EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE

Prezentacja na temat: "EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE"— Zapis prezentacji:

1 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE
SZKOLENIE: „INTELIGENTNA ENERGIA. EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ W PRZEDSIĘBIORSTWACH” Wrocław, 14 maja 2009 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Dr inż. Kazimierz HERLENDER Politechnika Wrocławska, Instytut Energoelektryki

2 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE
Nowa polityka Unii Europejskiej (UE) w zakresie energii i środowiska naturalnego, która została uzgodniona przez Radę Europejska w marcu 2007 r., ustanawia perspektywiczny program działań politycznych zmierzających do osiągnięcia trzech głównych celów wspólnotowej polityki energetycznej, tj. zrównoważonego wytwarzania energii, Konkurencyjności, bezpieczeństwa dostaw. Aby cele te mogły zostać wprowadzone w życie, UE zobowiązała się do zrealizowania do 2020 r. inicjatywy „ ”: tj. do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych o 20 %, zwiększenia udziału energii odnawialnej w całkowitym zużyciu energii do 20 % zwiększenia efektywności energetycznej o 20 %.

3 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE
Niezawodność zasilania i koszty przerw w dostawie energii Jakość energii - wyższe harmoniczne Kompensacja mocy biernej Komputerowe systemy monitorowania i sterowania Stosowanie urządzeń energooszczędnych – np. oświetlenie Systemy rozliczeniowe Odnawialne źródła energii Termomodernizacja

4 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE
1. Niezawodność zasilania i koszty przerw w dostawie energii 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Agregaty prądotwórcze - Baterie akumulatorów - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) 3. Źródła energii w układach zasilania rezerwowego 4. Bateryjne zasobniki energii typu BES 5. Podsumowanie

5 Przebieg wydajności produkcji podczas wystąpienia przerwy w zasilaniu.
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Niezawodność zasilania i koszty przerw w dostawie energii Przebieg wydajności produkcji podczas wystąpienia przerwy w zasilaniu. ta – czas przerwy w zasilaniu, tae – zastępczy czas przerwy w zasilaniu określony na podstawie kosztów strat produkcyjnych, ts  – czas niezbędny do uruchomienia procesu technologicznego, Ee – standardowa wydajność rozpatrywanego procesu.

6 Typowe charakterystyki zależności kosztów przerw w zasilaniu
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Niezawodność zasilania i koszty przerw w dostawie energii Przykłady: 1 - przemysł chemiczny, papierniczy, 2 - handel detaliczny produktami nie psującymi się, 3 - system przetwarzania danych, 4 - ferma drobiu. Typowe charakterystyki zależności kosztów przerw w zasilaniu od czasu ich trwania.

7 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Urządzenia do podtrzymania zasilania Do istotnych parametrów urządzeń zasilania rezerwowego zalicza się: - moc i ilość zgromadzonej energii, - czas przełączania, czyli czas upływający od chwili zaniku napięcia na źródle zasilania podstawowego do chwili zasilenia odbiorów ze źródła rezerwowego, - maksymalny czas trwania zasilania rezerwowego, - sprawność, - koszt instalacji i utrzymania.

8 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Niezależna linia elektroenergetyczna - Agregaty prądotwórcze - Baterie akumulatorów - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) - Bateryjne zasobniki energii typu BES

9 - Agregaty prądotwórcze
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Agregaty prądotwórcze Rozwiązania agregatów prądotwórczych wyposażonych w koła zamachowe z zerowym czasem przełączania. a) z generatorem pracującym w normalnych warunkach zasilania jako silnik b) z generatorem napędzanym przez silnik elektryczny c) z generatorem napędzanym w normalnych warunkach pracy przez maszynę silnik/generator. 1 - silnik spalinowy lub turbina, 2 - sprzęgło elektromagnetyczne, 3 - koło zamachowe, 4 - generator synchroniczny przystosowany również do pracy jako silnik, 5 - generator, 6 - silnik elektryczny

10 a) układ z łącznikiem S b) układ bezprzerwowego zasilania
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Baterie akumulatorów Różne rozwiązania zasilania odbiorników prądu stałego z użyciem układów prostownikowych i baterii akumulatorów jako źródła rezerwowego a) układ z łącznikiem S b) układ bezprzerwowego zasilania

11 - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Podstawowa klasyfikacja układów UPS (IEC :1999, EN ) - VFD (output Voltage and Frequency Dependent from mains supply) - wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są zależne od parametrów napięcia zasilającego - VI (output Voltage Independent from mains supply) – wartość napięcia wyjściowego jest niezależna od parametrów napięcia zasilającego - VFI (output Voltage and Frequency Independent from mains supply) – wartość i częstotliwość napięcia wyjściowego są niezależne od parametrów napięcia zasilającego.

12 - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Klasyfikacja układów UPS w zależności od możliwości eliminacji wybranych zakłóceń w napięciu wejściowym.

13 MONOBLOKOWE CZY MODUŁOWE?
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania - Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) MONOBLOKOWE CZY MODUŁOWE? Możliwości zwiększenia mocy (up-grade)     Redundancja systemu        Możliwości serwisowania podczas pracy systemu

14 Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Możliwości zwiększenia mocy (up-grade)  Zasilacze klasyczne a) upgrade softwarowy - zwykle zasilacze softwarowo posiadają ograniczenie mocy, a dzięki odblokowaniu funkcji moc te można zwiększyć. Do tego jednak konieczna jest obecność inżyniera serwisu. W ten sposób można zwykle zwiększyć moc zasilacza max o 30% b) upgrade poprzez połączenie równoległe dwóch lub więcej jednostek. Ograniczeniem tutaj jest fakt, że możemy równolegle połączyć tylko jednostki o tej samej mocy. Otrzymamy w wyniku zwiększenie mocy dwukrotne lub wielokrotne, a więc często przekraczające nasze potrzeby. Metoda droga i nieelastyczna. Ponadto takiego połączenia równoległego może dokonać jedynie wyspecjalizowany serwis. Zasilacze modułowe Upgrade mocy w zasilaczach modułowych jest o wiele bardziej prosty i elastyczny. W zasadzie wszystkie zasilacze modułowe skonstruowane zostały w ten sposób, że użytkownik sam może dokonać Upgradu mocy poprzez umieszczenie w obudowie zasilacza dodatkowego modułu mocy. Ten sposób jest też bardzo elastyczny ponieważ samodzielnie zwiększamy moc o tyle modułów ile aktualnie potrzebujemy.

15 Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Możliwości zwiększenia mocy (up-grade)  Przykład - Zasilacze modułowe Dziś:  Za rok:  10 kVA 10 kVA kVA 10 kVA  kVA  Potrzebujemy moc 30 kVA Zwiększa nam się zapotrzebowanie na moc Stosujemy zasilacz UPS składający się Potrzebujemy już 40 kVA z 3 modułów o mocy 10 kVA Dokupujemy 1 moduł o mocy 10 kVA i umieszczamy go w szafie Uwaga! W istniejących już rozwiązaniach możliwe jest również zwiększenie ilości gniazd w zasilaczu. Użytkownik nie musi od razu przewidzieć o ile w przyszłości zwiększy się zapotrzebowanie na moc w jego systemie. Rozpatrując w dalszym ciągu nasz przykład, jeśli za dwa lata jego potrzeby wzrosną do 50 kVA to możemy doinstalować kolejne gniazdo.

16 Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Redundancja systemu Zasilacze klasyczne monoblokowe Redundancje może zapewnić tzw. System Pracy Równoległej W zasilaczach klasycznych rozwiązaniem zachowania redundancji jest połączenie zasilaczy monoblokowych w system pracy równoległej. Jest to jednak zabezpieczenie obarczone dużym zwykle nadmiarem mocy ponieważ możemy dołączyć równolegle jednostki o tych samych mocach, zatem bezpieczny system zasilania np. N+2 musi być parokrotnie przewymiarowany Np. Chcemy uzyskać redundancję dla UPS 40 kVA przy zachowaniu bezpieczeństwa N+2, musimy więc połączyć równolegle aż trzy zasilacze : UPS 40 kVA + 40 kVA + 40 kVA . Łączna moc systemu wyniesie aż 120 kVA !!!

17 Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Redundancja systemu Zasilacze modułowe Redundancje może zapewnić tzw. Centralny Bypass wykorzystywany w zasilaczach modułowych W zasilaczach modułowych bezpieczeństwo systemu możemy uzyskać bez takich nadwyżek mocy i w sposób o wiele łatwiejszy. W rozpatrywanym przykładzie takie samo bezpieczeństwo uzyskamy dokonując zakupu UPS-a składającego się z 6-ciu modułów każdy po 10 kVA. Zasilacz ma więc łączną moc 60 kVA i jesteśmy zabezpieczeni N+2, ponieważ bez względu który moduł ulegnie awarii pozostałe pracują nieprzerwanie. Sposób ten jest : tańszy, bezpieczniejszy, elastyczniejszy oraz łatwiejszy w instalacji.

18 Układy zasilania bezprzerwowego (UPS)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 2. Urządzenia do podtrzymania zasilania Układy zasilania bezprzerwowego (UPS) Serwis Zasilacze klasyczne monoblokowe Do usunięcia awarii w zasilaczach klasycznych niezbędne jest wezwanie wyspecjalizowanego serwisu. Przyjazd serwisu pochłania czas, usunięcie awarii jest często czasochłonne i niepewne. Czasem wręcz trzeba podstawić zasilacz zastępczy na czas naprawy. Zasilacze modułowe Serwis tego typu UPS-ów sprowadza się do wymiany modułu. Moduł taki użytkownik może mieć u siebie i wymienić go bez potrzeby wzywania serwisu. Jeśli nawet użytkownik dodatkowego modułu nie posiada to usunięcia awarii opóźni się o czas potrzebny na dostarczenie użytkownikowi modułu.

19 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 3
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 3. Źródła energii w układach zasilania rezerwowego Obecnie około 97 % wszystkich przerw w zasilaniu występujących w sieciach rozdzielczych średniego napięcia to przerwy, których czas trwania nie przekracza 3 sekund i trwa zwykle 0,3 do 3 sekund. Przerwy w zasilaniu trwające dłużej niż 3 sekundy, to jedynie około 3% wszystkich przerw, i są zwykle powodowane trwałymi zwarciami w urządzeniach sieci. Pojawia się potrzeba konstrukcji źródeł energii o następujących cechach: - duża pojemność energii, - niski stopień samorozładowania, - szybki przebieg ponownego ładowania, - umiarkowane wymagania dotyczące utrzymania, - wysoka sprawność, - możliwie wysoka dynamika obciążenia (oddania energii).

20 - Baterie akumulatorów
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Źródła energii w układach zasilania rezerwowego - Baterie akumulatorów - Koła zamachowe - Super-kondensatory - Nadprzewodnikowe magnetyczne zasobniki energii (SMES) - Sprężone powietrze Kompresyjne zasobniki energii (CAES) /CASE - Compressed Air Energy Storage/

21 - ograniczanie mocy szczytowej w węzłach sieci - rezerwa mocy
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/ Funkcje Bateryjnych Zasobników Energii w Systemie Elektroenergetycznym: - ograniczanie mocy szczytowej w węzłach sieci - rezerwa mocy - regulacja częstotliwości - regulacja napięcia - regulacja współczynnika mocy

22 Układ blokowy bateryjnego zasobnika energii typu BES
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/ 20 kV = STEROWANIE Układ blokowy bateryjnego zasobnika energii typu BES

23 Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/ Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh) - HERNE /Niemcy/

24 Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/ Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh) - Stanowisko baterii elektrochemicznych

25 Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh)
EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/ Przykład bateryjnego zasobnika energii typu BES (1,2MW/1,2MWh) - Szafy z urządzeniami przekształtnikowymi

26 4. Bateryjne zasobniki energii typu BES /Battery Energy Storage/

27 EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ W FIRMIE 5. Podsumowanie
1) Niezawodność zasilania to swego rodzaju kompromis pomiędzy zagrożeniami bądź stratami jakie mogą być skutkiem przerw w zasilaniu a kosztami środków i urządzeń, które mają takim przerwom zapobiegać. Jedną z konsekwencji tego kompromisu jest podział odbiorców na grupy czy kategorie w zależności od dopuszczalnego czasu trwania przerw w zasilaniu. 2) Układy rezerwowego zasilania dzieli się w zależności od: - wykorzystywanego źródła energii, - ilości akumulowanej energii, - czasu gotowości do pracy (pełnego obciążenia), - możliwego czasu obciążenia, - możliwości eliminacji różnorodnych zakłóceń w dostawie energii, - nowatorstwa rozwiązań.

28 „INTELIGENTNA ENERGIA.
SZKOLENIE: „INTELIGENTNA ENERGIA. EFEKTYWNE ZARZĄDZANIE ENERGIĄ W PRZEDSIĘBIORSTWACH” Wrocław, 14 maja 2009 Dziękuję za uwagę Dr inż. Kazimierz HERLENDER Politechnika Wrocławska, Instytut Energoelektryki