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Panel 5: Almacenamiento Mecánico “Volantes de Inercia” de Energía Como un sistema de ... Annual Opex CSHD Legacy UPS 1 ... • 90% menos carbon utilizado en la manufactura del

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  • Panel 5: Almacenamiento Mecnico

    Volantes de Inercia

    Noviembre 14, Cuernavaca, Morelos, Mexico

    Francisco J. Bejar Ortiz Tirado

  • BASICOS DE DISEO

    Lo Bsico

    Los sistemas de volante de inercia almacenan energacintica (energa de masa en movimiento) mediante elconstante giro de un rotor.

    La energa almacenada en un volante de inercia esproporcional a su masa, el cuadrado de su radio y elcuadrado de su velocidad angular.

    E = K RPM2

  • BASICOS DE DISEO

    Todo en balance

    Desarrollar el volante de inercia ptimo requiere elbalance de mltiples factores. Aumentar la velocidad derotacin del volante, por ejemplo, aumenta la energaalmacenada, pero tambin aumenta los esfuerzos en elmismo, requiriendo de materiales mas resistentes y mascostosos para el rotor.

    Los volantes de inercia debern tiener el perfecto balanceentre peso, tamao, velocidad, esfuerzos y resistencia demateriales para el almacenamiento de energa y un perfiloptimizado para los mercados que se buscan enaplicaciones de misin critica.

  • El Flywheel es

    La tecnologa de volante de inercia (Flywheel) Active Power CleanSourceintegra un motor, volante para almacenamiento de energia y un generador

    en una solucin elegante y econmica.

    MotorPor el 99% de su vida til, el Volante de Inercia es un motor, ~ 1 kW de la potencia de entrada es usada para mantener el rotor girando a 7,700 RPM.

    Almacenamiento de EnergaComo un sistema de almacenamiento de energa, el rotor del volante de inercia gira a una velocidad constante para almacenar energa cintica.

    GeneradorCuando se requiere energa de respaldo de corta duracin por prdida de la alimentacin de red, el volante de inercia se convierte en un generador. La inercia, permite al rotor mantenerse girando y la energa cintica esconvertida en electricidad. Electronica de Potencia en el sistema extraedicha energa y la descarga como potencia elctrica para sotener unadeterminada caga..

  • Dada su configuracin y suministro de energa almacenada a la

    carga o aplicacin se pueden catalogar de la siguiente manera:

    Acoplamiento Mecnico:

    Se conecta mecnicamente a la

    flecha de un Generador Sncrono

    para amortiguar las variaciones sbitas

    de velocidad.

    Marca: ASTRONIC

    Pas origen: Mxico

    TIPOS DE VOLANTE DE INERCIA

  • Acoplamiento Magntico:

    Sistema de flechas concntricas, el volante de inercia gira a mayor

    velocidad en la flecha exterior y se acopla magnticamente a la flecha

    principal para mantener girando un Generador Sncrono a velocidad

    constante. En el momento de la falla de energa el volante de inercia

    pierde velocidad transfirindola mediante un acoplamiento magntico a la

    flecha principal para mantener su velocidad constate.

    Marca: HITEC, Eurodiesel

    Pas origen: Belgica, Holanda

  • Acoplamiento Elctrico:

    El volante de inercia es parte o componente principal de una mquina

    elctrica trifsica conectada mediante un convertidor bidireccional CD

    CA a la carga, puede tener salida de potencia en CD o en CA mediante

    un segundo convertidor bidireccional CA CD o una mquina Sncrona.

    Marca: PILLER, Active Power

    Pas origen: Alemania, USA

  • CAPACIDADES

    CLEANSOURCE XT10,000 RPM6.2 MJ

    24.5 SEG @ 250 kW

    CLEANSOURCE HD7,700 RPM10.5 MJ

    14.5 SEG @ 675 kW

    POWERBRIDGE3,600 1,5006.0 MJ

    15 SEG @ 400 kW16.5 MJ

    15 SEG @ 1,100 kW21 MJ

    15 SEG @ 1,400 kW

  • APLICACIONES

    ALMACENAMIENTO DE ENERGA EN CDDiseados en conjunto con sistemas de electrnica de potencia para almacenar y suministrar energa en Corriente Directa, pudindose conectar en paralelo con bancos de bateras. Principal aplicacin: Sustitucin y/o proteccin de Bancos de Bateras en Sistemas de Energa Inintrerrumpible (UPS) de Doble Conversin

  • ALMACENAMIENTO DE ENERGA EN CADiseados en conjunto con sistemas mecnicos o de estado slido (electrnica de potencia) para almacenar y suministrar energa en Corriente Alterna.Principal Aplicacin: Sistemas de Energa Ininterrumpible (UPS)

    Sistemas para Estabilizacin de Redes

  • VENTAJAS TECNICAS

    VIDA UTIL 20 Aos de vida til

    NO DETERIORO POR CICLO DE OPERACIN No pierde capacidad de almacenamiento de energa por ciclo de

    operacin (descarga recarga) ni afecta su vida til

    CONFIABILIDAD 12 Veces ms confiable que sistemas de almacenamiento

    electroqumicos1, reduce en 80% la probabilidad de falla cuando se requiere utilizar la energa almacenada2.

    DENSIDAD DE POTENCIA (ESPACIO UTILIZADO) Por su densidad de potencia disminuye el espacio requerido a la mitad

    REQUERIMIENTOS PERIFRICOS No es sensible trmicamente, requiere menos infraestructura perifrica

    2 MTechnology, Reliability Analysis: Active Power CleanSource 750HD UPS, Feb 2014

    1 Active Power White Paper #115, Mitigating Risk of UPS System Failure, Jan. 2016

  • VENTAJAS ECONMICAS

    $-

    $5,000

    $10,000

    $15,000

    $20,000

    $25,000

    $30,000

    $35,000

    $40,000

    Annual Opex

    CSHD

    Legacy UPS

    1 Calculation based on CleanSource 750HD vs 750 kVArated double conversion UPS with 4 battery cabinets

    Alta Eficiencia de Operacin vs. Sistemas Tradicionales de Doble Conversin

    Bajo Costo de Operacin y Mantenimiento

  • 40% de ahorro en el Costo Total de

    Propiedad

    Consideraciones: UPS de 1 MW de capacity al 75% de carga; CleanSource HD eficiencia del 97.8%; UPS Bateras de 750 kVA: 96.5% eficiencia;

    Bateras VRLA para 6 minutos de resplado con ciclo de reemplazo de 5 aos; Costo energa USD$0.10/kWh

    TCO (USD$ mil.)

    Aos

    CleanSourceHD UPS

    En 15 aos, el costo total es

    de 3 5x el costo inicial de

    compra

    15

    1.0

    1.5

    0.5

    0.0

    2.0

    0 105

    Costo Adicional

    $0.9M

    $0.6M

    $1.4M

    $0.9M

    $1.9M

    $1.1M

    UPSCompetencia

    Ahorro$800k en15 aos

    13Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

  • SUSTENTABILIDAD

    Sin materiales peligrosos en sus instaciones

    No se requiere contencin contra derrames

    No se requiere ventilacin adicional

    No emite gases peligrosos en su espacio

    Seguridad

    Completamente integrado no hay

    conexiones electricas expuestas o gabinetes

    abiertos

    Puntos para Certificacin LEED

    Energticamente Eficiente

    No deshecho de materiales peligrosos

    Sin resposabilidad de reciclaje / deshecho

    14Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

  • 1,400 Toneladas de carbon mineral menos utilizado

    765,000 M3 de gas natural menos quemado

    4,700 barriles de petroleo menos consumidos

    14 vagones de tren cargados de carbon menos

    alimentacin electrica para 216 casas

    400 autos menos circulando

    Un Centro de Datos de 1 MW con tecnologa UPS a Bateras con 5

    minutos de tiempo de respaldo, utilizar 960 bateras pesando 45,000

    kg con un contenido de 40,000 kg de plomo en 15 aos.

    EL UTILIZAR TECNOLOGA DE VOLANTE DE INERCIA AYUDA A:

    90% menos carbon utilizado en la manufactura del UPS

    1,800 ton de carbon emitido en 15 aos (Hasta un 40% menos )

  • Active Power, gracias a los ms de 4,800 volantes de inercia instalados alrededor del mundo ha:

    Ahorrado a nuestros clientes mas de $225M en electricidad y costo de remplazo

    de baterias

    Reducido las emisiones de carbon en 850,000 ton

    Evitado que 16,000 tons de plomo sean extraidos, fundidos e instalados

  • 17Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

    Operacion de estaciones de re-bombeo que transportan petroleo

    crudo, gasoline, diesel y otros combustibles alrededor del pas.

    Reto

    Solucin

    Resultados

    Los motores y turbinas de las estaciones de re-bombeo de

    Pemex, contienen controles sensibles a la calidad de energa

    haciendo de sta un punto critico para mantener operaciones

    eficientes. Con muchas estaciones en reas remotas alimentadas

    por largos circuitos la calidad de energa es muy poco confiable

    Pemex Refinacin ha instalado ms de 20MW de productos

    CleanSource Active Power en 22 estaciones a lo largo del pas,

    protegiendo los sistemas automatizados de bombeo como

    motores, sistemas de lubricacin, enfriamiento y control. Los

    sistemas manejan efectivamente las corrientes de arranque

    tipicas de las cargas inductivas. Adems los sistemas libres de

    bateras operan sin inconvenientes en ambientes industriales, con

    huella pequea y bajos costos de operacin y mantenimiento.

    El diseo robusto y confiable de los UPS CleanSource fueron la

    solucin ideal para las estaciones de bombeo. Los sistemas han

    ayudado a mantener el transporte sin interrupcin previniendo

    perdidas econmicas, dao en los equipos y fallas potenciales en

    los ductos.

    La falta de una energa consistente y

    confiable para soportar nuestras

    operaciones siempre fueron un dolor de

    cabeza antes de instalar los UPS

    CleanSource Active Power, desde su

    instalacin estamos muy satisfechos con

    las mejoras en nuestras operaciones dia

    con da

    Mauro Caceres

    Superintendende General, Operaciones

    Pemex Refinacin Mxico

    17

  • 18Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

    Es el aeropuerto de mayor operaciones en el pas con un

    promedio de 64 operacines por hora entre despegues y

    aterrizajes moviendo a cerca de 40,000,000 de pasajeros al ao

    Reto

    Solucin

    Resultado

    Mantener la confiabilidad del suministro elctrico a los equipos de

    ayudas visuales, iluminacin de pistas y sistemas de

    aproximacin del aeropuerto para garantizar la seguridad y la

    continuidad de las operaciones.

    Se suministraon 3 CleanSource UPS 600kVA N+1 para proteger 3

    circuitos independientes con redundancia interna en un espacio

    reducido dentro de una subestacin sin ambiente controlado de

    libre ventilacin.

    La naturaleza redundante, robusta y de bajo mantenimiento ha

    protegido la carga por 10 aos continuos sin interrupcin, su

    flexibilidad de operacin hace que el mantenimiento preventivo de

    los sistemas se realice aislando mdulo por mdulo de tal manera

    que el resto del equipo contina en operacin sin dejar de protejer

    la carga. Su excelente eficiencia en escenarios de baja carga

    (durante el da) genera ahorros considerables en su operacin.

    Aeropuerto Internacional de la Ciudad de Mexico

    18

  • 19Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

    Es el aeropuerto ms crtico por condiciones atmosfricas (altitud

    y neblina) para las operaciones aereas del pas. Unico en el pas

    equipado con sistemas de aproximacin por instrumento Cat

    egoria III para condiciones de baja visibilidad.

    Reto

    Solucin

    Resultado

    Mantener la confiabilidad del suministro elctrico a los equipos de

    ayudas visuales, iluminacin de pistas y sistemas de

    aproximacin del aeropuerto para garantizar la seguridad y la

    continuidad de las operaciones.

    Se suministr 1 CleanSource UPS de 600kVA para proteger los

    equipos de ayudas visuales, iluminacin de pistas y sistemas de

    aproximacin, se instal en una subestacin sin ambiente

    controlado de libre ventilacin.

    El sistema ha protegido la carga por 12 aos continuos sin

    interrupcin, su flexibilidad de operacin hace que el

    mantenimiento preventivo del sistemas se realice aislando

    mdulo por mdulo de tal manera que el resto del equipo contina

    en operacin sin dejar de protejer la carga. Su excelente eficiencia

    en escenarios de baja carga (durante el da) genera ahorros

    considerables en su operacin por disminucin en factura

    elctrica.

    Aeropuerto Internacional de Toluca - Mexico

    19

  • 20Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

    Fabricante de tejas de barro y cermica para techos

    Reto

    Solucin

    Resultado

    Proveer un equpo robusto y confiable, para ser instalado en el

    piso de la fbrica en condiciones ambientales adversas (polvo y

    temperatura entre 30 40C). Cada corte o falla en el suministroelctrico de la red, provocaba el cierre de valvulas de gas por

    seguridad en el horno en el que se realiza el proceso de coccin

    de la teja, aire frio entraba a la seccin caliente del horno y los

    rodillos de cermica se rompan por enfriamiento subito

    generando tiempos fuera de hasta 6 horas y altos costos de

    reemplazo de dichos rodillos.

    Se suministr 1 CleanSource UPS de 600kVA para proteger el

    horno, un secador y las bandas de transporte automatizadas.

    Posterior mente se agregaron oficinas y otros procesos

    productivos.

    El sistema inicial de 600kVA fue expandido 3 aos despues de su

    instalacin a 900kVA y un ao despues se agregootro mdulo de potencia (MMU) para llegar a una capacidad redundante de

    900kVA N+1 los beneficios de recibir energa de calidad y

    respaldo se vieron reflejados de inmediato en aumento

    considerable en la producin mensual tras su implementacin. Se

    desinstal y reubic un banco de capacitores automtico ya que

    sta tara la realiza el UPS por lo que ya no era necesario.

    Fabrica de Tejas de barro Len, Gto. Mexico

    20

  • 21Proprietary and Confidential | 2016 Active Power Inc.

    Laboratorio Farmaceutico de gran prestigio

    Reto

    Solucin

    Resultado

    Los procesos farmacuticos deben ser realizados bajo estrictos

    controles ambientales y de control de calidad. Cualquier variacin

    de energa puede provocar perdida de equipos de apoyo para

    estas tareas ocasionando la perdida de materia prima, producto

    terminado contaminado y tiempo para generar las condiciones

    optimas para produccin nuevamente.

    En el ao 2009 se instal un CleanSource de 300kVA, dado el

    excelente desempeo del equipo en el 2014 se instal un

    segundo equipo con las mismas caractrsticas, actualmente se

    encuentran en proceso de adquisicin de un 3er equipo..

    El exelente desempeo del equipo, su bajo costo de operacin y

    mantenimiento asi como el aporte a la sustentabilidad hicieron de

    Active Power la mejor solucin siguiendo la politica ambiental por

    lo que han replicado el xito obtenido en diferentes reas de su

    proceso productivo

    Laboratorio Farmaceutico

    Boehringer Ingelheim Mexico

    21

  • http://rds.yahoo.com/_ylt=A0geuq.UZfdE_IsAyQ1XNyoA;_ylu=X3oDMTBqOWQ3NXJkBGNvbG8DZQRzZWMDc2MEdnRpZAM-/SIG=1l65kc08m/EXP=1157150484/**http:/images.search.yahoo.com/search/images/view?back=http://search.yahoo.com/search?ei=UTF-8&p=nbc+logo&h=200&w=240&imgcurl=images.zap2it.com/20031016/nbc_logo_240_001.jpg&imgurl=images.zap2it.com/20031016/nbc_logo_240_001.jpg&size=7.1kB&name=nbc_logo_240_001.jpg&rcurl=http://tv.zap2it.com/tveditorial/tve_main/1,1002,271|92396|1|,00.html&rurl=http://tv.zap2it.com/tveditorial/tve_main/1,1002,271|92396|1|,00.html&p=nbc+logo&type=jpeg&no=3&tt=1,830&fr=slv1-adbehttp://rds.yahoo.com/_ylt=A0geuq.UZfdE_IsAyQ1XNyoA;_ylu=X3oDMTBqOWQ3NXJkBGNvbG8DZQRzZWMDc2MEdnRpZAM-/SIG=1l65kc08m/EXP=1157150484/**http:/images.search.yahoo.com/search/images/view?back=http://search.yahoo.com/search?ei=UTF-8&p=nbc+logo&h=200&w=240&imgcurl=images.zap2it.com/20031016/nbc_logo_240_001.jpg&imgurl=images.zap2it.com/20031016/nbc_logo_240_001.jpg&size=7.1kB&name=nbc_logo_240_001.jpg&rcurl=http://tv.zap2it.com/tveditorial/tve_main/1,1002,271|92396|1|,00.html&rurl=http://tv.zap2it.com/tveditorial/tve_main/1,1002,271|92396|1|,00.html&p=nbc+logo&type=jpeg&no=3&tt=1,830&fr=slv1-adbe