Dynamische UPS op basis van vliegwieltechnologie

HITEC’s DRUPS-aanpak biedt kansen voor dc’s

Het elektriciteitsnet zoals we dat kennen, is ooit ontworpen voor twee toepassingen: licht en kracht. Anders gezegd: voor de gloeilamp en de elektrische motor. Tegenwoordig blijkt dat deze infrastructuur niet erg geschikt is voor de nieuwe digitale economie, waar we compleet afhankelijk zijn van data. Het net heeft een lagere betrouwbaarheid dan wat noodzakelijk is voor de kritische infrastructuur.

Om datacenters en andere kritische toepassingen te voorzien van een continue netspanning, worden UPS-systemen gebruikt ofwel Uninterruptible Power Supplies, ook wel ‘no-breaks’ genoemd. Deze systemen zorgen ervoor dat wanneer het net (plotseling) niet meer beschikbaar is er toch een continue stroomvoorziening is.

DRUPS

Een UPS heeft een energiebron waarin tijdelijk energie wordt opgeslagen, die meteen kan worden gebruikt als het net uitvalt. Als energiebron kunnen verschillende technologieën worden ingezet. Vaak zijn dat batterijen of accu’s. Het is ook mogelijk om gebruik te maken van mechanische energieopslag door middel van vliegwielen. HITEC Power Protec­tion heeft een andere aanpak bedacht, het zogenaamde DRUPS-systeem.

De letters DRUPS staan voor Diesel Roterende UPS. In een DRUPS fungeert een synchrone motor cq. generator samen met een smoorspoel als een netfilter. Het voorkomt dat harmonische vervorming in de belastingstroom wordt terug gevoed naar het net. Ook wordt de netspanning gestabiliseerd en wordt de power factor verbeterd. Bij onderbrekingen in het net zal de synchrone motor meteen als generator functioneren om de kritische ­belasting van een continue spanning te blijven voorzien.

Magnetisch koppelen

Dit wordt ook mogelijk gemaakt door de generator magnetisch te koppelen met een vliegwiel. Zo kan de energie die het vliegwiel bezit over worden gedragen aan de generator. Voordat de energie van het vliegwiel ‘op’ is, wordt er een dieselmotor gestart. Deze wordt mechanisch gekoppeld aan de generator. Is deze koppeling eenmaal tot stand gebracht, dan wordt de generator dus aangedreven door de dieselmotor. Het datacenter ondervindt geen enkele onderbreking tijdens dit proces. In feite vormt een DRUPS-systeem een naadloze integratie van een stand-by diesel generator en een UPS-systeem.

Geen batterijen

Wat hierbij opvalt, is dat het DRUPS-systeem geen batterijen gebruikt. Met als gevolg dat het gehele systeem zo’n 40 tot 50% minder vloeroppervlak in beslag neemt dan een UPS die wél is voorzien van batterijen.

Het DRUPS-systeem heeft een rendement dat gelijkwaardig is aan de zogenaamde statische UPS-systemen, zo’n 96 tot 97%. Tijdens het gebruik hoeven er geen batterijen uitgewisseld te worden, iets wat bij statische UPS-­systemen iedere 5 à 8 jaar noodzakelijk is. Overigens is de levensduur van het DRUPS-­systeem 25 tot 30 jaar, een stuk hoger dan dat van statische UPS-systemen.

Kortsluitstroom

Een ander belangrijk voordeel van het DRUPS-systeem is de beschikbare kortsluitstroom aan de uitgang. Die is zo’n 10 tot 15 keer de nominale stroom. Bij statische UPS-­systemen is dat 2,2 keer nominaal. Bij het DRUPS-systeem ligt dat dus een factor 5 tot 7 hoger. Hierdoor zullen fouten (kortsluitingen) in de distributie minder problemen opleveren. HITEC Power Protection voorziet ook in DRUPS-systemen op middenspanningsniveau (10kV of 22kV). Op die manier kan bijvoorbeeld ook een complete middenspanningsring worden beschermd tegen verstoring vanaf het net. Een goede oplossing voor faciliteiten met meerdere gebouwen (denk aan ziekenhuizen, of fabrieken) of bijvoorbeeld verkeerstunnels.

65 jaar

Alhoewel HITEC al heel lang dit soort systemen bouwt, is een aantal jaren geleden een nieuwe product range geïntroduceerd: de PowerPRO2700. Deze unit is in feite een opsomming van alle kennis en kunde die bij HITEC in de laatste 65 jaar is opgebouwd. Dat levert een zeer betrouwbaar mechanisch ontwerp op, waarbij lagerproblemen tot het verleden behoren. Zo behoeft het systeem pas een revisie na 10 jaar continu gebruik. Dat reduceert de onder­houdskosten significant. Ook het na-smeren van lagers is geautomatiseerd, waardoor de kans op fouten wordt geminimaliseerd.
Verder heeft de unit veel ingebouwde sensoren om temperatuur, trillingen en de conditie van de lagers te meten. Hiermee kan een omschakeling worden gemaakt van ‘time based’ onderhoud naar ‘condition based’ onderhoud.

HITEC Power Protection kan ook voorzien in turn-key oplossingen waarbij meegedacht wordt in de ontwerpfase, installatie, inbedrijfstelling en onderhoud. Voor maximale flexibiliteit kunnen de units ook in containers worden opgesteld voor tijdelijke opstellingen of locaties waar geen gebouw beschikbaar is.

Nederland

Het hoofdkantoor en de productielocatie van HITEC Power Protection zijn gevestigd in Almelo. Klanten worden wereldwijd bediend door dochterondernemingen in de Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Rusland, Spanje, Maleisië, China, en Taiwan alsmede een uitgebreid netwerk van distributeurs.

HITEC Power Protection heeft wereldwijd meer dan 2.000 systemen geïnstalleerd in meer dan 60 landen welke een gezamenlijk vermogen leveren van ruim 3100 Megawatt aan continue energie. Hiermee is HITEC een van de belangrijkste aanbieders op het gebied van dynamische UPS-oplossingen die kritische processen van geconditioneerde en continue energie voorzien. Of het nu gaat om de continue energievoorziening van de langste treintunnel ter wereld door de Zwitserse Alpen, om betrouwbare energievoorziening van een zeer modern datacenter in Singapore of om kwalitatief hoogwaardige energievoorziening van ’s werelds grootste halfgeleiderfabriek in China.

Toekomstvisie

Elektrificatie en het groeiende aandeel van duurzame energiebronnen veranderen de manier waarop energie wordt gedistribueerd en verbruikt. De toenemende wereldwijde energievraag zal tot 2040 toenemen met 37% en deze zal zich na 2040 stabiliseren. De wereldwijd toenemende vraag naar energie stijgt ieder jaar enkele procenten en belast de bestaande energienetwerken zwaar waarbij de betrouwbaarheid terugloopt. Een gevolg hiervan is een toenemende vraag naar ­continue, kwalitatief hoogwaardige energie­oplossingen.

Een probleem van het gebruik van duurzame energie is, dat deze energie niet altijd geleverd kan worden. Schijnt de zon bijvoorbeeld nauwelijks, dan wordt er minder zonne-energie opgewekt en daardoor minder opgeslagen. Dit probleem wordt opgelost door de mogelijkheid van energieopslag, waarbij eerder gewonnen stroom slim opgeslagen wordt. Als kennisintensieve aanbieder van oplossingen op het gebied van kinetische energieopslag heeft HITEC de intentie nieuwe en innovatieve producten te ontwikkelen die passen bij de veranderende energiemarkt en de behoefte van grootzakelijke afnemers.