Dutch Fluid Power Conference 2017

Transcriptie

1 Dutch Fluid Power Conference 2017 Hydraulisch direct versus Elektrische aandrijving Jan Hein van den Broek Marius Hendriksen

2 Overwegingen bij het ontwerpen van een aandrijflijn. Trends: Elektrificering van de aandrijving van wielen, rupsband, scheepsschroef Ontwikkeling: elektrificering van de operationele delen, translerend & roterend

3 Ontwerp aandrijving, waarmee rekening te houden Wetgeving Wetgeving: (Inter)nationale regelgeving Klantwens Klantwens: Producent - Gebruiker Techniek Initiele investering - CAPEX Gebruik Instandhouding Techniek: - OPEX

4 Technische afwegingen: Regelbaarheid - toerental/koppel - herhaalnauwkeurigheid Rendement Schokbestendigheid Vermogensdichtheid Onderhoud IoT connectivity (i4.0) Energiemanagement & logistiek

5 Roterende aandrijving: mechanisch technische opties Power Grid Hydrostatische verbinding - mechanische verbinding

6 Dezelfde toepassing andere keuzes

7 Keuzes vanuit de operationele omgeving Beschikbare ruimte Toelaatbaar gewicht Veiligheid Stootvastheid (Piek) Vermogen Regelnauwkeurigheid Kinetische energie Reactiesnelheid Massatraagheid Vermogensdichtheid Regelbaarheid

8 Kinetische energie / massatraagheid Energie nodig voor versnellen/vertragen E k ½Iω 2, waarin I de massatraagheid en ω de hoeksnelheid. Bij direct aangedreven assen wordt E k bepaald door het toerental van de snelst draaiende as in de aandrijflijn E k ½Iω 2

9 Stootvastheid/Vermogensdichtheid Voortstuwing: Mainstream elektrisch. tot 3000kW is hydraulisch mogelijk Electric steering motors (compact, lage inertie) Stuurmachine, pod-drive: Mainstream elektrisch Hydrauliek bij ijsgaande schepen (spelingsvrij, lage inertie)

10 Gewicht/Massatraagheid DFPTC is een initiatief van

11 Massatraagheid: Size matters! DEME Amazone Cutter power 2500 kw (2x 1250 kw Elektrisch) Booster: 1250 kw Hydraulisch

12 Applicatie: Stacker-reclaimer Afweging: gewicht voor aan de boom van de machine. Zwaardere aandrijving; meer contragewicht, zwaardere constructie, zwaarder uitgevoerde wielaandrijving. Geen goed/fout. Kwestie van goed afwegen (links lange boom, rechts korte boom).

13 De transportband: Continue transportband: Rustig aanlopen en stoppen. Gebruik: continu op dezelfde snelheid Ideaal voor een elektrische aandrijving met TWK. Apron feeder: Frequent starten en stoppen. Hoge aanloopbelasting. Stotende belasting.

14 Ontwerp aandrijving, waarmee rekening te houden Klantwens Wetgeving: (Inter)nationale regelgeving Wetgeving Techniek Klantwens: Producent - Gebruiker Initiele investering - CAPEX Gebruik Instandhouding - OPEX Energie-efficiency, opslag, distributie en regeneratiemogelijkheden

15 Power Supply fuel consumption Environment heat emmision power supply surplus- / return power recovered power Energy Dissipation Power Distribution Energy Storage surplus- / return power consumed power surplus- / return power return power Energy Consumers

16 Energie opslag in batterijen Energievorm potentiaal :E is uitgedrukt in Watt-uur (1 Wh 3600 J) DC-Bus constant voltage DC-DC Converter variable voltage Battery / Super Cap Stack Battery systems Capaciteit wordt gerealiseerd door het aantal cellen in serie en parallel De ontlaatdiepte beinvloed de levensduur van de stack Operationele temperatuur bandbreedte is beperkt tot 0 T 65 graden C

17 Energieopslag in hydraulische accu Capaciteit : Druk x Volume Vermogen wordt bepaald door de Aangesloten pomp: volume x drukval per tijdseenheid Hydraulische accu Capaciteit wordt gerealiseerd door het accuvolume De ontlaatdiepte is 100% en beinvloedt de levensduur minimaal Energie opslag/terugvoer ± 50-75% van de totale accu capaciteit

18 Energieopslag in een vliegwiel Energy vorm kinetisch: DC-Bus E I * ω 2 in J Inertia I in kg.m 2 Speed ω in rad/s Pump control Inverter DC-AC M Hydraulic System Vliegwiel

19 Opslag medium selectie criterium: Typical application load cycle time - charge & discharge Storage type Accumulators Flywheels Batteries Super Capacitors Typical cycle times 0,5 25 seconds 0,5 seconds 5 minutes > 15 minutes 0,1 15 seconds

20 Flywheel energy storage Flywheel energy storage Battery systems DFPTC is een initiatief van Voorbeeld applicaties Lift boat Jacking up / down Crane Hoisting, luffing, slewing Offshore AHC crane Hoisting, luffing, slewing Propulsion Sailing and maneuvering Cycle: 90 minutes lifting or lowering Cycle: 1-5 minutes lifting and lowering loads. Cycle: 5-15 sec. heave compensation cycle determines the power requirement Typical cycle: >15 minutes Voorkeur oplossing: Battery systems

21 Power Supply fuel consumption Environment heat emmision power supply surplus- / return power recovered power Energy Dissipation Power Distribution Energy Storage surplus- / return power consumed power surplus- / return power return power Energy Consumers

22 Energie management Resultaat: een verbetering van de totale energetische effectiviteit. Lagere TCO Inverters M ~ M ~ Hybride drive concept M M M M M ~ ~ ~ ~ GB ~ GB M ~ M ~ DC-bus ~ ~ Rectifiers AC Grid Brake choppers Battery storage DC-DC converters Capacitor storage

23 Conclusie Ontwerp criteria Quick & Dirty: Keuze mechanisch of hydrostatische connectie: Neem het gehele aandrijfsysteem en de operationele omgeving mee in de keuze. Overweeg een hydrostatische connectie bij frequent starten/ stoppen, stotende belasting en (hevige)trillingen, ruimtegebrek, gewichtsbeperking, spelingsvrij (4 kwadranten) aandrijving of combinaties hiervan. Anders de elektro-mechanische variant. multi-technology aandrijfoplossing met gebruikmaking van een DC-Bus als back bone voor energie distributie

24 Questions DFPTC is een initiatief van