Wanneer is energieterugwinning de moeite waard?
Regeneratieve omvormers maken regeneratieve energie bruikbaar
Regeneratieve technologieën voeren remenergie terug naar het elektriciteitsnet. Dit kan een zeer energie-efficiënte aanpak zijn. Deze technologieën brengen echter vaak hogere investeringskosten met zich mee. Er kunnen ook extra energieverliezen optreden door een slechtere efficiëntie, zodat er weinig tot geen energiebesparing wordt bereikt. Controleer daarom altijd of de investering in regeneratieve units de moeite waard is voor uw toepassing. Ontdek hoe in deze Tech Insight.
Energieterugwinning: Wat is regeneratieve energie?
In het dagelijks leven komen we generator-energieën tegen – bijvoorbeeld bij het remmen met een hybride of elektrische auto. Bij het remmen wordt de elektromotor van de auto een generator en vloeit de remenergie als elektrische energie terug naar de accu. Het principe van actie in de industrie is hetzelfde.
De energiestroom in snelheidsgeregelde aandrijfsystemen loopt van het elektriciteitsnet naar de aangedreven machine. Een snelheidsgestuurd aandrijfsysteem bestaat uit de volgende onderdelen: Het elektrische netwerk levert het vermogen dat nodig is om het werkproces aan te drijven. De omvormer zet de constante spanning en frequentie van het lichtnet om in variabele variabelen en geeft de motor de snelheid. De elektromotor drijft het werkproces aan door de elektrische energie om te zetten in mechanische energie. De aangedreven machine zet de mechanische kracht van de motor bijvoorbeeld om in beweging, materiaaltransport of druk.
Bij regeneratieve werking werken alle fysieke processen in de tegenovergestelde richting. Dit betekent dat onder bepaalde bedrijfsomstandigheden de energie van de aangedreven machine terugkeert naar de omvormer.
Wanneer treedt regeneratieve energie op?
De aangedreven machine genereert regeneratieve energie in bepaalde bedrijfstoestanden, zoals tijdens vertragingsprocessen van centrifuges. Hierdoor neemt de snelheid van de aangedreven machine af en komt de eerder opgenomen kinetische energie vrij. Het laten zakken van een takel of lift vertegenwoordigt ook zo’n bedrijfstoestand. Hier wordt de potentiële energie die eerder werd geabsorbeerd bij het optillen of vasthouden van de last weer vrijgegeven.
Als er een remproces plaatsvindt in een toepassing met een elektromotor, bijvoorbeeld wanneer een lift omlaag gaat, dan wordt er regeneratieve energie opgewekt die kan worden teruggevoerd naar het elektriciteitsnet.
De energie die de aangedreven machine afgeeft, wordt geabsorbeerd door de elektromotor, die nu als generator werkt, en omgezet in elektrische energie. Hoe vaker de beschreven bedrijfsomstandigheden zich voordoen, hoe vaker de motor als generator werkt en hoe meer regeneratieve energie kan worden teruggevoed.
Een deel van de energie gaat verloren als vermogensverlies door de mechanische arbeid van de belasting en de wrijvingsarbeid. Het resterende deel komt via de motor in de DC-koppeling van de omvormer. Het typische ontwerp van frequentieomvormers verhindert de energiestroom van de omvormer naar het lichtnet, waardoor de energie meestal wordt omgezet in warmte en wordt afgevoerd naar de omgeving in de vorm van vermogensverlies. Er worden verschillende regeneratieve technologieën gebruikt om de energie bruikbaar te maken.
Omgaan met regeneratieve energie
Laten we eerst kijken naar methoden waarbij de regeneratieve energie ongebruikt blijft en wordt afgevoerd, maar waarbij er geen of slechts lage investeringskosten zijn.
- Motor als remweerstand: De motor zelf werkt als een remweerstand en absorbeert de energie als thermische energie. Het basisprincipe is hier gebaseerd op een hermagnetisering van de motor. Als de regeneratieve energie echter te hoog is, kan de motor gemakkelijk oververhit raken, waardoor het risico ontstaat dat de motor beschadigd raakt en uitvalt.
- Remchopper met remweerstand: Remchoppers met remweerstand behoren ook tot de verliesremmethoden. Dit proces is ook onderworpen aan het principe van energie omzetten in warmte. De remchopper is een halfgeleiderschakelaar die de tussenkringspanning pulseert naar een remweerstand, waardoor een geklokte stroom in de remweerstand wordt gecreëerd. Deze stroom genereert warmte door de ohmse weerstand van de remweerstand, die wordt afgegeven aan de omgeving.
Hoe regeneratieve energie gebruiken
In de praktijk zijn er twee veelgebruikte technische oplossingen als alternatief voor de methoden met remverlies die de regeneratieve energie bruikbaar maken. Beide technische oplossingen zijn mogelijk met Danfoss frequentieregelaars.
- DC-koppeling door frequentieregelaar met actieve gelijkrichter: Dit type frequentieregelaar kan zijn DC-koppeling koppelen aan de DC-koppeling van andere apparatuur. Dit maakt het mogelijk om andere apparaten rechtstreeks te voeden met de geregenereerde energie. Er zijn echter enkele beperkingen waarmee rekening moet worden gehouden. Gebruikers moeten er bijvoorbeeld voor zorgen dat kortsluiting in één apparaat niet de andere apparaten kan beschadigen. Bovendien moet rekening worden gehouden met wat de gevolgen zijn als alle gekoppelde apparaten tegelijkertijd generator-gegenereerde energie uitzenden.
- Terugkoppeling van vermogen via regeneratieve frequentieregelaar: frequentieregelaar met een actief front-end of een actieve invoerconverter kunnen regeneratief opgewekte energie terugleveren aan het elektriciteitsnet. Deze apparaten vereisen een hogere initiële investering. Of deze apparaten rendabel zijn om terug te leveren aan het elektriciteitsnet hangt af van drie factoren.
Regeneratieve frequentieregelaar: Wanneer is de investering de moeite waard?
Met regeneratieve omvormers gaat regeneratieve energie niet verloren, maar wordt deze gebruikt. Dit verbetert de energie-efficiëntie. Vergeleken met nietregeneratieve omvormers hebben regeneratieve omvormers echter een lagere efficiëntie en navenant veel hogere verliezen. Daarom moet voor elke toepassing worden gecontroleerd of de regeneratieve energie deze verliezen kan compenseren en of de hogere investering in een regeneratieve omvormer de moeite waard is. De economische efficiëntie van regeneratieve energie kan worden bepaald door de volgende drie factoren:
- Hoeveelheid beschikbare regeneratieve energie: De meeste toepassingen genereren energie tijdens vertragingsprocessen. Deze energie neemt voortdurend af tijdens de snelheidsverandering. Theoretisch komt de regeneratieve energie overeen met 50 procent van het verschil tussen de energie in het systeem aan het begin van de vertraging en de energie in het systeem aan het einde van de vertraging. In werkelijkheid ligt deze waarde echter ergens tussen de 10 en 20 procent. Er zijn uitzonderingen voor liften, kranen en hijstoepassingen.
- Belastingscyclus en tijdsaandeel van regeneratieve werking: Hoe vaker een motor in de regeneratieve modus draait, hoe meer energie hij kan terugleveren aan het net. Daarom moeten de toestanden in de belastingscyclus die energie opwekken worden bepaald. Een lastcyclus wordt bijvoorbeeld gedefinieerd door het tijdsaandeel van heffen (werking van de motor) en dalen (werking van de generator) van een takel.
- Verliezen: De motor, kabels, versnellingsbak en zelfs het regeneratieve apparaat zelf genereren verliezen die de energie die aan het net wordt teruggeleverd verminderen. De verliezen van de regeneratieve omvormer zijn veel hoger dan die van een standaard frequentieregelaar. Dit komt omdat ze een actieve gelijkrichter gebruiken waarvan de verliezen twee keer zo hoog kunnen zijn als die van een normale gelijkrichter, zowel in bedrijf als in stand-by. Afhankelijk van het ontwerp genereren regeneratieve frequentieregelaars zonder de nodige filters meer harmonische stromen, wat ook kan leiden tot hogere verliezen in het net.
Voor de casus van de personenlift laat de berekening rechts zien dat het gebruik van remenergie economisch niet zinvol is.
In personenliften wordt regeneratieve energie opgewekt wanneer de lift naar beneden beweegt. Toch is het gebruik van regeneratieve frequentieomvormers niet zinvol, omdat het tijdsaandeel bij regeneratief bedrijf te laag is. De regeneratieve energie kan daarom de extra verliezen van de regeneratieve omvormer niet compenseren. Er kan niet worden bespaard door regeneratie. Het energieverbruik is lager met een standaard frequentieregelaar.
In de online tool kunt u spelenderwijs leren over deze samenhang. Daar kunt u de verborgen energie-efficiëntiekampioenen in uw gebouw ontdekken en nagaan waar energieterugwinning economisch zinvol is.
Het getoonde gebouw is gebaseerd op de Danfoss-productie in Graasten, Denemarken. Alle waardevariabelen van de besparingen en de bijbehorende berekeningen zijn gerelateerd aan de afmetingen van dit gebouw. Start uw energie-efficiëntie wedstrijd!
De tweede casestudy kijkt naar een binnenkraan. Het tijdsaandeel van regeneratieve werking is hoog. Er wordt energie bespaard dankzij de regeneratieve technologie. In het rekenvoorbeeld kan dit ongeveer 100 euro per jaar aan energiekosten besparen. De investering is dus al na twee jaar terugverdiend, en zelfs sneller als de energieprijzen hoger zijn.
Bedient u een takel, personenlift of centrifuge in de fabriek? Wilt u weten of regeneratieve energierecuperatie zinvol is? Neem contact op met een Danfoss-expert voor een individuele berekening.
Is het het allemaal waard? Naast energieterugwinning zijn er nog andere maatregelen om energie, kosten en emissies in het gebouw te besparen. Controleer het rendement van investeringen in energie-efficiëntie. Welke investeringen zijn zinvol? Welke maatregelen verdienen zichzelf relatief snel terug? Hoe u het rendement op investering (ROI) van investeringen in energie-efficiëntie kunt controleren, wordt in dit artikel in detail uitgelegd.
Ontdek uw kampioenen in energie-efficiëntie!
Energie is en blijft duur. Daarnaast moeten bedrijven de CO₂-uitstoot verminderen als onderdeel van hun ESG-doelstellingen. Veel bedrijven investeren daarom in hernieuwbare energie zoals zonnepanelen op het dak, of kopen groene stroom. Is dat genoeg? Ontdek de verborgen energie-efficiëntiekampioenen in uw gebouw met deze online tool. U leert welke instellingen tegelijkertijd de meeste energie, kosten en uitstoot besparen. Het getoonde gebouw is trouwens gebaseerd op de Danfoss-productie in Graasten, Denemarken. Alle waardevariabelen van de besparingen en de bijbehorende berekeningen zijn gerelateerd aan de afmetingen van dit gebouw. Start uw energie-efficiëntie wedstrijd!
Praat met experts
Waar kan energieterugwinning zinvol worden gebruikt in het gebouw? Of het nu gaat om een nieuwbouwproject of een bestaand gebouw, in commerciële gebouwen moet een nauwkeurig evenwicht tussen dynamische groei en duurzaam beheer worden gewaarborgd. Of het nu gaat om hotels, kantoren, datacenters of openbare faciliteiten, met de producten en aandrijfoplossingen van Danfoss kunt u aanzienlijke energiebesparingen, emissiereducties en kostenbesparingen realiseren. Wij ondersteunen u met deskundig advies over specifieke toepassingen en holistische oplossingen voor optimale efficiëntie in uw gebouw. Heeft u vragen over energie-efficiëntie met aandrijftechniek in uw gebouw? Boek dan eenvoudig een afspraak in de online expert kalender.
