Ein effektiver energiesparender Aufzug

Ein-Effektiver-Energiespar-Aufzug
Abbildung 7: Prinzipschaltbild des Batteriesystems

Wie die wachsende Nachfrage nach einer Stromspeicherbatterie für Aufzüge in Kombination mit einem Steuerungssystem gedeckt werden kann

von K. Takasaki, R. Ootsubo, J. Takeda und S. Nojima

Designer in verschiedenen Industriebereichen haben sich mit der energiesparenden und umweltfreundlichen Produktion beschäftigt, die bei der Verwirklichung einer nachhaltigen Gesellschaft dringend beachtet werden muss. Dasselbe gilt für Aufzüge, und wir haben uns ständig bemüht, die besten Lösungen anzubieten. Unter vielen möglichen Lösungen konzentriert sich dieser Artikel insbesondere auf eine – nämlich die Speicherung des aus natürlichen Stromquellen erzeugten Stroms in wiederaufladbaren Batterien für den späteren Gebrauch im Normalbetrieb. Das in diesem Artikel vorgestellte neue Energiesparsystem hat sich als bemerkenswert effektiv erwiesen.

Die Nachfrage nach energiesparenden und umweltbewussten Aufzügen wächst. Typische derzeit eingesetzte Technologien zur Erzielung von Energieeinsparungen bei geringem Stromverbrauch sind die Verbesserung der Systemeffizienz, die effektive Nutzung regenerativer Energie und der Einsatz von „grüner Energie“. Gefragt sind auch anwenderfreundliche Produkte mit erweiterten Funktionen für Ruhe und Sicherheit, wie zum Beispiel Aufzüge, die auch bei geplantem oder ungeplantem Stromausfall weiterbetrieben werden können.

Um im Katastrophenfall auf diese Energiesparherausforderungen und Stromversorgungsschwierigkeiten zu reagieren, ist eine Batterie erforderlich, die vorübergehend elektrische Energie speichert, die von einem Aufzug verbraucht wird. Vor dem Hintergrund dieser Umstände wird erwartet, dass die Marktnachfrage nach Produkten mit kombinierten Akkumulatoren und Aufzugssteuerungen in Zukunft zunehmen wird und somit die Erwartungen und Nachfragen nach Akkumulatoren steigen.

Als Akkumulatoren in Aufzügen sollen Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte zum Einsatz kommen. Solche Batterien müssen eine Eingangs-/Ausgangscharakteristik aufweisen, die hoch genug ist, um ein hohes Energieniveau in Übereinstimmung mit dem Betriebsmuster des Aufzugs sofort zu laden/entladen. Da bei Anlagen ohne Maschinenraum zudem ein Netzteil im Schacht installiert werden muss, muss die Lithium-Ionen-Batterie hohe Leistung, lange Lebensdauer und hohe Betriebssicherheit auf kleinem Raum sowie bei geringem -Temperatur Umgebung.

Die Batterie

Die in einem Aufzug verwendete Speicherbatterie benötigt eine Eingangs-/Ausgangscharakteristik, die hoch genug ist, um die während des Betriebs des Aufzugs erzeugte regenerative Energie sofort aufzuladen und die erforderliche Energie sofort zu entladen, während der Aufzug mit Strom versorgt wird. Darüber hinaus muss die Batterie aufgrund der Umgebung, in der der Aufzug installiert ist, eine hohe Zuverlässigkeit, Haltbarkeit und Betriebssicherheit sowie eine überragende Leistung bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Diese Bedingungen können von einem leistungsstarken, hochfunktionalen Lithium-Ionen-Super-Charge-Ionen-Akku (SCiBTM) erfüllt werden, der von Toshiba Elevator and Building Systems Corp. entwickelt wurde. Die Hauptmerkmale des SCiB sind:

  • Hohe Sicherheit: Der SCiB ist resistent gegen interne Kurzschlüsse aufgrund der Verwendung eines neuen Materials auf Oxidbasis. Thermisches Durchgehen wird verhindert, auch wenn ein interner Kurzschluss beispielsweise durch eine äußere Krafteinwirkung entstehen sollte.
  • Lange Lebensdauer: Selbst nach wiederholten 10,000 vollständigen Lade-/Entladevorgängen behält der SCiB eine Kapazitätserhaltungsrate von 80 % oder mehr bei.
  • Tieftemperaturleistung: Der SCiB hat die Fähigkeit, sich selbst bei einer Temperatur von –30 °C ausreichend zu entladen.
  • Eine breite Palette von praktikablen Ladezuständen
  • Hoher Eingang/Ausgang: Der SCiB kann schnell aufgeladen werden und ist gut für den sofortigen Eingang/Ausgang eines großen Stroms.
  • Platzsparend: Im Vergleich zu anderen Sekundärbatterien (zB Nickel-Metallhydrid-Batterien) hat die SCiB eine hohe Energiedichte, die zu einer geringen Batteriegröße beitragen kann.

SCiB ist aufgrund dieser Merkmale nicht nur für ein Aufzugssteuerungssystem geeignet, sondern wird auch in Elektrofahrzeugen, einschließlich Elektromotorrädern, eingesetzt und wird voraussichtlich in verschiedenen anderen Bereichen Anwendung finden.

Überblick über das Aufzugssystem

Ein standardmäßiger maschinenraumloser Aufzug mit dem Namen „SPACEL-GR“ unter Verwendung des SCiB ist in Tabelle 1 aufgeführt verbesserte Systemeffizienz. Im Allgemeinen wird der im regenerativen Betrieb von Aufzugsanlagen erzeugte Strom durch thermische Umwandlung durch einen Widerstand („PBR“ in Abbildung 1) verbraucht. Durch die Verwendung eines Aufzugsteuerungssystems, das zusätzlich mit einer regenerativen Leistungsfunktion ausgestattet ist, kann ein solches Aufzugssystem jedoch während des Aufzugsbetriebs erzeugte regenerative Leistung effektiv nutzen, indem es diese über einen Pulsweitenmodulations-(PWM)-Wandler in Sinuswellen umwandelt und dann diese Sinuswellen einspeist zurück zum Gebäude.

Die prozentuale Reduzierung des Stromverbrauchs des SPACEL-GR mit regenerativer Leistungsfunktion gegenüber einem konventionellen Modell ist in Bild 3 dargestellt, das die Anteile der verschiedenen Faktoren zeigt, die zur Reduzierung beitragen. Wie in Bild 3 gezeigt, kann mit der regenerativen Power-Funktion der Stromverbrauch im Vergleich zum konventionellen Modell um maximal 50 % gesenkt werden.

Einführung von Speicherbatterien

Dieser Abschnitt beschreibt ein Produkt in Form des SPACEL-GR in Kombination mit dem SCiB.

TOSMOVE NEO

Die „TOSMOVE NEO“-Technologie von Toshiba kann dem SPACEL-GR hinzugefügt werden, damit der Aufzug trotz Stromausfalls weiterbetrieben werden kann, indem der Aufzugssteuerung mit Strom aus dem Akkumulator versorgt wird. Das TOSMOVE NEO-Steuerungssystem und der Akku sind beide im Schacht installiert. Der Betriebsablauf des Systems vom Normalbetrieb bis zum Stromausfall ist wie folgt:

  1. Die Funktion zur Unterdrückung des Stromverbrauchs ist während des normalen Betriebs aktiviert: Der SCiB unterstützt die Stromausgabe, um den Stromverbrauch zu unterdrücken.
  2. Während der Ladefunktion mit regenerativer Leistung wird die regenerative Leistung in den SCiB geladen.
  3. Wenn ein Stromausfall auftritt, reduziert der Aufzug, anstatt plötzlich oder abrupt anzuhalten, seine Geschwindigkeit allmählich und fährt mit niedriger Geschwindigkeit zum nächsten oder gewünschten Stockwerk.
  4. Bei anhaltendem Stromausfall fährt der Aufzug maximal 30 min weiter. mit einer Geschwindigkeit von 60 mpm oder für 120 min. bei einer Geschwindigkeit von 20 m/min.
  5. Während sich der Aufzug bei einem Stromausfall bewegt, wird der SCiB wie im Normalbetrieb mit regenerativer Energie geladen.

Speicher-Batterie-System

Das zum SPACEL-GR erweiterbare Speichersystem kann auch auf ein Gebäudesystem abgestimmt werden. Durch die Speicherung von Energie in der Batterie während des normalen Betriebs kann der Aufzug auch bei Stromausfall über einen längeren Zeitraum mit Nenngeschwindigkeit betrieben werden. In Kombination mit einer Photovoltaik-Stromerzeugungseinrichtung ermöglicht dieses System einen noch längeren Betrieb des Aufzugs (sofern Photovoltaik-Strom verfügbar ist). Darüber hinaus kann es nicht nur den Aufzug, sondern auch Beleuchtung, Wasserversorgungspumpen, mechanische Parkstationen usw. mit Strom versorgen.

Im Normalbetrieb kann das Batteriesystem zur Energieeinsparung des gesamten Gebäudesystems beitragen, indem es den aus Photovoltaikmodulen erzeugten und in der Batterie gespeicherten elektrischen Strom in das Stromnetz des Gebäudesystems abgibt. Durch den koordinierten Betrieb mit dem Stromnetz des Gebäudesystems kann das Batteriesystem den maximalen Stromverbrauch des Gebäudesystems im Normalbetrieb durch eine Spitzenreduzierung und Spitzenverschiebung der Energie im Gebäudesystem unterdrücken.

Peak-Shifting-Funktion (geplanter Betrieb)

Das Speicherbatteriesystem kann das Laden und Entladen der Batterie während des normalen Betriebs planen, um die Batterie nachts zu laden, wenn der Strombedarf relativ gering ist, und die Energie in der Speicherbatterie tagsüber in das Stromnetz zu entladen. wenn der Strombedarf relativ hoch ist. Auf diese Weise kann der Stromverbrauch im Gebäudesystem in einem Zeitfenster reduziert werden, in dem der Stromverbrauch im Gebäudesystem wahrscheinlich seinen Spitzenwert erreicht.

Peak-Reduktionsfunktion

Wenn die elektrische Energie des Gebäudesystems aufgrund einer Lastschwankung im Normalbetrieb kurz davor steht, die vorgegebene Höchstgrenze zu erreichen, kann das Batteriesystem die im Gebäudesystem aufgenommene Leistung in Spitzenzeiten reduzieren (um Kaufkraft zu vermeiden) um Energieversorgung des Gebäudesystems, damit der Stromverbrauch im Gebäude den Zielwert nicht überschreitet.

Bei Stromausfall liefert das Batteriesystem im Normalbetrieb in der Batterie gespeicherte elektrische Energie an bestimmte Verbraucher (einphasig bei 100 V/dreiphasig bei 200 V). (Eine spezifische Last bezieht sich auf ein Lastsystem, das bei Stromausfall Strom erhält, einschließlich derjenigen im Gebäudesystem. Typische spezifische Lasten sind der Aufzug, Beleuchtungseinrichtungen in öffentlichen Bereichen des Gebäudes, Wasserversorgungspumpen, mechanische Parkstationen usw. , und diese Lasten müssen als spezifische Lasten voreingestellt werden.) Wenn die Aufzugslast angegeben wurde, eine Batteriekapazität, die den Betrieb des Aufzugs für maximal 10 Stunden ermöglicht. bei der Nenndrehzahl wird zum Zeitpunkt des Stromausfalls gewählt.

In Kombination mit einem Aufzug mit regenerativer Energiefunktion kann das Batteriesystem seinen Akku mit der im regenerativen Betrieb erzeugten regenerativen Energie aufladen. Auf diese Weise kann das Batteriesystem über einen längeren Zeitraum Strom liefern.

 Koordination mit Photovoltaik-Stromerzeugung

Während des normalen Betriebs kann der Spitzenstromverbrauch durch Verwendung von elektrischer Leistung, die von photovoltaischen Stromerzeugungsvorrichtungen erzeugt wird, und von elektrischer Leistung, die in der Speicherbatterie gespeichert ist, unterdrückt werden. Im ladungspriorisierten Modus verfügt das Speichersystem über eine Planungsfunktion, die dem Laden der Batterie mit Strom aus den Photovoltaikanlagen Priorität einräumt. Wenn der Akku vollständig geladen ist, wird das Ziel der zugeführten Energie auf das Gebäudesystem und bestimmte Verbraucher umgeschaltet. Im Modus Mindestbezugsleistung räumt das Batteriesystem dem Gebäudesystem und bestimmten Verbrauchern bei der Stromversorgung der Photovoltaik-Geräte den Vorrang ein. Der nach vollständiger Versorgung der einzelnen Verbraucher verbleibende Überschuss an elektrischer Leistung wird an die Batterie geleitet. Dadurch wird der Strombezug für das Gebäudesystem minimiert.

Bei Stromausfall, wenn die Photovoltaik-Geräte in Betrieb sind, können bestimmte Verbraucher mit Photovoltaik-Strom versorgt und der Akku mit überschüssiger Leistung geladen werden. Mit diesem Akkumulatorsystem können Energieeinsparungen nicht nur für die Aufzugsanlage, sondern für das gesamte Gebäudesystem erzielt werden. Darüber hinaus kann ein Steuerungssystem mit hohem Bedienkomfort entwickelt werden, da auch bei Stromausfall die gesamte Gebäudeanlage unterbrechungsfrei mit Strom versorgt werden kann.

Fazit

In Kombination mit einem leistungsstarken Hochleistungsspeicher erzielt diese Aufzugssteuerung einen deutlich reduzierten Stromverbrauch. Darüber hinaus kann auch bei Unterbrechung der Stromversorgung die in der Batterie gespeicherte Energie der Aufzugssteuerung und dem Gebäudesystem zugeführt werden, wodurch nicht nur der Aufzug über einen längeren Zeitraum weiterbetrieben, sondern auch die Anlagen erhalten bleiben können im Bausystem zur Verfügung. Dadurch kann ein Produkt realisiert werden, das sowohl über eine Energiesparfunktion als auch über benutzerfreundliche Funktionen verfügt.

Referenzen
[1] Shinichiro Kosugi, Hiroki Inagaki, Norio Takami. „Neu entwickelter hochsicherer SCiB-Akku“, Toshiba Review, Bd. 63, Nr. 2 (2008), p. 54-57.
K. Takasaki, R. Ootsubo, J. Takeda und S. Nojima

K. Takasaki, R. Ootsubo, J. Takeda und S. Nojima

K. Takasaki, R. Ootsubo und J. Takeda sind in der Entwicklung von Aufzugssystemen bei Toshiba Elevator and Building Systems Corp tätig.

S. Nojima graduierte 2002 an der Fakultät für Elektro- und Elektroniktechnik am Nippon Institute of Technology University. Er war auch an der Entwicklung der Aufzugssysteme bei Toshiba Elevator and Building Systems Corp. beteiligt.

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