Компания
192,06
рейтинг
11 декабря 2014 в 10:10

Разное → Как мы монтируем ДДИБП: огромные маховики в дата-центрах и средство аварийного резерва ответственных объектов


Пакетирование ДДИБП во всепогодный контейнер

Последние отечественные ДДИБП стоят на Байконуре. В какой-то момент в нашей стране была утеряна технология производства больших кинетических накопителей, и теперь мы возим их из Голландии.



Грубо говоря, ДДИБП — это большой такой волчок, установленный на строго горизонтальном валу. Ротор трёхфазной асинхронной машины вращается со скоростью 3 тысячи оборотов в минуту, а ротор генератора (снаружи) работает на скорости 1500 оборотов в минуту. Основная цепь питания проходит сквозь эту систему. Стоит питанию пропасть — и раскрученный тяжёлый волчок будет крутить генератор через электромагнитное поле ещё некоторое время. Переключения по факту нет — система продолжает работать без изменения графика напряжения, частоты и силы тока. На современных установках «горячий» дизель выходит на номинал 3–15 секунд.

Детали про устройство


Ещё раз: мы раскручиваем волчок и почти бесплатно поддерживаем его вращение любое время. При отключении питания накопленная механическая энергия преобразуется в электрический ток без переключения линии. Умная автоматика следит за тем, чтобы вал генератора при этом вращался с прежней скоростью. Времени торможения волчка достаточно для запуска дизеля, и батареи ИБП не нужны. Кстати, это важно, я видел бизнес-центр, где ДДИБП ставили из-за того, что стандартные батареи просто проломили бы перекрытия своей массой.

Но давайте посмотрим на обычную схему резервного питания – вот такие линейки батарей ИБП:



При пропадании питания они обеспечивают примерно 7–15 минут работы до включения и синхронизации дизелей. Проблема дата-центров и других ответственных объектов именно в этом первом периоде: потом запускается дизель-генератор, и всё продолжает штатно работать (либо с деградацией сервисов до критичных, например с полуотключённым освещением).

Батареи для небольших объектов практичны, дёшевы, легко резервируются и наращиваются. Во-первых, при этом они чисто физически очень тяжёлые (у нас был случай, когда резервирование питания в бизнес-центре с несущей способностью перекрытий около тонны на метр было просто нереально дорогим в реализации и вдобавок из-за занимаемых площадей, которые можно было бы отдать под аренду). Во-вторых, они медленно травят газ (водород), и что бы ни писали в документах, это требует отдельной вентиляции, а иногда и системы кондиционирования. В-третьих, у них ограниченный ресурс, и их надо менять в среднем раз в 5 лет. Замена 1 МВт — 2,5 миллиона рублей с учётом правильной утилизации отработанных модулей. В-четвёртых, батареи очень требовательны к климату: обычная вилка — от 18 градусов Цельсия до 22. Выход за границы температурного диапазона — сокращается время службы. И последнее, на что в России в целом не обращают внимания: свинцовые батареи жутко не дружат с экологией.

ДДИБП, соответственно, не требует таких сложностей, но зато:
  1. Резервируется целиком (нужен второй такой же)
  2. Требует куда большего технологического уровня производителя. В нашем случае это означает доставку из Голландии и соответствующие цены.
  3. Нужны регулярные ТО (это всё-таки двигатель с движущимися частями, и за ним нужно ухаживать). Однако здесь стоит заметить, что и статические ИБП с аккумуляторами также требуют регулярного обслуживания с той же периодичностью, что и ДДИБП, что уравнивают их по данному показателю.




Плюсы — меньшая площадь под технологические нужды, больший срок службы (25 лет, но у меня лично ещё нет проектов с такой давностью реализации, максимум моя установка проработала 12 лет, но я видел у коллег в Голландии и 30-летние образцы), комбинация дросселя и синхронного генератора работает как фильтр внешнего питания (нет пиков, колебаний частоты, падений напряжения и переходных процессов). Как правило, ДДИБП поставляется одним комплексом от одной компании, поэтому не нужно согласовывать работу разных модулей. Коэффициент мощности cos(f)>0,98. Дело в том, что нет выпрямителей и инверторов — вместо потерь на преобразовании с ИБП действует линейная схема. Эффективность традиционной системы около 90–93%, кинетического же накопителя не менее 97%.

Стоит добавить ещё одну очень важную вещь: современные ДДИБП комплектуются дизелем, находящимся в «горячем» режиме, похожем на «спящий» режим работы ноутбука. При готовом прогреве выход на номинал — 3 секунды. Это не опечатка, действительно 3 секунды. Расплата — примерно минус 20% расчётного срока службы от «холодного» режима, но зато те, кто хоть раз видел обесточенный медцентр во время операции, оценят.

А ещё ДДИБП вполне штатно ставится на улицу, благо его режим — от +5 до +40. В комбинации с подобающим всепогодным контейнером его вообще можно ставить в поле, что часто и делают в мобильном исполнении.



Кто использует


ДДИБП чаще всего ставится в дата-центрах. В России есть несколько объектов класса TIER III или аналогичного по уровню надёжности, где установлены кинетические накопители. Кроме того, мы ставили машину в офисные центры и на закрытые объекты. Доходило до того, что в список критичного оборудования входили не только лифты, свет и ИТ-системы, но и обычная кофеварка, которая должна продолжать поддерживать работу экстренного ситуационного центра даже в случае физического нарушения всех внешних энергоснабжающих лучей питания.

В других странах большие ДДИБП используются ещё на правительственных и военных объектах, в административных зданиях. Поменьше — в медцентрах для критичных операционных, в ряде офисов. Как покупатели машин у наших голландских партнёров отметились Google для ЦОДов, ряд крупных авиакомпаний для своих объектов диспетчеризации, Intel для полупроводниковых производств, текстильные фабрики, Ford, Nokia, AT&T, натовская оборонка, тяжёлая промышленность (тот же Shell), банки, фармацевтика и здравоохранение.

Китайцы, например, в последнее время очень активно резервируются именно ими (наверное, тоже столкнулись с проблемой толщины перекрытий и вопросом хранения батарей ИБП, либо просто научились считать деньги). У нас, например, есть ЦОД оператора, где 3 этажа отданы под стойки, а ещё два этажа — под батареи с силовыми установками. Итого 40% полезной площади занимают линейки питания (вспомогательной инфраструктуры).


Пример в США: 750 квадратных метров батарей против 350 квадратов ДДИПБ + дополнительные сервисы

В России я бы не советовал использовать ДДИБП при потреблении меньше мегаватта, но, конечно, в любом каждом конкретном случае при принятии решения выбора использования технологии бесперебойного электроснабжения важных потребителей, требуется полноценный качественный расчёт и экономическое обоснование применения оптимального решения.

В 2013 году начался настоящий бум запросов на кинетику. Правда, на практике всё равно берут батареи, они в кратковременном кейсе выгоднее, меньше капитальных затрат, и поставка быстрее. А инженерку, кто не знает, на строительстве большинства административных объектов, отдают по остаточному принципу, лишь бы хватило денег. Если же план на 5–6 лет и больше, то люди задумываются о своих затратах, и вот тут приходит понимание про ДДИБП, ТСО, энергоэффективность и т.п. Начинается работа моей команды.

Комикс «один день российского питания»


Пока мы не пошли дальше, давайте ещё раз покажу, чем волчок лучше стандартной схемы. Итак, пока у нас есть питание, и ДДИБП просто работает как фильтр:





Хоп! Пора переходить в дизельный режим:



При непрерывном подвозе топлива время работы ничем не ограничено:



И назад в штатный режим:



На рисунке двойной стартер, предварительный нагрев, непрерывная смазка, самотёчная система подачи топлива, антивибрационный демпфер, муфта сцепления свободного хода. Нормальный режим — активный фильтр. Дизельный режим — питание от генератора.

Проект и поставка


Теперь возвращаемся к ходу работ. Итак, сначала проект. 9–10 месяцев уходит на всю проектную документацию, включающую инженерные системы здания. Из них 2 месяца — на сам проект ДДИБП, остальное — на смежные инженерные системы и согласование. Это быстро, потому что есть, опять же, важный момент. Мы оформляем ДДИПБ как мобильный объект с дизелем.

Так вот, дело в том, что дизель в мобильном исполнении существенно проще согласовывать, требуется куда меньшее разрешений. На стационарный вариант — бумага от пожарных, бумага по экологии, бумага про то, что делать, если соляра потекла. Да и заказчику при переезде удобно: пригнал кран, подцепил контейнер, унёс. Контейнер выполняется шумозащищённым, поэтому снаружи слышно всё согласно нормам и правилам (а вот внутри нужны беруши). Обычно комплектуем контейнер глушителем и катализатором, чтобы не было выхлопов: инженеры шутят, что если ДДИБП стоит на МКАДе, лучше дышать прямо около выхлопной трубы, воздух чище. Из контейнера выводятся линии на мониторинг и управление, если есть общий пульт службы эксплуатации — туда. Как правило, монтаж — это 4 контейнера: 2 установки ДДИБП с дизелями и по два контейнера поменьше с силовыми щитами. Охлаждение — как у обычного дизеля.



Затем по факту готового проекта делается заказ на производство. Примерно через 4 месяца машина под проект готова, собрана и протестирована, её можно везти в Россию.

Установка всегда собирается под конкретный проект. Сначала разработка проекта, потом заказ компонентов из десятков компаний по всему миру (примерно как собирается «боинг»). Тесты, проверка, отладка. Затем обязательное тестирование всех режимов работы собранного оборудования с присутствием представителя заказчика (это чтобы подтвердить, что до перевозки всё работало в заданных параметрах, идеально). Производитель за 50 лет сделал чуть больше 1600 машин, это крупнейший в мире показатель в данной отрасли. Вот распределение по миру всех установок с суммарными мощностями на базе их оборудования:



На заводе — испытательный стенд:







На выходе комплект состоит из двух очкариков и штуки длиной около 10 метров. Инженеры заказчика сопровождают её до финала и помогают в монтаже. Как правило, после прогонов на заводе машина разбирается (цельный вал не возят), и отправляется заказчикам по морю или по суше. В нашем случае фуры тащат компоненты на сборочную площадку в Подмосковье. Там она собирается внутри контейнера. Если контейнера нет и установка внутри здания, то сборка уже по месту в подготовленном помещении.

Контейнер по высоте обычный, а вот по габаритам — нестандартный. Разрешения, машина ДПС с мигалкой, продуманный маршрут — и рано-рано утром или ночью везём контейнер. В этом месте все больше всего нервничают — требования очень высокие. Конечно, всё страхуется, но если эта штука упадёт или ударится обо что-нибудь — ещё 4 месяца минимум на сборку новой машины. Те же стропы берутся с большим запасом, железо тяжёлое. Последний раз везли четырьмя длинномерами по дорогам общего пользования.


Погрузка в транспортный контейнер у производителя

Пусконаладка — наши спецы и два инженера производителя. Неделю-две гоняют полные тесты. Допуски очень серьёзные, смотрят всё: контакты, соединения, цепи. Дальше — запуск. Если заказчик разрешает, отдаём в реальном времени телеметрию прямо в поддержку производителя. Реже собирают лог на объекте монтажа и отправляют почтой. В целом можно так и не делать, но поддержкой и гарантией все пользуются.

Время от времени делается регламентное ТО. К нему нужно готовиться заранее: не менее чем за 1 месяц нужно заказать необходимые расходные материалы и запчасти. В целом на наших собственных складах оперативного резерва наиболее важные части есть, а вот более серьезные детали, такие как роторы, резервирует сам производитель. Замена детали с оперативного склада занимает 4–6 часов.

Если на ТО приезжает представитель производителя, то это целое представление. У них есть человек-ухо, который ходит с фонендоскопом и слушает подвижные элементы. Он по опыту знает, что, где и как должно урчать. Но, конечно, делает строго регламентированную работу по чёткому набору инструкций.

Из неожиданных вещей у нас был случай, когда вместо положенных 5 месяцев на инженерку нужно было уложиться за 2 (строители запоздали, это норма в этой сфере). Тестировали без перерывов, уложились. Был момент, когда один большой начальник на стройке сказал: «Так, вот этого, этого и вон тех двух не выпускать с территории, пока всё не закончат». Так часть команды не могла попасть домой.

Если есть вопросы — отвечу на теоретические в комментариях, а на практические по конкретно вашему объекту — в почте Pvashkevich@mail.ru.
Автор: @Pvashkevich
КРОК
рейтинг 192,06

Комментарии (43)

  • 0
    Интересно, а такого плана системы когда-нибудь рассматривались в качестве резерва вместо акб?
    www.membrana.ru/particle/3111
    • 0
      Промах, ответил вам ниже.
  • 0
    А поддержание вращения ротора в «спящем» режиме происходит за счет сети?
    • 0
      да, именно так
  • +2
    То, что делаем мы – это комплекс, связка динамического накопителя и ДГУ. Т.е. это законченная система, гарантированно обеспечивающая качество и надежность электроснабжения фактически на неограниченный срок, при условии пополнения топливом и маслом и своевременного проведения регламентных работ (без отключения потребителей, т.к. система обеспечена резервом). Машины, приведенные в статье по вашей ссылке – это только накопители с инверторами, время автономии которых ограниченно и для решения стоявшей перед нами задачи потребовался бы еще и ДГУ, причем с гарантированно быстрым запуском. В результате задача по обеспечению качества и надежности электроснабжения распалась бы надвое с привлечением двух поставщиков с размыванием ответственности, а значит и с потенциальным ухудшением качества решения. Описанный по ссылке накопитель сложнее и содержит мощные полупроводниковые элементы в составе инвертора. У нас все гораздо проще и «дубовее» (как в армии). Полностью электромеханическая машина – все просто и надежно. На наш взгляд такой подход для ряда конкретных задач предпочтительнее. Второй важный фактор — 30-летний накопленный опыт эксплуатации, которого у устройства по ссылке просто нет.
  • +3
    Немного размышлений по поводу ДДИБП и ДГУ+ИБП.

    Насколько я помню, время автономии ДИБП составляет меньше минуты. Таким образом, совмещение следующих решений:
    1. Размещение ЦОД в серверных широтах для максимального использования возможностей фрикулинга
    2. Размещение ДДИБП на улице во всепогоднем контейнере
    уже невозможно, т.к. столь малое время автономии не рассчитано на возможные проблемы запуска дизеля из-за низкой температуры.

    Плюс, да — замена комплекса АКБ — это действительно от 2 до 5 млн. руб./ МВт (теперь уже даже дороже из-за курса), но это все же планируемые замены, изначально легко рассчитываемые. В случае с аварийным выходом из строя, меняется только одна цепочка из ~40 АКБ, а иногда и вообще только одна АКБ (если авария на свежих батареях). В случае с аварией ДДИБП ремонт может встать легко в ~40% цены нового агрегата.
    Ну и все же нормальные АКБ меняются раз в 10 лет при заявленном сроке службы 12-15, про 5 лет — это уже лукавство :)

    Экология… свинец из АКБ отлично утилизируется. Причем, отработанные АКБ сдаются еще и за деньги, т.е. часть затрат возвращается. Отработанные ГСМ (которые есть в обоих случаях) вы никуда уже не сдадите, а утилизировать их также надо.

    Плюс, ТО ДДИБП подразумевает отключение сразу двух узлов — бесперебойного и автономного источников. При использовании стандартной связки ИБП+ДГУ риски чуть ниже.

    В итоге все зависит от схемы резервирования, системы ВО и т.д. и в интегральном случае преимущество ДДИБП все же под вопросом.
    • +3
      >Насколько я помню, время автономии ДИБП составляет меньше минуты.
      Неверно. Точнее, вы говорите про сам волчок без «горячего» дизеля, выходящего на номинал за 15 секунд. Время автономии ДДИБП ограничено только запасом топлива. Если говорить об автономии именно динамического накопителя, то да, там секунды. Но это не имеет значения, т.к. производитель гарантирует (и обеспечивает!) запуск и прием нагрузки дизеля за это время при условии соблюдения требуемых условий содержания машины. Если агрегат заморозить, то что ДДИБП, что ДГУ – ничто не поможет.

      > Размещение ЦОД в серверных широтах
      Климатические особенности – это как раз вопрос решенный. Как пример – использование обычного ДГУ в контейнерах специального исполнения для соответствующего климата. Подобных реализованных проектов масса. ДДИБП в этом плане аналогичен требованиям ДГУ. Как возможный вариант, возможно размещать ДДИБП внутри здания с соблюдениям соответствующих норм и правил. Подобный опыт реализации у нас так же был. Ну и на всякий случай – большая часть ответственных ЦОДов размещаются недалеко от инфраструктурных узлов Москвы, потому что важна latency.

      >Размещение ДДИБП на улице во всепогоднем контейнере
      При нормальной работе службы эксплуатации проблем с запуском нет никаких. Если служба эксплуатации неадекватна, то можно будет привести еще десяток вариантов способов, как они смогут «уложить» ЦОД без участия ДДИБП. Еще раз повторю, если ДДИБП равно как и ДГУ заморозить, то 5-10-20 минут автономии на батареях ничего не дадут (слегка продлят агонию руководителя службы эксплуатации объекта). Для крайнего севера ДДИБП прекрасно можно смонтировать внутри арктического теплого контейнера, либо внутри самого ЦОДа, либо внутри вспомогательного теплого помещения. Проблем в этом нет. Мы монтируем по средней полосе снаружи зданий, в основном, из-за удешевления процесса получения разрешений.

      >Плюс, да — замена комплекса АКБ — это действительно от 2 до 5 млн. руб./ МВт
      Печаль в том, что о выходе из строя АКБ очень часто узнают именно в момент, когда требуется автономная работа. Т.е. по жизни они стоят нормально, даже тесты регулярные проходят, а вот в момент «боевой тревоги» происходит обрыв или выход из строя силового полупроводника в ИБП. Причем это все быстроразвивающиеся аварии. В ДДИБП механика. Ротор вращается – ты уверен, что энергия запасена (наблюдается визуально) и может быть выдана в любой момент. Кроме того, в ДДИБП отсутствуют силовые полупроводниковые элементы, нагруженные рабочим током потребителя. С батареями такой уверенности нет, силовые полупроводники, работающие на потребителя есть.

      >Экология… свинец из АКБ отлично утилизируется.
      Да, но эта процедура весьма масштабна и занимает немалое время. Причем работы ведутся внутри ЦОД. Понимаю, что сдавать АКБ в утилизацию – это мечта служба эксплуатации (тут есть чем поживиться). Но это не мечта руководителя ЦОДа. Для него чем меньше масштабных вмешательств в систему, тем лучше. В целом, конечно, не спорю, на небольших проектах классические ИБП часто оказываются выгоднее ДДИБП.

      >При использовании стандартной связки ИБП+ДГУ риски чуть ниже.
      Зато вероятность выхода из строя этих двух разнотипных отдельных узлов выше. Резерв нужен и там и там, и на связующих звеньях. Без резерва никак.

      >В итоге все зависит от схемы резервирования, системы ВО и т.д.
      Разумеется. Важно знать плюсы и минусы возможных вариантов решений и грамотно и к месту применять их. В этом полностью с вами согласен. У себя, например, мы сделали бассейн с захоложенной водой и классические ИБП – получилось конкретно по нашему 8 МВт ЦОДу TIER III эффективнее. Но есть случаи, когда надёжный ДДИБП просто незаменим.

      • +1
        Точнее, вы говорите про сам волчок без «горячего» дизеля,

        Ну, как бы именно потому я и написал ДИБП, а не ДДИБП.
        В случае с ДГУ+ИБП автономия именно потому и составляет 7-10 минут, что регламентно рассчитано на время с учетом до двух ошибок запуска ДГУ с автоматическим перезапуском (дефолтный таймер 30 секунд). А также на случай ошибки системы запуска и возможности запуска вручную оператором (который на важном объекте быть обязан).

        Печаль в том, что о выходе из строя АКБ очень часто узнают именно в момент, когда требуется автономная работа

        Ну вот уж нет. Потому что:
        При нормальной работе службы эксплуатации проблем… нет никаких
        . Даже исключая профессиональные системы мониторинга АКБ в режиме реального времени (которые да, довольно неприятны по цене, согласен), есть вполне стандартные регламентные процедуры, которые отлично выявляют состояние АКБ.

        Кроме того, в ДДИБП отсутствуют силовые полупроводниковые элементы, нагруженные рабочим током потребителя. С батареями такой уверенности нет, силовые полупроводники, работающие на потребителя есть.

        Вот это, простите, не понял. У вас в любом случае есть в цепи преобразователи или управляющие элементы. Они в любом из случаев могут выйти или не выйти из строя.

        Зато вероятность выхода из строя этих двух разнотипных отдельных узлов выше. Резерв нужен и там и там, и на связующих звеньях. Без резерва никак.

        Ну у ИБП в любом случае есть байпас, так что его выход из строя все же не является несомненной катастрофой.
        Плюс, все же в случае с ДГУ+ИБП большая гибкость относительно схем резервирования. И с учетом этого риск аварии во время ТО ниже. В случае с ДДИБП единственным решением ведь получается что будет только схема N+2? Потому что 2N уже чересчур дорого.

        P.S.: единственный фактор, который я особо не смотрел — это динамические переходные процессы. Насколько ухудшается качество сети нагрузки в случае с ДДИБП?
    • 0
      Размещение ДДИБП на улице во всепогоднем контейнере
      уже невозможно, т.к. столь малое время автономии не рассчитано на возможные проблемы запуска дизеля из-за низкой температуры.

      Кто мешает ставить подогрев цистерны с дизелем и подогрев контейнера?

      В случае с аварией ДДИБП ремонт может встать легко в ~40% цены нового агрегата.

      А какова вероятность и что по вашему там может сломаться? В ДДИБП то что имеет большую вероятность поломки это дизель. Который между
      прочим в стандартной схеме есть.

      Плюс, ТО ДДИБП подразумевает отключение сразу двух узлов — бесперебойного и автономного источников. При использовании стандартной связки ИБП+ДГУ риски чуть ниже.

      Ну по этой причине и пишут что их надо два. Один выключают, второй работает.

    • 0
      Секунды по аппарату в статье только потому, что там мощности большие. Всё таки мегаватт отдавать в течении более длительного времени требует либо много тонн маховика либо большие его скорости. А вообще на супермаховиках делают вполне классические (в плане режима работы) бесперебойники.
  • 0
    Объясните, пожалуйста неспециалисту принцип работы:
    Непонятно как связаны между собой наружный и внутренний роторы (как собственно и непонятно зачем их два)?

    Кто конкретно раскручивает и поддерживает вращение ротора?
    • +8
      Два ротора потому что одновременно решаются две задачи.

      1. Отбор кинетической энергии (при этом частота вращения накопителя энергии должна падать)
      2. Обеспечение постоянства частоты вращения ротора генератора (на выходе в сеть нужно иметь 50 Гц, генератор синхронный)

      Т.о. внутренний ротор – основной накопитель кинетической энергии, его скорость нарастает при зарядке накопителя и снижется при разрядке (частота вращения внутреннего ротора у полностью заряженного накопителя составляет 4500 об/мин). При этом он обменивается энергией с внешним ротором (скорость вращения которого постоянна и равна 1500 об/мин, соответственно, относительно внешнего ротора скорость вращения внутреннего составляет 4500-1500=3000 об/мин). Внешний ротор накопителя жестко механически связан с ротором генератора и синхронно вращает его со скоростью 1500 об/мин., что соответствует 50 Гц выходной частоты напряжения генератора (в генераторе удвоенное кол-во обмоток, поэтому выходная частота в два раза выше частоты вращения ротора).

      Упрощенно процесс заряда-разряды выглядит так:

      1. Зарядка. Внешний ротор вращается от сети или от дизеля со скоростью 1500 об/мин. На внешнем роторе обмотки переменного тока запитаны напряжением с частотой 50 Гц. Переменное напряжение, подведенное к обмоткам переменного тока внешнего ротора обеспечивает в них переменный электрический ток, который наводит внутри наружного ротора вращающееся со скоростью 3000 об/мин относительно внешнего ротора магнитное поле. Внутренний ротор (примитивный стальной цилиндр) раскручивается внутри внешнего ротора силой Ампера за счет наведенных в нем токов индукции. Фактически физика процесса аналогична работе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, где в качестве статора выступает внешний ротор накопителя (такой себе вращающийся статор), а в качестве ротора выступает внутренний ротор накопителя. По достижению разницы в скоростях вращения порядка 3000 об/мин скольжение внутреннего ротора относительно вращающегося магнитного поля приближается к нулю, разгон внутреннего ротора прекращается и затраты энергии на его раскрутку сокращаются практически до нуля (остается только мощность, потребная на преодоление сопротивления в подшипниках). Т.о. в конце цикла зарядки (примерно 10 мин) мы имеем вращающийся со скоростью 3000 об/мин относительно наружного ротора внутренний ротор массой в несколько тонн с накопленной в ней кинетической энергией, достаточной для вращения в течение нескольких секунд ротора генератора, нагруженного на сеть потребителя. В таком «боевом» состоянии машина может непрерывно находится длительное время (месяцами) с минимальным расходом энергии на поддержание вращения внутреннего ротора.
      2. Разрядка. Прерывается питание от городской сети. Опускаю работу автоматики, иначе ответ затянется, хотя там все просто. Одновременно с пропаданием сетевого питания прекращается питание обмоток переменного тока внешнего ротора, он перестает передавать крутящий момент на внутренний ротор. При этом на внешнем роторе через регулятор отбора мощности запитываются обмотки постоянного тока. Сила тока в этих обмотках определяет силу электромеханического сцепления внутреннего и внешнего роторов автоматически по закону поддержания частоты вращения наружного ротора. Теперь уже внутренний ротор начинает отдавать свою энергию наружному за счет сцепления наводимых во вращающемся относительно закрепленных на наружном роторе обмоток постоянного тока вихревых токов и токов в обмотках постоянного тока наружного ротора. Изменяя величину тока обмоток постоянного тока автоматика легко (по достаточно простому закону регулирования) поддерживает необходимую степень электромагнитной связи между роторами, обеспечивая постоянство скорости вращения наружного ротора (1500 об/мин) за счет снижения скорости вращения внутреннего ротора. В процессе разрядки внутреннего ротора подается команда на запуск дизеля, который примерно через 1,5 сек. После получения команды набирает заданную частоту вращения (1500 об/мин), срабатывает простенькая механическая обгонная муфта (по типу той, что применяется в задней каретке велосипеда). Дизель сцепляется с наружным ротором и автоматика плавно снижая ток в обмотках постоянного тока за 5-10 секунд полностью перекладывает нагрузку на дизель. После этого следует цикл, описанный как зарядка и через 10 мин. (а не через несколько часов, как в случае с классическими ИБП с химическими батареями) накопитель снова полностью заряжен и готов к повторному переключению.
      • +1
        Спасибо большое за такое подробное изложение.
        Воистину, для человека со стороны, информативность комментария сравнима с информативностью статьи (пишу это никоим образом не в пику статье).
  • 0
    Интересно, а на сколько бы хватило компактного маховика размером примерно с ноутбук под нагрузкой обычного офисного компа?
    • +5
      Это несложно рассчитать.

      Момент инерции цилиндрического маховика I равен m*r^2/2, где m — масса маховика, r — его радиус.

      Запасенная кинетическая энергия E = I*w^2/2, где I — момент инерции, w — угловая скорость вращения, w=2*pi*f, где f — частота вращения в Гц.

      Так, например, для маховика массой 10кг, радиусом 20см на частоте вращения 50000об/мин получим I=0.2, f = 833, w=5235. Приблизительно E=2.7МДж, при мощности потребления офисного компа 200Вт этой энергии хватит на 3,8 часа работы. Правда, для частоты вращения 50000Об/мин вам придется использовать маховик на магнитной подвеске в вакуумной камере, ну и балансировка должна быть очень точной, как в авиационных турбинах. Дорого будет.
      • +2
        Гм, то есть энергия квадратично зависит от радиуса и скорости. Если радиус удвоить до 40см (сделаем его плоским «блином», тогда требования к скорости упадут до 25 тысяч, а если уменьшить время автономной работы до 2 часов, то хватит и 20 тысячи оборотов, как в какой-нибудь болгарке. Осталось продумать как сделать, чтобы это всё не слишком шумело и можно неплохую альтернативу аккумуляторным бесперебойникам иметь — прикрепил к стене около рабочего места блин и 10-15 лет не паришься из-за скачков напряжения или пропадания питания :-)
        • 0
          Еще одна возможность повысить эффективность — это использовать маховик в форме бублика, а не блина. В пределе, если вся его масса максимально удалена от оси вращения (полый тонкостенный цилиндр), то двойка в знаменателе в формуле момента инерции пропадает, остается m*r^2.
          • 0
            Эм… я был уверен, что их всегда делают пустотелыми :-)
        • 0
          не слишком шумело

          Да, конечно. Шум и вибрации — зло. Я все же думаю, что магнитная подвеска и вакуумная камера — это не роскошь, а необходимость. Уменьшаются потери энергии, в том числе на такие нежелательные явления, как шум и вибрация. Ну и учитывайте еще кпд. Теоретически кпд такой системы может достигнуть 100%, но практически импульсные преобразователи напряжения имеют кпд в районе 80-90% в лучшем случае. Ну и электрическая машина, разгоняющая или тормозящая маховик, тоже будет иметь конечный кпд.
  • +2
    Когда давно на практике в ИЯФ (Нск) видел наши «советстские» роторы в два человеческих роста (уже в то время не использовались).
    Система создавалась для какой то установки, но не для резервного питания а для созданию большой мощности.
  • 0
    А гироскопический эффект от вращения Земли не мешает?
    • 0
      Там нагрузки на подшипники больше из-за разбаланса ротора, я думаю. Вы подумайте, в каких условиях работают генераторы на крупных электростанциях, и гироскопический эффект им не мешает.
    • 0
      При измерениях на испытательных стендах готовых изделий (ДДИБП) на соответствие заданным параметрам Заказчиков, каких-либо, особо значимых отклонений, вызванных гироскопическим эффектом не наблюдалось. Возможно, в научно-исследовательском институте при соблюдении идеальных условий экспериментов, физические процессы влияния гироскопического эффекта на работающую установку ДДИБП или находящуюся в состоянии покоя, а так же при переходных процессах возможно будет отследить. Главное – это понимать, для чего это нужно и какие выгоды дает всем участникам процесса исследования.
    • 0
      Поэтому ось маховика нужно распологать строго горизонтально и параллельно оси вращения земли…
      • 0
        Строго горизонтально и параллельно получится только на экваторе. Чтобы соблюсти параллельность на широте 45° нужно будет наклонить установку на 45°.
  • 0
    А как ротору генератора удаётся поддерживать постоянную частоту вне зависимости от частоты вращения аккумулятора? Я понимаю, что там какой-то хитрый редуктор, а как он называется правильно?
    • 0
      Почитайте вот этот комментарий (пункт 2) — механики нет, есть электромагнитная связь, которую на лету регулирует автоматика в процессе отбора мощности с внутреннего маховика-акумулятора.
      • 0
        Интересно, а делают ли автомобили с такой электромагнитной коробкой передач? Видится мне она была бы более надёжная и плавная, чем зубчатые и ременные передачи.
  • 0
    Покупать электричество у государства втридорога, а потом еще и обеспечивать бесперебойность этого трижды дорогого электричества… лучше уж газ покупать и самому генерировать.
    • 0
      Пожалуйста! Это тоже к нам, вот мой коллега делает: habrahabr.ru/company/croc/blog/234463/
      • +1
        Спасибо, у меня десятки киловатт, Ваши мощности слишком круто для нас. Обходимся камазовским движком.
  • +4
    «Большой начальник» на стройке, формально, наговорил себе на уголовное дело, между прочим. При том еще и "… совершенное группой лиц ..."
  • 0
    А где тут огромные маховики?
    • 0
      Они тут не огромные, а просто тяжелые. Скорее всего из вольфрама.
  • 0
    Вы устанавливаете ось маховиков всегда по линии север-юг или для вас это несущественно?
    • 0
      Несущественно. Эта технология предназначена же для полноценной работы и не столь подвержена внешним воздействиям.
  • 0
    Слышал про один интересный факт:
    Для изготовления сверх массивных маховиков использовался не цельнометаллический маховик а смотанный из ленты или проволоки.
    Тк в случае разрушения цельнометаллического, разлетающиеся массивные части намного опаснее чем запутывающася лента или проволока.
    • 0
      Это на скоростях раз в 5 больше. Тут нет смысла, прочности достаточно.
  • 0
    Насколько я понял раз уж агрегаты производятся для всего мира то есть и расчитанные на 110в?
    Есть ли какие либо существенные отличия?
    • 0
      Используется понижающий трансформатор на выходе из ДДИБП и другой дроссель (под нужное напряжение). Частота 60 Гц (если требуется) получается изменением частоты вращения системы с 1500 до 1800 об/мин.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

Самое читаемое Разное