بخشی از مقاله
چکیده - رواج انرژیهای تجدیدپذیر و افزایش روزافزون سهم این منابع از تولید انرژی ازیکطرف و دارا بودن قابلیت عملکرد منفصل از شبکه از طرف دیگر، منجر به نفوذ این منابع در عرصههای مختلف ازجمله صنعت آسانسور شده است. بهطوریکه امروزه شاهد سیستمهای آسانسور با تغذیه توسط انرژی خورشیدی، در مقیاسهای صنعتی و عرضه آن به بازار هستیم. در مواردی که این منابع بهصورت منفصل از شبکه به کار گرفته میشوند، سیستم ذخیرهسازی انرژی جز لاینفک این ساختار میباشد.
همچنین می‌دانیم که در ساختمان آسانسور از موتورهای الکتریکی دارای مشخصه-- regenerative energy استفاده میشود کهمعمولاً برای سهولت کنترل و افزایش سرعت پاسخدهی است، این انرژی در مقاومتی به نام مقاومت ترمزی تلف میشود و این اتلاف کاهش بهرهوری سیستم را به دنبال دارد. جذب این انرژی یک از راههای افزایش بهرهوری میباشد. با توجه به ماهیت این انرژی، در این مقاله ما ساختاری را ارائه میدهیم تا بتوانیم انرژی آنی تولیدشده در لحظات ترمزی را بهآسانی جذب، ذخیره و در زمان مناسب بکار گیریم.
-1 -1 مقدمه
در صورت عدمتغییر هرگونه خطمشی، آژانس بینالمللی انرژی یک افزایش 70 درصدی در مصرف نفت و یک افزایش 130 درصدی در انتشار گاز دیاکسید کربن و بهتبع آن افزایش 6 درجه ای در متوسط دمای جهانی تا سال 2050 را پیشبینی میکند. برای کاهش میزان جهانی انتشار گاز دیاکسید کربن تا سال 2050 به میزان سال 2008، نیازمند سرمایهگذاری 17 تریلیون دلاری هستیم. این رقم معادل سالانه 14 میلیارد دلار سرمایهگذاری در بخش تکنولوژی انرژیهای پاک تا سال 2050 است.
تحقیق، گسترش و تجاریسازی تکنولوژیهای کارآمد این انرژی، علاوه بر سرمایهگذاری قابلتوجه بخش خصوصی، نیازمند توجه و تعامل بخش دولتی نیز میباشد. مقررات جدید و سختگیرانهتر، وجود انگیزههای دولتی و تغییر در افکار عمومی ازجمله فاکتورهای دیگری هستند که باعث تسریع بکارگیری این فناوری میشوند. از اینرو نیاز به گسترش بکارگیری انرژیهای پاک، در جای جای این کره خاکی به شدت احساس میشود.
امروزه تحقیقات زیادی در زمینه تامین توان مصرفی اماکن مختلف از طریق انرژیهای پاک و بهصورت منفصل از شبکه در حال انجام است. در ساختمانهای امروزی آسانسور یکی از مصرف کنندههای عمده انرژی میباشد که با اضافه شدن منابع انرژی پاک به تامینکنندگان انرژی این بخش میتوان تاثیر بزرگی در افزایش بهرهوری کل مجموعه داشت. توان مصرفی آسانسور، میتواند به دو صورت جزئی از توان تولیدی و یا کل توان تولیدی از طریق انرژیهای تجدیدپذیر، در محل باشد.
لذا افزایش بهرهوری در سیستم آسانسور میتواند نقش بسزایی در کاهش هزینهها و رواج بیش از پیش منابع انرژی پاک داشته باشد. در اینگونه سیستمها با توجه به کاراکتر منفصل از شبکه بودن، همیشه نیازمند ساختاری باقابلیت ذخیره سازی انرژی - ESS - هستیم تا بتوانیم توان تولیدی و مصرفی را مدیریت کنیم. با توجه به موضوع بیان شده، در این مقاله هدف بر ارائه ساختاری جهت یکپارچه سازی تولید، ذخیره و مدیریت توان برای یک سیستم آسانسور باقابلیت جذب انرژی باز تولیدشده - RE - در حضور سوپر خازنها است.
در نگاه کلی در این مقاله یک ساختار چند ورودی - چند خروجی - - Multi Input - Multi Output ارائه شده که بهصورت بلوک دیاگرام شکل 1 مدل سازی می شود. این مقاله دارای بخشهای زیر است: بخش اول: بیان اهمیت بخش دوم: شرح پدیده انرژی باز تولیدشده در موتورهای الکتریکی بخش سوم: ارائه توضیحات اجمالی در مورد آسانسور بخش چهارم: معرفی سوپرخازنها و کاربرد آنها در این حوزه بخش پنجم: ارائه ساختار مورد نظر و شرح عملکرد کنترلی بخش ششم: ارائه نتایج شبیه سازی و نتیجه گیری.
-2 -2 انرژی باز تولیدشده در موتورهای الکتریکی
سیستم جذب انرژی ترمزی برای اولین بار از اوایل دهه 70 میلادی توسط تعدادی از محققان بر روی ترنهای هیبریدی که پتانسیل افزایش بهره وری مصرف سوخت را داشتند، به منظور امکان سنجی و پیاده سازی مورد توجه قرار گرفت .[1] پوشیده نیست که افزایش سالانه قیمت سوختهای فسیلی از یکسو و آلودگیهای زیست محیطی ناشی از انتشار گاز دیاکسید کربن از سوی دیگر، اهمیت این مطاعات را روزافزون مینماید. بر اساس مطالعات پیشین، سیستم جذب انرژی ترمزی تاثیر قابلتوجهی در مصرف انرژی خودروهای کلان شهرها دارد. از آنجایی که بطور متوسط 62,5 درصد انرژی در خودروهای شهری بعلت ترمزهای مکرر تلف میشود، در صورت بازجذب کل انرژی ترمزی بدون تلفات، میتوان 33 درصد در مصرف سوخت صرفه جویی کرد .
[2] با توجه به آنچه گفته شد تاثیر وجود سیستم باز جذب انرژی ترمزی را میتوان به کلیه مجموعههای دارای موتور الکتریکی، تعمیم داد. شکل 2، انرژی باز تولیدشده در یک موتور الکتریکی را نشان میدهد. اساس سیستم جذب انرژی ترمزی، تبدیل انرژی جنبشی اجسام در حال حرکت به انرژی الکتریکی، طی فرآیند ترمز میباشد. بطوری که در این فرایند، ماشین الکتریکی تبدیل کننده توان الکتریکی به مکانیکی، از حالت موتوری به حالت ژنراتوری تغییر وضعیت میدهد. در نتیجه پس از این تغییر وضعیت، با جذب انرژی مکانیکی بار کوپل شده به شفت ماشین الکتریکی، مقداری توان الکتریکی به سمت منبع برگشت داده میشود - شکل. - 2
سیستم جذب انرژی ترمزی
میتوان موارد مهم استفاده از این سیستم را بهصورت زیر نام برد:
-1انرژی جنبشی تلف شده خودروها در هنگام ترمز،
-2در محیطهای صنعتی دارای سیستم نوار نقاله جهت حمل اجرام از یک نقطه به نقطه دیگر با توقفهای مکرر،
-3در آسانسورها و جرثقیلهای بالابر،
-4در قطارهای برقی .[3]
-2-1بررسی سیستم آسانسور
آسانسور - elevator - وسیلهای است که برای جابجایی بین دو سطح ارتفاع یا بیشتر استفاده میشود و در اغلب موارد با دریافت انرژی الکتریکی و تبدیل آن به انرژی مکانیکی، گشتاور مورد نیاز برای غلبه به نیروی اصطحکاک، انرژی پتانسیل و اینرسی جسم مورد نظر را تولید میکند - آسانسورهای کششی - . امروزه در مصارف معمول از درایوهای سرعت متغییر جهت بهبود عملکرد و کاهش شوک وارده به قطعات مکانیکی استفاده میشود.
این سیستمها با توجه عملکرد بخش کنترلی در آغاز با فرمان استارت، فرکانس نامی را به عنوان رفرنس در نظر گرفته و با یک شیب از پیش تعیین شده طی چند ثانیه از فرکانس صفر به فرکانس مرجع میرسد. - Acceleration - سپس به سرعت ثابتی میرسد و این سرعت ثابت را تا نزدیکی ایستگاه مقصد حفظ میکند . - Travel - و در نزدیکی ایستگاه مورد نظر با مشاهده سنسور مربوطه در عرض چند ثانیه اقدام به کاهش سرعت میکند - Deceleration - تا در محل مورد نظر - Level - به سرعت صفر برسد با توجه به تغییر مقادیر خروجی اینورتر و حرکت جرم نسبتاٌ ثقیلی که با موتور الکتریکی کوپل شده است، این پدیده منجر به بروز حالت ترمزی در موتور الکتریکی میشود.
پروسه بازگردانی انرژی ترمزی آسانسور به شرح زیر خواهد بود، بار متصل به محور موتور الکتریکی آسانسور، بعد از شتابگیری - - t0-t1 ، با سرعت نامی به مسیر خود ادامه می دهد t1- - t2 - تا زمانیکه در نزدیکی ایستگاه مقصد، با تحریک سنسور مربوطه، در لحظه t2 شروع به کاهش سرعت کند. در مرحله کاهش سرعت، سیستم کنترلی با کاهش فرکانس خروجی مبدل DC-AC، از سرعت موتور الکتریکی میکاهد، ولی از طرف دیگر بار متصل به موتور تمایل به حفظ سرعت پیشین خود دارد لذا نیروی جنبشی خود را به شفت موتور وارد میکند، در این حالت ماشین الکتریکی سیستم، به حالت ترمزی - ژنراتوری میرود که این امر باعث تولید و شارش توان به سمت منبع - لینک - DC میگردد، شکل3، نمودار پروسه بازگردانی انرژی ترمزی آسانسور را نشان میدهد.
-2-2 سوپر خازنها ساختمان خازنهای معمول متشکل از دو الکترود و یک جدا
کننده از جنس دی-الکتریک هستند. در این خازنها زمانیکه دو صفحه بهصورت غیر همنام شارژ میشوند، بسته به نوع خازن، انرژی بهصورت پتانسیل الکترواستاتیکی یا الکتروشیمیایی ذخیره میشود. در حالیکه سوپر خازنها از هر دو روش ذخیرهسازی انرژی سود میبرند. بعلاوه در سوپر خازنها بجای استفاده از مواد جامد دی-الکتریک بین الکترودها، از محلولهای الکترولیتی استفاده می شود.
نمودار پروسه بازگردانی انرژی ترمزی آسانسور
انرژی ذخیره شده بهصورت پتانسیل الکترواستاتیکی، »ظرفیت الکتریکی دولایه« نامیده میشود .[4] ساختمان این خازنها بر اساس کشف Helmholtz است که مبنی بر شارژ دولایه در سطح بین الکترود و الکترولیت انباشته میشود، است. لایه اول بهصورت بار الکتریکی - Charge - بر روی الکترود گسترش مییابد، در حالیکه لایه دوم به فرم یونهایی که از محلول الکترولیت به سمت سطح الکترودهای انتشار مییابند، گسترش مییابد. این پروسه انتشار یونها بسیار شبیه به فرایندی است که درون باطریهای Li-ion رخ میدهد. شکل 4 مشخصات سوپرخازنها را نشان میدهد.
