Ultrakondensator unterbrechungsfreie Stromversorgung U‑UPS
Das Ultrakondensator-unterbrechungsfreie-Stromversorgungs-System (U-UPS) bietet eine unterbrechungsfreie Notstromversorgung durch eine ultra-schnelle Erkennung von Netzstörungen und ist daher besonders geeignet für Industriebetriebe mit kritischen Produktionsprozessen. Das Ultrakondensator USV-System liefert bis zu 30 sek. aktive Leistung und stellt damit die Übergangsversorgung bis zum synchronisieren der Notstromaggregate sicher. Dadurch können die durch hohen Wartungsaufwand und begrenzte Lebensdauer gekennzeichneten Blei-Säure-Batterien ersetzt werden.
Deine Vorteile im Überblick
Maximale Produktionszeit – durch Eliminierung von 100% Produktionsausfällen aufgrund von
Mikrounterbrechungen und Spannungseinbrüche etc.; wartungsfreie Energiespeicherung; wirtschaftliche Lösung speziell für
Anwendungen von 1 – 10 Sek. für die Energieversorgung
Hohe Flexibilität – bietet skalierbare, hochwertige Leistung von 350 kW bis zu 5 MW; optionale Integration von
zusätzlichen Batteriespeichersystems in der Zukunft
Garantierte Sicherheit einer qualitativ hochwertigen und zuverlässigen Energieversorgung
Kostensparende Lösung im Vergleich zu Online-USV-Systemen – minimale Wirkungsgradverluste im Standby-Modus;
minimale Zusatzlasten durch hocheffiziente Flüssigkeitskühlung; kosteneffizienter Betrieb, Service und Wartung –
Instandhaltung
Ultraschnelle Reaktionszeit – erkennt Netzereignisse und übernimmt die Versorgung innerhalb von 10 ms
Hohe Leistungsdichte – bietet schnelle Lade- und Entladezeiten (hohe c-Raten);
Ultracaps bieten hohe Leistungsdichte und lange Lebenszyklen bis zu 1 Million Einschaltzyklen
Platzsparend – als schlüsselfertige Containerlösung
Einsatz in allen Industriezweigen
Wirtschaftliche Lösung für reibungslose Produktionsprozesse: Ultrakondensatoren-USV (U-UPS) gegen Spannungseinbrüche und Mikrounterbrechungen
Laut eines Netzmonitorings des Verbandes der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (VIK) waren bereits in 2012 72 Prozent der Versorgungsstörungen kürzer als eine Sekunde. Eine Studie der IHK in Bayern (2017) belegt zudem, dass Kurzunterbrechungen und Spannungseinbrüche von unter einer Sekunde die häufigsten Störfaktoren in der Stromversorgung sind. Ursache dafür sind zum Beispiel Kurzschlüsse im Verteilnetz, Blitzeinschläge, die Zu- oder Abschaltung von Kraftwerken oder volatile Energieerzeuger wie Wind- und Solarparks.
Problem:
Die in Produktionsprozessen verwendeten elektronischen Bauteile und Steuerungselemente reagieren besonders empfindlich auf solche Spannungseinbrüche (abrupter Amplitudenabfall auf 90 bis 1 % der Nennspannung) und Mikrounterbrechungen (< 1 sec). Sie führen zu Störungen oder sogar zum kompletten Stillstand von Produktionsprozessen. Die Folge: Neben dem aufwändigen Wiederanfahren der Produktion sind häufig auch Nacharbeiten oder sogar ein Austausch von beschädigten Produkten erforderlich. Dadurch entstehen massive wirtschaftliche Schäden für die betroffenen Unternehmen.
Lösung:
Zum Schutz sensibler Produktionskomponenten und zur Vermeidung von Produktionsunterbrechungen bietet der Einsatz der U-UPS-Lösungen von FREQCON als unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) einen enormen wirtschaftlichen und technischen Nutzen. Besonders im Vergleich zu konventionellen USV-Systemen auf Basis von Schwungrädern oder Batterien stellen sie eine kosteneffiziente Lösung dar – und das ohne die sonst üblichen Wirkungsgradeinbußen einer Online-USV.
U-UPS-Lösungen der FREQCON GmbH
Vorteile:
- Im Vergleich zu Schwungrädern oder Batteriespeichersystemen wirtschaftlichste Lösungen, weil: geringe Anschaffungs-, Energie- und Betriebskosten
- Amortisation der Anschaffungskosten häufig schon nach wenigen Monaten
- Deutlich geringerer Wartungsaufwand gegenüber anderen Systemen
- Besonders wirtschaftlicher Einsatz bei Spannungseinbrüchen bis 10 Sekunden in Nieder- und Mittelspannungsnetzen
- Schnelle Lade- und Entladezeiten
- sehr hohe Lebensdauer (bis zu 1 Million Zyklen)
- skalierbare Leistung von 170 kW bis zu 5 MW
- gleichbleibende Stromqualität und Leistung, keine Fehlermeldungen, kein Stillstand von empfindlichen Anlagen während des gesamten Produktionsprozesses
- Verluste liegen lediglich bei 0,5%
Funktionsweise
- Automatische Reaktion auf Spannungseinbrüche sowie Mikrounterbrechungen und Übernahme der Lastversorgung in weniger als 10 ms dank integriertem Energiespeicher
- Trennung der Stromversorgung durch integrierten FREQCON Fast Disconnector vom öffentlichen Netz und Erzeugung eines eigenen isolierten Netzes
- Stellt Übertragungsnetz die entsprechende Spannung wieder bereit, synchronisiert sich das System automatisch und stellt die Verbindung zum öffentlichen Stromnetz wieder her.
- Aufladen der Ultrakondensatoren erfolgt im Normalbetrieb durch öffentliches Netz
- Die in U-UPS eingesetzte Multi-Source-Konverter-Technologie ermöglicht die Bereitstellung einer Überbrückungszeit von Sekunden bis Minuten oder sogar Stunden durch zusätzliche Integration von Batterien oder Generatoren
- Optional bietet das System STATCOM-Funktionalität zur Blindleistungskompensation
- Systeme zur Innenaufstellung oder schlüsselfertige Containerlösungen für eine schnelle Installation und einen einfachen Transport sind verfügbar
Ultrakondensator unterbrechungsfreie Stromversorgung (UUPS)
Mit der Integration von Robotern und automatisierten Maschinen verfügen immer mehr Unternehmen über eine immer größere Anzahl sensibler Maschinen. Die Problematik dabei: Die Netzqualität ist manchmal nicht optimal und selbst kleinste Spannungseinbrüche von 5 bis 10% über kürzeste Zeiträume können z.B. eine Fehlausrichtung des Roboterarms verursachen. Ebenso können Datacenters wichtige Daten verlieren und ständig in den USV-Modus wechseln, wenn sie an ein schlechtes Stromnetz angeschlossen sind. Solche Vorfälle können einen massiven finanziellen Schaden hinterlassen.
Wir bei Freqcon haben smarte, platzsparende und effiziente Lösungen entwickelt, die bei Stromausfällen und kurzzeitigen Unterbrechungen helfen, einer Produktion oder einem Betrieb Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Um maximal zu unterstützen und vor Ausfällen zu schützen, sodass der Ablauf einer Produktionslinie oder eines Produktionsprozesses nicht gestört wird, benötigt es „nur“ einen unserer Ultrakondensatorsysteme und keinen aufwendigen Firmen- oder Netzausbau.
Stromqualität zu sichern ist doch eigentlich ganz einfach – oder?
Die Stromversorgung für diese intelligenten Maschinen und Prozesse sicher und zuverlässig zu gestalten, hat zwei große Hürden:
- Die Spannungseinbrüche können häufig auftreten, bis zu mehrere 100 Mal pro Tag
- die Notstromversorgung oder USV muss in so kurzer Zeit reagieren, dass die Last nicht von den Netzproblemen betroffen ist.
Außerdem dauern mehr als 90% der Spannungseinbrüche und Situationen mit schlechter Netzqualität nicht länger als 1 Sekunde. In der modernen Automatisierungstechnik sind solche kurzen Spannungseinbrüche oder gar Unterbrechungen, auch im Millisekunden-Bereich, folgenschwer. Die Anlagen reagieren hoch sensibel und können ausfallen, wodurch die ganze Produktion ins Stocken gerät oder gar stillsteht.
„In Deutschland würde ich sagen, es passiert eher so ein, zwei, dreimal im Monat. In nahen angrenzenden Ländern wie vielleicht Tschechien, Italien oder Ungarn, wo die Versorgungsnetze nicht derartig ausgebaut sind, kann es auch mehrfach am Tag passieren.“ - Marcel Biler, Vertriebsingenieur und Experte für Kurzzeitspeicher bei Freqcon.
Herkömmliche Notstromversorgungssysteme sind ineffizient und für diese Anwendung völlig überdimensioniert. Schwungräder und Generatoren müssen ununterbrochen laufen, was zu ständigen Verlusten führt, während Batteriesysteme in der Regel für Anwendungen von 1 Stunde oder sogar länger dimensioniert sind.
Das UUPS-System erkennt den Spannungseinbruch und wenn die Spannung oder die Frequenz unter den Schwellenwert fällt, können wir das Netz mit unseren Freqcon-Disconnectoren abschalten, über unseren Umrichter ein Inselnetz einrichten und die benötigte Energie über den Ultrakondensator-Energiespeicher liefern. Dieser gesamte Vorgang dauert weniger als 20 Millisekunden.
Auf diese Weise können wir für einen kurzen Moment ein Inselnetz aufbauen, die Leistung zur Verfügung stellen und dann, wenn das Netz wieder zurück und stabil ist, auch wieder zurücksynchronisieren und so Produktionslinie oder gar die ganze Firma vor diesem Frequenzeinbruch/Spannungseinbruch schützen.
Aufgrund der Geschwindigkeit der Netztrennung und der sofortigen Leistungsbereitstellung aus Ultrakondensatoren oder Batterien bekommen selbst die empfindlichen Geräte in modernen Maschinen davon nichts mit wodurch eine Unterbrechung der Produktion vermieden werden kann.
Die Ultrakondensatoren können mehr als 50.000 Mal pro Jahr entladen werden, und ihre Kapazität und Funktionalität kann für mehr als 20 Betriebsjahre gewährleistet werden.
Diese kompakte Lösung eignet sich perfekt für empfindliche Maschinen, auch wenn sie an schwache Stromnetze angeschlossen sind.
Anwendungsbeispiele UUPS
Das unterstützt auch ein Beispiel eines Kunden in Tschechien, der solche Netzeinbrüche bis zu dreimal am Tag haben kann. Diese gehen dabei über Zeitspannen von einigen 100 Millisekunden bis zu zwei oder drei Sekunden. Aber auch Spannungseinbrüche, bei denen die Spannung unter gewisse Sollwert fällt, bis hin zu kompletten Blackouts über ein paar Minuten passieren immer noch regelmäßig und werden uns mit dem Umstieg auf erneuerbare Energien auch noch lange begleiten.
Je nach Sensibilität der Geräte ist es wichtig, eine Netztrennung innerhalb dieser 20 Millisekunden zu erreichen. Unsere selbst entwickelten und hergestellten Freqcon Fast-Disconnectoren können in einem Zeitfenster reagieren, was auch modernen Automotive-Linien entspricht. Das können wir durch Thyristorschalter leisten, die innerhalb von wenigen Millisekunden den Strom sperren und uns innerhalb weniger weiterer Millisekunden die Netzfreigabe erteilen und wir dann in Echtzeit die Leistung bereitstellen können.
