Fly wheel UPS - conversion of a generator
הסבת דיזל גנרטור למערכת אל- פסק סובב
AFEKA PR ME DE IE TJ 163 163 25 Power resources
הוגש ע"י
Submitted by
מנחה
Advisor
תמצית
מערכת UPS סובבת היא מערכת הבאה ליצור מצב שאין הפסקת חשמל אפילו לעשירית שניה. המערכת מבוססת על גנרטור , מנוע חשמלי וגלגל תנופה.המערכת בנויה לתת מענה למערכות גדולות או בעלות רגישות לשינויי מתח ותדר.עוד...
Abstract
Flywheel energy storage systems store kinetic energy (i.e. energy produced by motion) by constantly spinning a compact rotor in a low-friction environment. When short-term back-up power is required (i.e. when utility power fluctuates or is lost), the rotor's inertia allows it to continue spinning and the resulting kinetic energy is converted to electricity.Flywheel Technology integrates the function of a motor, flywheel rotor and generator into a single integrated system. The motor, which uses electric current from the utility grid to provide energy to rotate the flywheel, spins constantly to maintain a ready source of kinetic energy. The generator then converts the kinetic energy of the flywheel into electricity. This integration of functionality reduces the cost and increases product efficiency. more
Zvi Schwartzman
Alternatives חלופות ומצב קיים
סקירת מערכות קיימות בשוק:
ניתן לחלק את המערכות המספקות חשמל חילופי בזמן הפסקת חשמל למספר סוגים שונים:
א. מערכת רגילה, המספקת חשמל כ 7-10 שניות מרגע הפסקת החשמל ברשת חברת החשמל (לדוגמת גנראטור חדיש בעל לוח חשמל ובקרה מתאים ).
ב. מערכת SHORT BREAK , המספקת חשמל כ 2-4 שניות מרגע הפסקת הספקת החשמל ברשת חברת החשמל.
ג. מערכות המספקות חשמל ללא שום הפסקת חשמל ((NO BREAK הנקראות מערכות אל-פסק מסוגים שונים .
U.P.S-UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY
מערכות מהסוג הראשון משמשות בד"כ לאספקת חשמל לצרכנים כגון: מעליות , תאורה, מזוג אויר ,מפעלים ,בנייני מגורים וכיו"ב . מופעלות בד"כ ע"י גנראטור שזמן התגובה שלו הוא כ 7-10 שניות מרגע "נפילת" הרשת , וקבלת הפקודה לגנראטור להיכנס לעבודה , ועד שהגנראטור מסוגל לקחת את כל העומס עליו.
מערכת מהסוג של - SHORT BREAK דומה מאוד מבחינה טכנית למערכת מהסוג הראשון אולם קיימים בה מספר שינויים המאפשרים התנעה מהירה של הדיזל גנראטור והתייצבות מהירה של המתח ולקיחת העומס מהר יותר .
ואלו הם:
א. במקום להניע את המנוע בעזרת סטרטר אחד משתמשים בשניים.
ב. מחממים את מנוע הדיזל כל הזמן.
ג. סחרור שמן
ד. גלגל תנופה קטן (אופציונאלי).
השינויים הנ"ל הקיימים במערכת SHORT BREAK , מאפשרים לקצר את זמן הפסקת חשמל.
***למערכות שאינן סובלות הפסקה כלל צריך אל-פסק כלשהו :
את מערכות האל-פסק ניתן לחלק לשני סוגים עקריים.
האחד מערכת אל-פסק סטטית.
השנייה מערכת אל-פסק דינאמית/ רוטטיבית (סובבת) .
עקרון פעולה של מערכת אל-פסק סטטי מסוג זה הוא: מתח הרשת מומר ע"י מיישר למתח D.C
מתח זה משמש לטעינת מצברי ניקל קדיום . הזרם הישר מומר לזרם חילופין ע"י אינוורטור .
(ממיר ממתח DC למתח (ACוזה מסופק לצרכן.
הבעיה במערכת זו היא שמתח החילופין המסופק לצרכן אינו סינוס נקי הוא בנוי מ- 4 עד12 מדרגות במה שמכונה גל מרובע.
החיסרון הגדול ביותר של מערכות סטטיות אלו הוא בכך שהם דורשות מספר רב של מצברים כאשר כל מצבר תופס נפח גדול יחסית (600x300x500 מ"מ) ומייצר 6V-24V ( אנו זקוקים למתח של 400V ולכן נזדקק ל100- 200 מצברים, 400 נעלי כבל ו-200 חוטי חיבור שחלקם יחוברו בטור וחלקם במקביל כדי להעלות גם את הזרם ), לכן נזדקק לחדר מצברים גדול מאוד.
יש לדאוג לאחזקתם השוטפת (אחזקה יום יומית) של המצברים שאם לא כן נתק באחד החיבורים ימנע הפסקת חשמל שותפת בשעת הצורך. נוסף לכל החסרונות אלו למרות הנפח הגדול של המצברים ועלותם היקרה מאוד, נוכל לספק מתח לרשת לזמן מאוד קצר (10-15 דקות למערכות גדולות ו30 דקות למערכות קטנות).את המצברים יש להחליף כל 2-5 שנים,תלוי במידת השימוש והאחזקה.
למרות האמור לעיל יש כיום מערכות אל-פסק כאלו המצוידות במצברים חדישים וטובים למדיי ומארזים הנוחים לטיפול ואשר חוסכים מקום ונפח .
מערכות כאלו נותנות מענה טוב כאשר ההספק לא רב ומערכת האל-פסק
ממוקמת קרוב מאד לצרכנים .
הבעיה המרכזית היא שמערכות אלו אם אינן מגובות בגנראטור ייתנו מענה לזמן קצר יחסית – 10-30 דקות .
חסרון נוסף (וקריטי לעיתים) נובע מכך שגל הסינוס המיוצר אינו נקי "וחלק" ולכן גורם להפרעות ול"לכלוך" הרשת של המתקן /מפעל וכו.
הפתרון המוצא על ידי הוא מערכת אל-פסק רוטטבית שאמורה לפתור את הבעיות שהוצגו לעיל .
אופן פעולה של מערכת אל-פסק רוטטבית
בזמן עבודה רגילה הצרכנים מקבלים מתח ישירות מרשת חברת החשמל.
כמו כן מסופק מתח למנוע המסובב גנראטור סינכרוני המייצר מתח סינוסדלי ((AC נקי שיועבר לצרכנים הקריטיים שאינם סובלים הפסקות חשמל כאשר המתח מהרשת ייפסק.
ישנה האפשרות שהצרכנים הללו יקבלו את המתח מיחידת האל-פסק באופן ישיר כל הזמן (יעילות של מנוע חשמלי היא 97% ולכן אין הפסד מכני רב).
היתרון הוא שכאשר הצרכנים מקבלים את המתח על ידי הגנראטור הסינכרוני והם גם מופרדים גלוונית מהרשת ולכן אינם סובלים מהפרעות ברשת כגון:
א. ספייקים וירידות/עליות תדר.
ב. במידה וישנו שנאי שמחוברים אליו גם ציוד רגיש וגם ציוד תעשייתי הצורך זרם גבוהה, הציוד הרגיש יסבול מנפילות מתח רבות עקב פעולתו של הציוד התעשייתי מאותו שנאי.
ג. אין כל סכנה לצרכנים הקריטיים שהם בדר"כ עלולים להנזק בשל תופעת ה-RECLOSING ברשת חברת החשמל.
בזמן הפסקת חשמל מתנתקים הצרכנים החיוניים מהמעגל, וסובלים מהפסקת חשמל למספר שניות, (2-4 שניות SHORT BREAK ), עד אשר יונע מנוע הדיזל שימשיך לסובב את שתי מכונות החשמל (הצרכנים החיוניים מתנתקים מהרשת ברגע הפסקת חשמל ברשת חברת חשמל ומתחברים שנית רק לאחר התייצבות המתח במכונה הסינכרונית הראשונה).
באותו זמן קצר שעובר מרגע הפסקת החשמל ברשת חברת החשמל ועד הרגע בו מנוע הדיזל מניע את מכונות החשמל יש לדאוג להספקת מתח רציפה לצרכנים הקריטיים. את זאת נעשה על ידי כך שנמשיך לסובב את ציר שתי מכונות החשמל הסינכרוניות ע"י גלגל תנופה כלשהו.
קיימות מספר שיטות להמשיך לסובב את המכונות ואלו הן: שיטה ראשונה מבוססת על עקרון של חיבור גלגל תנופה גדול לציר המחבר את מנוע הדיזל למנוע החשמלי והאלטרנאטור. כאמור המנוע החשמלי מסובב(כאשר יש מתח ח"ח) את הציר עם גלגל התנופה והאלטרנאטור ב 1500RPM וכאשר נופל מתח הרשת המתח מסופק ע"י האלטרנאטור שממשיך להסתובב מכח גלגל התנופה.עד אשר ייכנס דיזל הגנרטור לפעולה תהיה ירידה קטנה בתדר לזמן קצר מאד( התדר ירד לערך של כ 48HZ).
השיטה השנייה : בשיטה זו משתמשים בגלגל תנופה קטן בהרבה מהקודם וכמו כן משתמשים במערכת הידראולית אשר תשמור על לחץ של כ-200 אטמוספרות בתוך מיכל שמן-אקומולטור מרגע ניתוק החשמל מהרשת עד התנעת מנוע הדיזל, יתבצעו מספר שלבים המתוארים לעיל:
ראשית עד אשר תכנס המערכת ההידראולית לפעולה, יסובב גלגל התנופה לזמן קצר (2-3 שניות) את מכונות החשמל. מיד לאחר מכן תמשיך לסובב את המכונות המערכת ההידראולית עד אשר יונע הדיזל גנראטור.
כאשר יונע הדיזל גנראטור ויגיע לערכים נקובים (מהירות ומתח), יתחבר הוא למערכת ובו זמנית תתנתק המערכת ההידראולית מציר מכונות החשמל.
בשיטה זו נקבל ירידה קטנה מאוד של התדר (התדר ירד ל כ- 49.5hz ).
שיטה של PILLER : חברת PILLER מייצרת אל פסק ללא מצברים ועם גנרטור לגיבוי המבוסס על מוטורגנרטור עם גלגל תנופה קטן וקונוורטורים.
לא נפרט כאן את כל השיטה אלא יצורף החומר הטכני לספר הפרויקט .
אפשרות נוספת היא לסובב גלגל תנופה קטן מהר מאד למהירות של כ 10000 סל"ד ולווסת את התדר והמתח בצורה אלקטרונית .
חברת HITEC POWER PROTECTION מהולנד מייצרת אל פסק ללא גלגל תנופה אך עם אלטרנטור מיוחד אשר בו הרוטור מסתובב ב 3000RPM והסטטור (שבד"כ הוא סטטי) מבתובב
במהירות של 1500RPM ומשמש בעצם כ – גלגל תנופה וע"י כך המערכת מספקת את המתח הדרוש
לצרכנים במקרה של הפסקת חשמל ועד שהדיזל גנרטור נכנס לפעולה מלאה.
חישוב של עלויות מקורבות להסבה אל מול עלות של אופציות אחרות
1. אל פסק סטטי – עפ"י הצעת מחיר של חברת גמאטרוניק כל KW100 יעלה כ-16,000$ +צריך להוסיף לוח סנכרון ראשי במחיר של כ-10,000$.
2. אל פסק סובב המבוסס על הסבת גנרטור KVA500 (המחיר ללקוח של גנרטור בהספק כזה כולל לוח חשמל ובקרה ו CHANGEOVER הוא כ 70,000$)
העלות המשוערת לפי מכלולי המערכת (הערכת העלות בוצעה בעזרת מנכ"ל טלמניע בע"מ – חברה שבנתה כ-15 יחידות כאלו) :
לוח סנכרון – 12,000$
מנוע חשמלי בהספק מתאים לסבוב גלגל התנופה והאלטרנטור – 5000$
מסבים ובתי מסב – 10,000$
גלגל תנופה – 2500$
מצמד – 8000$
תכנון ועבודה 40,000$ - 50,000$
3. אל פסק המבוסס על סיבוב מהיר של גלגל תנופה (ללא דיזל גנרטור המחובר ישירות) ומנוע חשמלי ואלטרנטור ומיישרים שונים (כי התדר לא יהיה HZ50 עקב הסיבוב המהיר של גלגל התנופה).
אין לי הערכת מחיר מדויקת למערכת זו אך להערכתי בהחלט ייתכן שהעלות תהיה בין שתי
האופציות הקודמות.
4. הערכת מחיר של אל פסק של חברת HITEC להספק של KW500 : כ- 150,000$-200,000$ תלוי באפליקציה המוזמנת.
תקציר
נכון להיום סובל המשק הישראלי מסה"כ 3%-5% שעות של הפסקות חשמל מכלל השעות בשנה.
כמו כן יש לעיתים (די קרובות למעשה ) "נפילות " מתח וירידה בתדר מתחת ל 50HZ – נושא שמפריע למערכות רבות , ארגונים וחברות .לכן ישנם ארגונים שצריכם מענה לבעיות אלו :
מפעלים שבהם יש תהליכים שהפסקתם גוררת הפסדים רבים, מרכזי מחשבים של בנקים , תאורת מסלולים בשדות תעופה , בסיסי צבא שונים (הגנה אווירית של ישראל,למשל ) וכו יש צורך לשמור על רציפות אספקת החשמל גם כאשר מתרחשת הפסקת חשמל.גנראטור רגיל אינו נותן מענה למערכות שרגישות לנפילות המתח ולהפסקות חשמל כלשהן כיוון שהזמן ש"לוקח" לגנראטור להיכנס לעבודה מלאה ולהיות מסוגל "לקחת עומס " הוא לא פחות מ 10 שניות וזה זמן שבו יאבד מידע במחשב / מכ"מ או ייגרם מצב שבו יהיה חושך במסלולי הנחיתה בשדה תעופה. ייתכן מצב שבו מפעל שאינו יכול "לסבול " הפסקת חשמל כיוון שתיגרם הפסקה בתהליך הייצור ייאלץ לסבול הפסד זה ללא מערכת מתאימה
בשעת הפסקת חשמל ניתן לחלק את הצרכנים למספר סוגים עיקריים ואלו הם:
א. צרכנים שסובלים הפסקות חשמל ללא נזקים משמעותיים.
ב. צרכנים חיוניים- צרכנים שיכולים לסבול הפסקה בחשמל של מספר שניות או דקות וחלקם מגובים ע"י גנרטורים חרום.
ג. צרכנים קריטיים – צרכנים שאינם סובלים הפסקות חשמל כלל ,ולו גם לשבריר שנייה.
בפרויקט זה יבוצע תכנון של מערכת אל פסק לצרכנים קריטיים
Abstract
Continuous PowerIn many circumstances, the end user of critical power has a strong desire to eliminate the requirement for electrochemical batteries due to environmental restrictions, maintenance concerns and/or limited space. If the power quality configuration includes a standby engine/generator for long-term protection, a flywheel energy storage system is well suited for providing power until the start and synchronization of the genset.
flywheel-based systems provide ride-through power for the majority of power disturbances, such as voltage sags and surges, and bridges the gap between a power outage and the time required to switch to generator power.
Flywheel energy storage systems store kinetic energy (i.e. energy produced by motion) by constantly spinning a compact rotor in a low-friction environment. When short-term back-up power is required (i.e. when utility power fluctuates or is lost), the rotor's inertia allows it to continue spinning and the resulting kinetic energy is converted to electricity.
Flywheel Technology integrates the function of a motor, flywheel rotor and generator into a single integrated system. The motor, which uses electric current from the utility grid to provide energy to rotate the flywheel, spins constantly to maintain a ready source of kinetic energy. The generator then converts the kinetic energy of the flywheel into electricity. This integration of functionality reduces the cost and increases product efficiency.
מבנה של דיזל גנרטור
מבנה כללי של דיזל גנרטור
במערכת אל-פסק זו קיים כאמור דיזל גנראטור ולכן נתאר את עקרון פעולתו של דיזל גנראטור.
מבנה כללי של דיזל גנרטור:
דיזל גנראטור כולל בתוכו מנוע דיזל ומכונה סינכרונית ללא מברשות (המעוררת בעירור עצמי על ידי אלטרנאטור Aс ומי ישרים שיוצרים את זרם השדה.)
דיזל גנראטור כולל בתוכו מערכת קירור נפרדת,ומערכות אוויר ודלק נפרדות.לדיזל גנראטור קיים מיכל דלק שלו ושתי מערכות חשמל:מערכת זרם ישר ומערכת זרם חילופין.מערכת זרם ישר כוללת מערכת התנעת הדיזל גנרטור (סטרטר),מצברים להזנת המתנע,מטען מצברים וכל הגנות הדיזל.מערכת זרם החילופין היא בעיקר למעגל הכוח של המכונה החשמלית.
על הדיזל גנראטור בקר יעודי שמבצע התנעה,הדממה,עצירת חירום ובודק את כל המערכות שונות של דיזל גנראטור כגון:שמן,מים,דלק,טמפרטורה,תדר, מתח,שעות עבודה,מספר התנעות, מגענים ומצבם.
כמו כן בלוח גנראטור נמצאת גילוי הספק חוזר ( .(R.P.R
על פעולת סנכרון שולט בקר הסנכרון (על כל האמצעים המוזכרים לעיל ראה הסבר המשך הספר).
מבנה המנוע הדיזל:
המנוע כולל מערכת עיקריות:
מערכת דלק,מערכת שמן,מערכת אוויר ומערכת מים.
מערכת דלק: בעלת מסנן ראשי,משאבת דלק ומסנן משני על מנת לשמור על המערכת דלק נקייה מלכלוך.כמו כן כוללת מערכת הדלק המעגל של מרססים(מזרקי דלקFUEL INGCTORS ).
מערכת שמן:
כוללת אגן שמן,משאבת שמן,מסנני שמן וצינורות שמן המובילים את השמן לחלקים הנעים כגון:המסבים וגלגלי השיניים.
מערכת האוויר:
כוללת מסנן אוויר, אינדיקאטור לבדיקת מצב המסנן (חיישן תת לחץ),במנוע של שתי פעימות יש גם מגדש אוויר.במנוע עם קירור האוויר יש גם מפוח אוויר שיותר זרימת אוויר דרך ראש המנוע על מנת לקרר אותו.
מערכת המים:
הדיזל מקורר על ידי מערת מצנן(ראדיאטור)עם מאוורר דוחף,המערכת מצוידת במשאבת מים צנטריפוגלית,וטרמוסטת השומר על חום המנוע בגבולות מסוימים.כאשר המנוע קר וטמפרטורת המים נמצאת מתחת לטמפרטורת תפעול,מי הקירור לא יעברו דרך המצנן אלא,דרך צנרת עוקפת המאפשרת זרימת מים עד להתחממות המנוע לטמפרטורת תפעול.
עקרון פעולה של מנוע דיזל
בעקרון מנוע דיזל פועל על יניקת אוויר ודחיסתו.התזת דלק שכתוצאה מהתחממותו נוצרת התלקחות שמבצעת דחיפה של הבוכנה כלומר עבודה ולבסוף פליטה. ארבעה שלבים אלו יכולים להתחלק לשני זוגות או ארבעה שלבים בודדים- מנוע שתי פעימות או מנוע ארבע פעימות.
דף נתונים המפורט של הגנרטור:
קישור --
http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/שם הקובץ: g5159_kohler500.pdf
באותו קישור ניתן למצוא את שרטוטי הדיזל גנרטור.שם הקובץ הינו : adv6459_kohler.pdfהגנרטור מגיע עם בקר יעודי שמספק היצרן.
הקובץ נימצא באותו קישור תחת השם: bakar.pdf
כמו כן מצורף דף ה-SPEC של הרכיב הנקרא pick-up, שאחראי על ספירת סיבובי המנוע והאלטרנטור, כדי ליצור מצב שאין סטייה מ RPM1500 וכן לא יהיו שינויי מתח ותדר.
קישור: http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/שם הקובץ: pik.pdfהסבר מפורט על פעולת ה pick-up-ניתן למצוא בספר הפרויקט
BAABER CLMAN ווסת מהירות מתוצרת חברת
תפקיד ווסת המהירות הוא לשמור על המהירות קבוע מוגדרת בגבולות מסוימים של סטייה.
מבנה ווסת הוא פשוט יחסית והולך ומסתבך ככל שאני דורשים מהווסת תגובה מהירה יותר ומדויקת יותר.
אני שולטים על מהירות המנוע על ידי כמות הדלק המסופקת אל מנוע ביחס ישר.
בכדי לשלוט ולבקר על מהירות המנוע אנו זקוקים לשני נתונים חיוניים והם:
א.מהי המהירות המקסימאלית הרצויה לנו מהמנוע.
ב.מהי מהירות המנוע בכל רגע ורגע.
ולכן אנו חייבים להוסיף חיישן מהירות שימדוד את מהירות המנוע בכל רגע ורגע,
וכמו כן יש לתת אות כנסיה של מהירות הרצויה
מבנה המערכת עם חיישן מהירות חיישן המהירות מורכב בד"כ ממגנט כלשהוא הממוקם מעל גלגל שיניים המסתובב יחד עם ציר המנוע.כאשר גלגל השינים עובר מתחת לפני החיישן עצמו אנו מקבלים במוצא המגנט (מחוברים למגנט חוטי חשמל),גל חילופין כלשהוא,שתדירותו תלויה במהירות גלגל השיניים שהיא למעשה מהירות הרצויה נתון גם הוא במתח ישר.
אמפליטודת האות היא יחסית למהירות הרצויה.להלן מאותר מבנה של חיישן המהירות וצורת מתח החילופין המתקבלת ממנו.
תאור מבנה של חיישן מהירות ואות מוצא את שלו:
לווסת המהירות קיים "מפעיל",והוא זה ששולט על כמות הדלק שיוזרם למנוע על ידי משאבת הדלק (יחסית לעומס). ישנם שני מצבי פעולה קיצוניים.כאשר יש עומס ואז צריכת הדלק היא מכסימלית, ומצב שני הוא כאשר אין עומס ואז צריכת הדלק היא מינימאלית.
מצבים קיצונים של המפעיל.
השאלה הנשאלת היא:אם המהירות הנמוכה מהערך הרצוי כמה אנו צרכים להגדיל את כמות הדלק המסופקת למנוע ולהיפך?הגיוני יהיה אם נשנה את כמות הדלק מעט כשאר שגיאת המהירות תהיה קטנה ולהיפך. בכדי לדעת את גודל השגיאה נזדקק בקרה עם משוב- מערכת בחוג סגור בעלת משוב שלילי.מערכת זו תתקן את השגיאה
ותייצב את האלמנט המבוקר כלומר מהירות המנוע.
מעגל ההגבר מגביר את אות השגיאה המתקבל מהשוואת שני האותות (אות המהירות הרצויה ואות המהירות העכשווית).כאשר ההגבר גדול,אות השגיאה המתקבל גדל וגורם לתגובה מהירה של הווסת.כאשר ההגבר נמוך.אות השגיאה המתקבל קטן ותגובה לשינוי המהירות היא איטית.ההגבר ניתן לכיוון בהתאם למהירות שבה אנו מעוניינים שהמערכת תגיב ותתייצב.
אותות מוצא המגבר במצבים שונים.
במגבר פרופורציונאלי הקיים במערכת קיימת תמיד סטייה מסוימת (שגיאה) מהערך הרצוי מפני שהווסת משנה את כמות הדלק המועברת למנוע בהתחשב עם השגיאה.זה טבעו של בקר P
הווסת אינו יכול להמשיך ולתקן את מהירות עד אשר לא תהיה סטייה כלשהי מהמהירות הרצויה ולכן תמיד בעומס נקבל שגיאה מסוימת.
השגיאה המתקבלת במוצא המגבר.
בכדי להגיע לשגיאה אפסית (או כזו שתהיה זניחה) נוכל לחבר במקביל לבקר הפרופורציונאלי בקר אינטגראלי I. תוספת זו תגרום לשגיאת המהירות "לשאוף" לאפס. ציור שלמטה מציור מתאר סכימת מלבנים של מערכת בקרת המהירות עם בקר פרופורציונאלי ואינטגראלי.
גודל השגיאה בבקר PI
> G:=1; H:=Kb*Kc*(1+1/Ti/s)/(1+tau*s);
> collect(simplify(E/R=G/(1+G*H)),s);
> limit( s*1/s*G/(1+G*H) ,s=0);
OUT / LOAD : שגיאה ביציאה כתגובה ל"מדרגת עומס"
> G:=K[L]*Kc/(1+tau*s)*Kb; H:=(1+1/Ti/s);
> collect(simplify(E/L=G/(1+G*H)),s);
> limit( s*1/s*G/(1+G*H) ,s=0);
Aims מטרות
המערכת בסופו של יום אמורה להביא למצב שאין הפסקה באספקת החשמל אפילו לא לחלקיק שנייה.
אספקת החשמל תהיה בזרם חילופין בתדר 50HZ (אפשר גם HZ60) .עקב האטת גלגל התנופה
התדר עשוי לרדת ל-47-48 HZ בלבד לכמה שניות עד לכניסת הדיזל לעבודה מלאה.
כאשר יש אספקה של חשמל מהרשת(כלומר ח"ח לצורך העניין) דיזל הגנרטור יהיה מנותק ע"י מצמד
וגלגל התנופה יסובב ע"י מנוע חשמלי, "שישב" על הציר או מעל האלטרנטור , במהירות של 1500RPM כדי לספק HZ50 מהאלטרנטור.
כאשר תתרחש הפסקת חשמל המערכת תזהה זאת מבעוד מועד (פחות משניה לפני "שייפול הזרם, ותבצע כמה פעולות בזמן הנ"ל : 1. ניתוק המנוע החשמלי מהרשת. 2.העברת הצרכנים לעבודה
על בסיס האל-פסק. 3. מתן פקודה למנוע הדיזל להניע בנוהל חרום(הנעה מהירה במיוחד).
הצרכן אינו יודע שהפסקת חשמל התרחשה כיוון שהחשמל מסופק אילו ע"י מערכת האל-פסק.
דבר זה מתאפשר כיוון שהגלגל תנופה מסתובב (כאמור סיבבנו אותו כל הזמן) מכוח האינרציה
עקב משקלו הרב.
למנוע הדיזל ייקח פרק זמן של כ 6-8 שניות כדי להגיע למהירות מתאימה כדי שיוכל להתחבר ע"י
המצמד לציר של גלגל התנופה והאלטרנטור.מערכת הבקרה תדאג לחברו ברגע שיגיע הנ"ל.
פעם שמנוע הדיזל חובר ע"י המצמד המערכת הופכת להיות בעצם דיזל-גנרטור "רגיל" שיכל
לספק חשמל ככל שיידרש (ומיכל הדלק מאפשר).
:בחירת גודל המערכת – ההספק של מערכת האל-פסק שצריך הלקוח
אני אבחר לתכנן מערכת בגודל של
500KVA כלומר 400KW.
גודל זה נבחר כי הוא ייתן אפשרות להשוואה טובה בין החלופות השונות וביצוע חישובי
כדאיות של עלות הציוד , האחזקה,ביצועי המערכת וכו.
כיוון שלמערכות אל פסק סטטיות אין כושר התנעה אני אבחר שללקוח יש מכונות יחסית
גדולות שביחד צורכות ,כאמור
720A (KW400).
עפ"י חישובי העלויות והיתרונות והחסרונות אני אבחר לפי איזו שיטה לתכנן את מערכת האל-פסק .
תכנון ראשוני
בחירת הגנרטור (דיזל גנרטור – מנוע+אלטרנטור)
הבסיס של מערכת האל פסק הוא הדיזל גנרטור.
כיוון שמערכת האל פסק היא מערכת גיבוי, האל פסק צריך להיות אמין מאד, אחרת למה לקנות אותו?
כדאי לקנות מנוע בעל יכולות התנעה מהירה מאד ויכולת "לקחת" עומס מלא ב"מכה" אחת מייד כאשר הוא מגיע למהירות הנדרשת – 1500 RPM ללא ירידה משמעותית במהירות כאשר הוא לוקח את העומס.
חשוב לקנות את הגנרטור מחברה ידועה ורצינית אשר תוכל לספק לנו חומר טכני ותמיכה ברמה גבוהה, כיון שאנו מתכוונים לעשות שינויים ביחידה ולא רק להפעילה באופן רגיל ופשוט.
את הגנרטור אנו נקנה מחברת KOHLER USA.
חברת KOHLER היא חברה פרטית ענקית בארה"ב ויש לה סניפים באירופה ונציג בישראל כבר 20 שנה.
החברה ותיקה, מעל 100 שנה, ונחשבת ליצרנית מובילה בתחום הגנרטורים.
לקנות גנרטור KOHLER משול לקניית מרצדס, כלומר The best money can buy , וכיוון שאנחנו מתכננים מערכת גיבוי אסור לחסוך ברכיב זה במערכת שהוא ליבת המערכת.
הגנרטור המוצע מורכב ממנוע של MTU/Detroit Diesel היכול לקבל את כל העומס הנקוב בבת אחת KW400\KVA500 . המנוע מצויד בבקר אלקטרוני מסוג DDEC השומר על תדר קבוע
(כדי לקבל 50HZ ) ומהירות של RPM1500.
השינוי בתדר ובמהירות ממצב ללא עומס לעומס מלא היא רק 0.25% (ראה דף SPEC מצורף).
המנוע נחשב כמנוע מודרני ויעיל בעל צריכת דלק נמוכה. המנוע נפוץ וחלקי החילוף אינם יקרים
וקלים להשגה.
האלטרנטור יכול להגיע מכמה חברות מובילות (נקבע ע"י KOHLER), כגון: AVK, KATO, STAMFORO או LEROYSOMER.
האלטרנטורים מהחברות הנ"ל נחשבים הטובים ביותר. אנו נתייחס לאלטרנטור ככזה שנקנה
מ- LEROYSOMER.
כאמור בעיקרון נתון זה ניקבע ע"י מרכיב הגנרטור, כלומר KOHLER.
הנתונים החשובים לגנרטור הם: יציבות התדר והמתח שלו.
במקרה שלנו היציבות היא 0.25% ממצב של ללא עומס לעומס מלא.
שאר נתוני האלטרנטור מצויים בדף הנתונים המפורט של הגנרטור:
קישור -- http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/שם הקובץ: g5159_kohler500.pdf
באותו קישור ניתן למצוא את שרטוטי הדיזל גנרטור.שם הקובץ הינו : adv6459_kohler.pdfהגנרטור מגיע עם בקר יעודי שמספק היצרן.
הקובץ נימצא באותו קישור תחת השם: bakar.pdfכמו כן מצורף דף ה-SPEC של הרכיב הנקרא pick-up, שאחראי על ספירת סיבובי המנוע והאלטרנטור, כדי ליצור מצב שאין סטייה מ RPM1500 וכן לא יהיו שינויי מתח ותדר.
קישור: http://highlearn.afeka.ac.il/users/www/12392/פרוייקט%20סיום%20לימודים/שם הקובץ: pik.pdfהסבר מפורט על פעולת ה pick-up-ניתן למצוא בספר הפרויקט.
גלגל התנופה
את גלגל התנופה נחשב למשקל שיוכל לסובב את הציר בתוך האלטרנטור (רוטור) במהירות של RPM1500, וכשאין חשמל גלג התנופה יספק את האנרגיה כדי שהאלטרנטור יוכל לספק חשמל ולכן חשוב שהגלגל יאט רק עד RPM1350 וכל זאת כדי שהתדר לא ירד משמעותית מתחת ל50HZ.
דיזל הגנרטור אמור להיכנס לעבודה תוך פחות מ-8 שניות, אך הגלגל מחושב למשקל שיספיק ל-10 שניות ללא "עזרה" של הדיזל גנרטור.
גלגל התנופה ייוצר מפלדה. חשוב שהגלגל יהיה חרוט בדיוק גבוה ככל האפשר ויבוצעו בו איזונים סטטיים ודינאמיים.
עקב משקלו הרב (יכול להיות כ-2-3 טון) כל "זריקה" תגרום לרעידות לכל המערכת ובסופו של דבר ייגרם שבר שישבית את המערכת.
לכן חריטה מדוייקת של גלגל התנופה + הציר שהגלגל יושב עליו היא פעולה קריטית לפעילות התקינה של המערכת. flywheel-based systems provide ride-through power for the majority of power disturbances, such as voltage sags and surges, and bridges the gap between a power outage and the time required to switch to generator power.
Continuous Power
In many circumstances, the end user of critical power has a strong desire to eliminate the requirement for electrochemical batteries due to environmental restrictions, maintenance concerns and/or limited space. If the power quality configuration includes a standby engine/generator for long-term protection, a flywheel energy storage system is well suited for providing power until the start and synchronization of the genset.
Power Quality Improvement
Due to the phenomenon of the vast majority of power quality events having a duration of only a few seconds, some power users have the opportunity to improve the quality of their power in all but long-term outage situations with minimal cost and space outlays. Batch or process manufacturing sites with a history of short-term power glitches or sags (which have remained unprotected due to the high costs or space requirements of traditional energy storage) are ideal applications for high-power flywheel systems.
