4A, a wewnętrzna przetwornica ma „miękką” charakterystykę, co umożliwia wspólną pracę z prostownikiem napięcia 3-fazowego. Z praktycznych doświadczeń wynika, że jedno urządzanie ERS 2G w zupełności wystarcza dla typowych dźwigów o nominalnej prędkości 1m/s, udźwigu 1000kg, wysokości podnoszenia około 30m. W przypadku większych dźwigów, wskazane jest połączenie równoległe większej liczby modułów ERS 2G.
Po pełnym naładowaniu bufora kondensatorowego, urządzenie automatycznie przechodzi w tryb czuwania, a energia z hamowania jest kierowana na rezystor hamujący. Rezystor jest załączany niezmiernie rzadko, więc może on mieć dużo mniejszą moc niż w układzie bez odzysku energii. Oczywiście mamy możliwość zwiększania pojemności magazynu przez równoległe łączenie wielu modułów ERS 2G.

Zastosowania
Magazyn energii ERS 2G zalecany jest przede wszystkim w systemach napędowych dźwigów o dużej dobowej liczbie jazd, takich jak biurowce, szpitale, centra handlowe i hotele.
W systemach z magazynowaniem energii mamy pewność, że całość energii odzyskanej w cyklu hamowania zachowamy na własne potrzeby. Użycie energii zmagazynowanej ma odzwierciedlenie w niższych wskazaniach liczników energii, co jest kluczowe w obniżeniu tzw. „opłaty mocowej”. Tej zalety nie mają układy z oddawaniem energii do sieci, gdyż energia zwracana do sieci energetycznej nie zostaje odjęta od wskazań energii już pobranej z sieci.
Ze względu na prostotę instalacji, która zajmuje nie więcej niż 15-20 minut, jest to korzystna opcja do modernizacji istniejących systemów sterowania. Dzięki magazynom firmy Epic Power serii ERS 2G, wdrożenie systemu odzysku jest szybkie, nie wymaga przebudowy całego systemu zasilania, a co najważniejsze nie oddziałuje niekorzystnie na sieć energetyczną.

Tomasz Śliwakowski