Pozyskiwanie i konwersja nieograniczonych zasobów naturalnych sposobem na rozwiązywanie problemów przyszłości.

Stopniowe wyczerpywanie się coraz droższych światowych zasobów naturalnych przy jednoczesnym wzroście świadomości problematyki ochrony środowiska i niezaspokojonym zapotrzebowaniu na energię, zgłaszanym przez populacje na całym świecie, stawiają różne formy energii odnawialnej w centrum uwagi w ostatnim dziesięcioleciu. Technologia, innowacje i edukacja końcowych użytkowników energii mogą przyczynić się do zmniejszenia zapotrzebowania na moc, ale jest to równoważone przez potrzeby rosnącej populacji globalnej oraz produktów i infrastruktury ją wspierającej.

Pływy, wiatr, energia słoneczna i wodna zajmują czołową pozycję w ograniczaniu wykorzystania paliw kopalnych oraz energii jądrowej, sprawiając, że energia odnawialna pokrywa obecnie około 16% światowej konsumpcji. Koszty i dostępne technologie powodują szybsze przyjęcie niektórych form energii - na przykład, wykorzystanie energii wiatrowej rośnie w tempie około 30% rocznie i globalnie osiągnęło moc 198 gi-gawatów (GW) w 2010 roku. Wpływy z energii rzecznej i lokalnych systemów powiązanych przynoszą mniej znaczący, ale także cenny wkład.

Wiele z wiodących na świecie firm technicznych przeznaczyło znaczne środki oraz określiło budżety na badania i rozwój produktów i systemów do wspierania odnawialnych źródeł energii przy wykorzystaniu ich specjalistycznej wiedzy w tym zakresie. Parker Hannifin jest jedną z takich firm i energia odnawialna stała się jednym z kluczowych obszarów zastosowań dla jej technologii napędów i precyzyjnego sterowania.

Podstawy energetyki odnawialnej
Dwie podstawy każdego systemu energii odnawialnej to: wychwytywanie oraz przekształcanie energii w postać nadającą się do sieci.

Wychwytywanie

Pierwszym krokiem jest zdobycie i wykorzystanie energii, może to być energia ze światła słonecznego, wiatru, fal lub płynącej wody (hydroenergia). W przypadku energii wiatrowej ważna jest kontrola kąta nachylenia łopat turbiny, aby zmaksymalizować ilość zebranej energii wiatrowej poruszającej turbinę. Firmy takie, jak Parker Hannifin, oferują hydrauliczne i elektromechaniczne systemy sterowania, takie jak serwonapęd Compax 3 i siłownik ETH, które umożliwiają precyzyjne ustawienie łopat. Kluczowymi wymogami co do produktów stosowanych w takich aplikacjach jest możliwość łatwego i precyzyjnego sterowania podczas radzenia sobie z bardzo wysokimi
i bardzo różnorodnymi siłami. Możliwość pracy przez dłuższy czas bez konserwacji oraz w trudnych warunkach jest kolejnym warunkiem, oszczędzającym czas zarówno rutynowej konserwacji jak i awaryjnych napraw, co jest kosztowne i kłopotliwe z uwagi na często odległe lokalizacje farm wiatrowych - zwłaszcza instalacji morskich.
Podobnie trudne warunki panują przy wytwarzaniu energii z fal i pływów morskich, gdzie środowisko słonej wody morskiej może tworzyć dodatkowe potencjalne problemy z korozją. Wychwytywanie energii fal wymaga złożonej gamy produktów i systemów, w skład których wchodzą pompy, silniki i siłowniki wraz z produktami uzupełniającymi, takimi jak węże, armatura i produkty filtracyjne. Dzięki szerokości swojego asortymentu, który obejmuje wiele kluczowych komponentów i systemów, Parker opracował strategię, pozwalającą mu być dostawcą kompletnych rozwiązań, a przynajmniej znacznie zintegrowanych podzespołów.
W przypadku energii słonecznej kluczem do przechwytywania maksymalnej ilości energii słonecznej jest precyzyjne pozycjonowanie paneli fotowoltaicznych lub wklęsłych luster w stosunku do słońca. Jako że pozycja słońca nieustannie się zmienia, powoduje to konieczność stosowania układów hydraulicznych, które są w stanie wspierać częste i bardzo drobne korekty obrotowe, dając żądane ustawienie z dokładnością do około 0,1 stopnia w dużych aplikacjach w dziedzinie energii słonecznej. Odchylenia od tego natychmiast wpływają na ilość zebranej energii.

Konwersja

Wysoka sprawność konwersji energii kinetycznej do zebranej energii elektrycznej ma kluczowe znaczenie dla żywotności systemu odnawialnych źródeł energii, czy to w przypadku wiatru, fal, czy energii słonecznej. W przypadku wiatru i fali napędy
0 zmiennej prędkości zazwyczaj są w konfiguracji z active front-end (AFE). Pobierają prąd z generatora i przekształcają go do stałej częstotliwości, następnie bardzo dobrze zsynchronizowany przekazują do zasilania sieci. Kluczowi dostawcy przetwornic do zasilania sieci, działający w sektorze odnawialnych źródeł energii, skupiają się na takich obszarach, jak jakość zasilania
1 chłodzenia, w celu maksymalizacji odzysku energii, jednocześnie zwracając uwagę na niezawodność systemu tak, że może on sobie poradzić z mocno zmieniającymi się wartościami na wejściu i pracować w wymagającym i często trudno dostępnym środowisku pracy.
Gdy konwertujemy energię fali, wiatru i słońca, głównym problemem jest synchronizacja - energia elektryczna doprowadzana do sieci musi mieć do niej dokładnie dopasowaną fazę i częstotliwość. Osiągnięcie synchronizacji przy użyciu konwencjonalnych środków, takich jak sterowanie prędkością prądnicy, nie jest proste w przypadku wiatru, fal i energii słonecznej, gdzie prędkość turbiny i prądnicy stale się zmienia.
Kolejnym wyzwaniem jest zapewnienie pracy turbiny z maksymalną wydajnością, niezależnie od pracy, jaka jest do wykonania w danym momencie. Po trzecie, problemem, który pojawia się zwłaszcza w przypadku fal i wiatru, jest zapewnienie sprawnego i łagodnego rozruchu turbiny i prądnicy, tak aby uniknąć uszkodzenia obu systemów mechanicznych i elektrycz-
nych. Napędy przeznaczone do zasilania sieci, takie jak napędy modułowe z serii AC890 Parker Hannifin, mogą być użyte w systemie, żeby skutecznie kontrolować prędkość generatora indukcyjnego, maksymalizując sprawność, eliminując udary mechaniczne i zachowując dokładną synchronizację z siecią.

Odnawialne źródła energii - case study. Duże i małe aplikacje

Oprócz rosnącej liczby potężnych farm wiatrowych położonych na lądzie i na morzu oraz głównych projektów wykorzystania energii pływów i fal, istnieją również ramy regulacyjne dla producentów energii elektrycznej na małą skalę, mogących sprzedawać nadwyżki mocy, które produkują do sieci. Najlepiej to pokazuje wykorzystanie paneli słonecznych w zastosowaniach domowych, gdzie właściciele domów są zachęcani do początkowej inwestycji kapitałowej w energię odnawialną przez oferowane im taryfy przyłączeniowe. Inne projekty można zobaczyć w małych zakładach przemysłowych i w przydomowych turbinach wiatrowych, ustawionych w celu zaspokojenia własnych potrzeb energetycznych, przy jednoczesnym czerpaniu korzyści przez odprowadzanie nadmiaru mocy z powrotem do sieci. Firmy takie jak Parker są świadome wagi zagadnienia jak również obecnych tu możliwości komercyjnych i oferują napędy plus produkty i systemy, które pomogą zrealizować takie projekty.

Również aplikacje napędzane wodą mogą być wykonane w małej skali, jak wykazano w przypadku projektu pozyskiwania energii z rzeki zastosowanego w Vivod Hall, w północnej Walii. W tym scenariuszu Applied Hydropower, jako specjalista w projektowaniu i instalacji prywatnych elektrowni wodnych, zastosował napędy modułowe AC890 Parkera, by opracować niezawodny, wydajny i ekonomiczny system, który skutecznie przenosi energię do sieci krajowej. Projekt był w rzeczywistości zastąpieniem oryginalnego systemu, który został zainstalowany w 1922 roku, by zapewnić zaopatrzenie domu w energię elektryczną potrzebną do oświetlenia. W tej aplikacji Parker był w stanie dostarczyć kompletny system w jednym panelu, który zawierał napędy, systemy pomiarowe, system ochrony G59 (w celu ochrony przed zmianami napięcia i częstotliwości, a także zmianami wektora), a nawet modemy dla ułatwienia zdalnego sterowania.
Na drugim końcu spektrum wielkości znajduje się udział Parkera w 2010 r. w międzynarodowym projekcie dużej skali dotyczącym instalacji 12-megawatowego układu magazynowania energii, zaprojektowanego do sterowania przepływem prądu elektrycznego pomiędzy siecią zasilania i bankiem akumulatorów w systemie magazynowania energii w podstacji na pustyni Atacama w Chile.
Instalacja obejmuje napędy modułowe dużej mocy Parker AC890PX i system baterii litowo-jonowych.
Technologia pomaga operatorowi lokalnego systemu zarządzać wahaniem zapotrzebowania na energię elektryczną i regulować częstotliwość w tańszy i jeszcze bardziej elastyczny i skuteczny sposób niż tradycyjne podejście, które może wymagać inwestycji na zwiększenie mocy wytwórczych. System działa jako bank rezerw na nieprzewidziane wydatki, co oznacza, że magazynuje on energię i zarządza ładowaniem baterii. Gdy zostanie wykryty spadek w częstotliwości sieci, system natychmiast reaguje, dostarczając przechowywaną energię z powrotem do sieci, aby zrekompensować spadek.

Podsumowanie

Powodzenie projektów dotyczących energii odnawialnej w małej, średniej i dużej skali i we wszystkich formach ma podstawowe znaczenie w pomaganiu osiągnięcia zrównoważonej przyszłości. Podczas gdy wysiłki zmierzające do ograniczenia zużycia energii w wielu dziedzinach codziennego życia osiągają dobre sukcesy, tempo, w jakim ludzkość wyczerpuje światowe zasoby naturalne, jest niepokojące - zwłaszcza jeśli wziąć pod uwagę stosunkowo krótki czas, od którego je pozyskujemy. Technologie firm takich jak Parker Hannifin leżą u podstawy skutecznego i efektywnego pozyskiwania i konwersji nieograniczonych źródeł energii dostarczanej przez wiatr, fale i słońce na energię elektryczną tylko z niewielkim wpływem na środowisko lub nawet bez niego.

Parker Hannifin Sales Poland Sp. z o.o.