PLUG AND SAVE. ERS P3k. Sistema de recuperación de energía para ascensores por Epic Power

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1 PLUG AND SAVE ERS P3k Sistema de recuperación de energía para ascensores por Epic Power Diciembre de

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3 DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO Epic Power es una empresa de reciente formación con sede en Zaragoza, España. La compañía es una spin-off de la Universidad de Zaragoza y tiene como misión diseñar, producir y vender sistemas de recuperación y almacenaje de energía para su utilización por el propio sistema. Nuestro primer y principal producto en junio de 2013 es el ERS P3k, un sistema de altas prestaciones que hace que los ascensores nuevos o ya instalados sean más eficientes y reduce directamente el consumo eléctrico. El producto lleva en desarrollo 4 años en cooperación con una empresa fabricante de elevadores (Felesa) a través de un proyecto de investigación y contando con el apoyo y soporte de varias empresas instaladoras y mantenedoras. 3

4 QUÉ HACE INTERESANTE A ESTE PRODUCTO? Los ascensores eléctricos incorporan un contrapeso. Cuando el elevador baja relativamente lleno (pesando más que el contrapeso) o bien sube relativamente vacío (con menos peso que el contrapeso), el motor que mueve el ascensor actúa como generador. Hoy por hoy, excepto en pocas excepciones, la energía generada se disipa en forma de calor en lo que se conoce como resistencia de frenado. Nuestro ERS P3k transforma esta energía de forma eficiente para almacenarla en un módulo de ultracapacidades. El diagrama que se puede ver más adelante muestra como un ERS P3k puede añadirse de forma muy sencilla a un ascensor ya en marcha o en uno nuevo y empezar a regenerar y ahorrar energía. 4

5 DESCRIPCIÓN TÉCNICA DETALLADA DEL ERS P3K El ERS puede ser instalado en casi cualquier ascensor existente o nuevo. El único requerimiento es que el ascensor pueda ser accionado por un inversor de voltaje y frecuencia variable conocido generalmente por sus siglas en inglés como (VVVF). Los más recientes ascensores hidráulicos también son accionados por inversores de este tipo. Los diagramas siguientes muestran de qué manera nuestro ERS mejora la eficiencia energética de los elevadores. Cuando la máquina eléctrica opera como generador, la energía resultante es inyectada en el bus de DC (continua) del VVVF. El ERS es capaz de absorber esta energía y almacenarla con una potencia dada por su valor nominal (3kW en el caso actual), esto se representa por la flecha verde en el diagrama. Si la potencia generada es mayor que la potencia máxima del ERS, la energía resultante es disipada de forma convencional, en la resistencia de frenado (flecha roja). Esto es un detalle importante de nuestro ERS, ya que al ser un sistema plug-in recupera toda la energía que puede sin interferir en el modo de operación convencional. Adicionalmente, si el ERS se estropeara queda desconectado. Esto proporciona altos niveles de seguridad funcional a la instalación, algo siempre importante en sistemas destinados a personas. Esta figura muestra un ejemplo real de un 5

6 ciclo de recuperación de energía. La potencia de la máquina eléctrica se muestra en azul y la línea verde muestra la potencia acumulada por el ERS. El área debajo de la curva muestra la energía almacenada. En este caso el ERS ha sido capaz de almacenar toda la energía que se ha generado. La segunda forma de operación de un ascensor sucede cuando la máquina eléctrica funciona como motor, demandando por tanto energía del bus de DC del VVVF. En ese caso el ERS se descarga, inyectando la energía requerida por el bus de DC (flecha verde) y minimizando el pico de potencia. Si la energía finalmente requerida es superior a la almacenada en el ERS, entonces la diferencia se obtiene de la forma tradicional, esto es, a través de la alimentación trifásica del variador (flecha roja). Se comprueba que la característica de neutralidad de la instalación se mantiene. La siguiente figura muestra un ejemplo del caso mencionado anteriormente. La línea azul representa el consumo de potencia de un ascensor, sin ERS y en rosa la potencia que se consume con nuestro ERS P3K. Como se puede observar, el pico instantáneo máximo se reduce en 3kW (de 8kW hasta 5kW). El área en cuadros verdes representa el ahorro de energía en el ciclo. 6

7 El ERS está constituido por un conversor de electrónica de potencia altamente eficiente y un módulo de ultracapacidades. El convertidor electrónico se encarga del intercambio energético entre el bus de continua del variador VVVF (entre 500 y 800V) y el voltaje de reducido valor del módulo de ultras (20-48V). El convertidor limita la potencia máxima intercambiable, pero el sistema es fácilmente escalable en potencia utilizando diversos convertidores en paralelo. De la misma manera, el módulo de ultracapacidades limita la energía máxima que se puede almacenar, pero apilando varios módulos en paralelo permite ampliar la capacidad de almacenaje del sistema. El diagrama anterior muestra las tres partes del ERS: Hardware: es el que realiza la función de conversión de energía eléctrica por lo que su diseño depende del tipo de ascensor. Esta parte habrá que escalarla a más o menos potencia en función del modelo de ERS. Hemos conseguido una eficiencia eléctrica del 95%. 7

8 Ultracapacidades: es donde se almacena la energía eléctrica, por lo que su diseño también depende del tipo de ascensor, y tendrá que ser rediseñado para cada modelo de ERS. La ventaja frente a las baterías convencionales es su funcionamiento a largo plazo, mucho más independiente del ciclado que las baterías y su mejor respuesta en entregar potencias elevadas en cortos intervalos de tiempo. Software: realiza labores de supervisión y control del hardware, siendo el responsable de las altas eficiencias de los convertidores de Epic Power. El mismo software sirve para cualquier potencia de hardware, por lo que no será necesario rediseñarlo y es la clave para la seguridad y los resultados adecuados en el ahorro. 8

9 La tabla resume los valores técnicos del ERS P3K: Potencia nominal Potencia escalable Energía nominal (escalable) Características principales 3kW Sí, (máx. 20kW) 80 KJ (sin límite) Eficiencia unidireccional 92% Eficiencia bidireccional 82% Función rescate (UPS) Sí (Nov. 2013) 9

10 CONSIDERACIONES ACERCA DEL AHORRO El ahorro estimado que el ERS P3k puede producir es un dato altamente variable en función de muchos factores. A continuación se mencionan los factores de influencia y unos parámetros mínimos que se han de cumplir. 1. E FICIENCIA MECÁNICA DEL ASCENSOR. Ha de ser superior al 60% y cuanto mayor mejor. En ese sentido son más favorables los ascensores de pórtico a los de mochila. Depende de la instalación del ascensor y de su mantenimiento. 2. P ESO DEL ASCENSOR. El ERS P3k es el óptimo para ascensores de 10 a 14 personas. Para ascensores más grandes o más pequeños sería conveniente adecuar el sistema (ver apartado de productos futuros). 4. V ELOCIDAD DEL ASCENSOR. No afecta al ahorro. 5. N ÚMERO DE PARADAS. No afecta al ahorro 6. D ISTRIBUCIÓN TEMPORAL de maniobras que alternen ciclos de generación y absorción de energía. Esto se da en ubicaciones de alto tráfico como hospitales, hoteles, etc 7. N ÚMERO DE TRAYECTOS. La recuperación y el retorno de inversión dependen altamente del grado de utilización del ascensor. Por todos los motivos anteriores existe una gran variabilidad de potenciales ahorros producidos por el ERS P3k. E N CASOS ÓPTIMOS EL AHORRO PUEDE SER DE HASTA EL 66% DEL CONSUMO PRODUCIDO POR EL MOTOR DEL ASCENSOR. El consumo de standby no se mejora por medio del ERS. El gráfico siguiente muestra los resultados en % de ahorro directo para una simulación de un ascensor de 1m/s, 750kg de uso muy frecuente mostrando ahorros de hasta el 45%. 10

11 Dada la gran variabilidad de todos los factores anteriormente mencionados Epic Power está trabajando en una herramienta de diagnóstico de ahorro que permita estimar el dimensionado de ERS más adecuado. Por el momento se pueden llevar a cabo estudios específicos por medio de medidores comerciales de altas prestaciones en aquellas instalaciones que puedan ser casos de gran interés. VENTAJAS FRENTE A SISTEMAS REGENERATIVOS A RED La principal ventaja de nuestro sistema es que no requiere la modificación de una instalación. En ese aspecto, lo que Epic Power ofrece es único y no existe en el mercado. Como alternativa a nuestro sistema existen los drivers regenerativos a red que requieren una modificación y sustitución del driver del motor del ascensor. Éstos ahorran al consumidor final en la medida en la que en el momento de la regeneración, otro sistema interno esté consumiendo. Sin la existencia de contadores bidireccionales, la eficiencia energética del sistema aumenta, pero no necesariamente el ahorro real para el cliente. La tabla siguiente muestra un resumen de las ventajas de 11

12 nuestro sistema frente a los regenerativos a red que otros fabricantes ofrecen: Regen systems Almacén local ERS P3k Dificultad instalación Complejidad tecnológica sistema Ventajas para mercado RETROFIT Perturbaciones en la línea x Ahorro de energía x Ahorro económico con contador bidireccional Ahorro económico sin contador bidireccional x Función UPS (rescate) x (Nov. 13) Soporte al consumo indirecto x Reducción pico potencia consumida x SITUACIÓN ACTUAL La fotografía de la página siguiente muestra una versión instalada del ERS P3k. Este modelo está en estos momentos en desarrollo de una serie de 28 unidades. El producto ha sido testeado en torres de pruebas de nuestros partners en el desarrollo y en diversas ubicaciones en España. Existen dos ERS en servicio desde el mes de octubre de 2012 y actualmente estamos instalando 8 ERS en diferentes ubicaciones (residenciales, hoteleras y de oficinas). La figura muestra una instalación de las más recientes, del 24 de mayo de 2013, en Zaragoza. El portátil es únicamente para la instalación y pruebas iniciales. El módulo de comunicaciones desarrollado para controlar remotamente el sistema y tomar datos es un elemento mucho más compacto. 12

13 VENTAJAS COMPETITIVAS DEL ERS P3K No existe en el mercado libre una solución de este tipo. Lo único que puede ser parecido son los drivers de motor que son regenerativos, devolviendo la energía a la red. Nuestras ventajas competitivas son las siguientes: 1. La energía eléctrica consumida por el ascensor disminuye. El ahorro depende del tipo de ascensor, de la altura, del número de trayectos y del nivel de ocupación de los mismos. 2. Sencillez: El sistema puede incorporarse en nuevas instalaciones o en instalaciones pre-existentes (retrofit), mediante la conexión de 2 únicos cables (concepto Plug&Play ) 3. Escalable en potencia y energía. Puede ser ajustado a cada instalación concreta maximizando el ahorro o la rentabilidad. Para ello se dispone de un software desarrollado en Epic Power 13

14 que ayuda al cliente a seleccionar la mejor opción para su instalación. 4. Función rescate (UPS) o lo que denominamos ERS RecueAid. Puede realizar la función de fuente de energía en caso de avería para realizar una maniobra de rescate, ahorrando la necesidad de instalar una UPS convencional y ahorrando ese coste al instalador (el más extendido es el sistema desarrollado por Emergenzamatic y tiene un coste de unos 2k ). Esta ventaja también está siendo desarrollada a instancias de las necesidades expresas de los futuros clientes. 5. La energía no se devuelve a la red, se almacena y se reutiliza. Para devolver a la red tiene que ser posible el contador bidireccional. En cualquier caso el coste de devolver a la red hace que en este tipo de sistemas el retorno de inversión sea demasiado lento. Regenerar a la red implica normalmente que no hay ahorro para el usuario final. 6. El pico máximo de potencia consumida se reduce con lo cual es factible tener contratos con un tipo fijo inferior. PRODUCTOS DE FUTURO Los siguientes productos están actualmente bajo desarrollo por parte de Epic Power. El plazo depende en cada caso. Para mayor información mándenos un mail. UCS 052F. Un módulo de ultracapacidades de diseño propio que está específicamente ajustado para satisfacer nuestras necesidades de energía y potencia. ERS R ESCUE A ID. Una ampliación del ERS que permite que el ascensor pueda usar el remanente de energía almacenada para rescatar el ascensor en caso de corte de luz. ERS C OMMS YS. Un sistema de comunicaciones industrial que permite monitorizar y operar el ERS de forma remota, proporcionando información sobre la energía almacenada y reutilizada y otros parámetros críticos, así como encender y 14 apagar el sistema remotamente.

15 ERS P05K. Una versión de bajo coste del ERS que está específicamente diseñada para ascensores de entornos residenciales que permita un retorno de la inversión razonable en ese caso. ERS P10K. Un producto diseñado para ascensores grandes de tipo industrial, hoteles y hospital: Potencia de hasta 10 kw. ERS D IAGNOSIS. Un sistema sencillo, que también incorpora un módulo de comunicaciones, que permite medir la potencia y el intercambio energético en una determinada instalación concreta. RAZONES PARA ESCOGERNOS No existe en el mercado libre en este momento en el mundo ningún sistema plug&play de recuperación y almacenaje de energía. Existen sistemas regenerativos a red y existen ascensores de fabricantes multinacionales que tal vez incorporen este tipo de sistemas en los ascensores completos, pero hoy por hoy, un pequeño fabricante, un instalador y mantenedor de ascensores o una empresa de eficiencia energética, NO PUEDEN incorporar este tipo de sistemas a su cartera de productos porque NO EXISTEN. El poder incorporar un ERS_P3k permite: Cumplir normativa Mejorar la clase energética de un ascensor Acceder a contratos de mantenimiento de ascensores Ampliar novedosamente el número de elementos de mejora de eficiencia en un edificio. Ahorrar energía y coste de factura eléctrica. En nuestra web se puede encontar la información detallada y novedades. 15

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