tecnología ups con volante de inercia - active power
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Descripción de la CompañíaFrancisco Landazábal
2Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Quiénes somos
• Active Power es líder mundial en tecnología de potencia para aplicaciones
de misión crítica, basadas en el sistema de volante giratorio (flywheel)
• Creamos productos empleando una tecnología elegante y probada en la
electrónica, que es la del volante giratorio
• En nuestros productos combinamos ventajas incomparables en el mercado,
como el costo total de propiedad, confiabilidad, y el menor impacto en la
huella de carbono
• Elegidos por los clientes y socios más exigentes
en todo el mundo.
3Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Active Power…en números• Fundada en 1992; IPO 2000
• Oficinas principales en Austin, TX, con
centros de operación en Reino Unido,
Alemania , y China
• 250+ empleados
• 4500+ volantes giratorios instalados en
sistemas enviados alrededor del
mundo
Nuestros aliados Clientes globales
• 200+ módulos de infraestructura desplegados por todo el mundo
• Con equipos instalados en más de 50 países
• 200+ millones de horas de trabajo en campo
• 1000+ MW instalados
• 116 patentes globales registrados
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Historia de la Compañía
19991st Sistema integrado de UPS de volante giratorioinstalado (CleanSource UPS)
Caterpillar firma comosocio OEM
1996Cambio de nombre a Active Power, Inc.
2001Se abre la fábrica en Austin, TX
1992Se fundó Magnetic Bearings Technologies, Inc.,
2007Se abre EMEA HQ
2008HP firma como socio estratégico
2009Se abre APAC HQ
2,000 sistemas de volantes giratoriosdespachados
19971st CleanSource DC instalado
2000Apertura a la bolsa (NASDAQ: ACPW)
20061st CleanSource PowerHouse instalado
1,000 sistemas de volantes giratoriosenviados
20113,000 sistemas de volante giratorioenviados
2013-20161st CleanSource HD UPS despachado
4,500+ volantesgiratorios enviados
1990 1995 2000 2005 2010 2016
5Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Las fallas de energía impactan la Industria en diferentes formas
Impacto financiero*/ y operacional Manufactura Data Center Hospitalario
Tiempo de inactividadCost/Hr
$1.6M3 $474K4 $636K3
Inactividad =
• Pérdida de ingresos inmediata• Insatisfacción del cliente• Pérdida de negocios futuros
Interrupciones en la línea= Micro paradas causan largasdemoras o cancelación de pedidos
Información inacesible = transacciones no procesadasor perdidas
Procesos interrumpidos = Pruebas erróneas o repetidas
Pérdida de Productividad=
• Incremento de costos• Desorganización• Objeciones al control de calidad
• Lotes de productodesperdiciados
• Tiempo de inactividad porreparación de equipo
• Trabajadores inproductivos
• Recalentamiento destruyeservidores
• Directores de IT reemplazancomponentes dañados
• Traumas para el paciente• Acciones legales
Impactos Financieros y Operacionales de las Perturbaciones de la Energía
El 96% de todas las interrupciones de energía duran menos de 10 segundos1...
...Pero cuestan en US . Negocios por $150 Billones Anualmente2
1 Electric Power Research Institute (EPRI)2 Galvin Electricity Initiative, “Electricity Reliability: Problems, Progress,
and Policy Solutions,” Feb 2011, page i.3 Availability Digest, “The Value of Availability,” June 2011, at 2
4 Ponemon Institute, “2013 Cost of Data Center Outages,” Dec 2013, at 11
6Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Hacemos el puente con el Sistema de Volante Giratorio(Flywheel)
Nuestro UPS corrige la energia suminstrada protegiendo las cargas criticas, de
todo tipo de perturbacion (picos, bajadas de voltage, etc.)
Transformador
Planta de Emergencia
UPS Active Power
Carga Critica
En el momento de cualquier perturbacion:
1. El UPS Active Power inmediatamente soporta la carga
2. El ATS envia la senal de arranque a la planta
3. La planta opera hasta que el suministro electrico
regrese
ATS
7Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Acondicionamiento de la Energía
Frecuencia
Distorsión deArmónicos Ruidos de línea
Transitorios
Picos
Impulsos
Bajadasmomentáneas
Bajadasde voltaje
Apagones
Los UPS de CleanSource corrigen todos los 9 problemas de la energía
reconocidos por la IEEE
Onda senocorregida
El UPS de CleanSource limpia y da energía confiable contra todo tipo de perturbacionesde la red
8Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Principio Fundamental – El Volante Giratorio (Flywheel)
• La tecnología patentada de el volante giratorio permiteaplicaciones de almacenamiento de energía para aplicaconesde redes críticas elegantes, eficientes y económicas
• En un medio de baja fricción, el volante giratorio es un motor, que convierte la energía eléctrica en energía cinética cuando la energía commercial está disponible
• Cuando la energía comercial se interrumpe el volante giratoriose convierte en un generador que transforma la energíacinética en energía eléctrica que soporta la carga crítica.
• Esta tecnologia está respaldada por 116 patentes de Active Power emitidas alrededor del mundo.
• Soportada por ingenieria e investigación de calidad mundiallargamente ejercida por más de 300 años, que ha sidoaprovechada y mejorada por el departamento de investigación y desarrollo de Active Power.
Patented Flywheel Technology
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Volante Giratorio (Flywheel) vs. Baterias:
Las ventajas de la tecnologia son claras
Volante Giratorio
Ventajas
20 años de vida util
No hay degradacion con el uso
El mantenimiento es más sencillo
Amplio rango de operacion de temperatura
Compacto, ocupa menos espacio
Cuando el volante esta girando,
disponemos de energia
Bateria de Plomo-Acido
Desventajas
Multiples reemplazos durante la vida del
UPS
Uso frecuente degrada la vida util
Sensible a varaciones de temperatura
El mantenimiento es mas extenso y
requiere de monitoreo externo
Sistemas mas costosos para cumplir con
regulaciones de seguridad y salud
La tasa de falla mas alta en un UPS
9Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
10Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Baterias: La mayor causa de falla de un UPS
Source: Emerson Network Power, Battery Maintenance Solutions for Critical Facilities (e-book)
Bad Battery 27%
Battery End of Discharge 23%
AC Capacitors 2%Controls 4%
Power Components4%
Circuit Breakers 6%
Unknown 5%
Customer Error 1%
Customer/Contract6%
Other/external 10%
Remote EPO 10%
Generator 3%
10Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
11Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Active Power Provides Unique Advantages
40% TCO
Savings
12x Less
Likely to Fail
9x Less
Carbon Emissions
• Almacenamiento de
energia permanente
• 98% de eficiencia
• Cuesta menos instalar,
arrancar y mantener
• El sistema mas
confiable de
almacenamiento de
energia
• Minimiza el riesgo de
interrupcion por
mantenimiento y
reemplazo
• Usamos 90% menos
carbon en la fabricacion del
UPS
• Mas de 40% menos carbon
emitido en 15 years
11Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
12Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
40% de ahorros en Costo Total de Propiedad
Key assumptions: 1 MW UPS capacity at 75% load; CleanSource HD 97.8% efficient; 750 kVA battery UPS: 96.5% efficient; 6 minute VRLA
batteries w/ 5 year replacement cycle; $0.10/kWh energy cost
TCO ($ mil.)
Years
CleanSource
HD UPS
Over 15 years, total cost is
3-5X the initial purchase price
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
UPS de Competencia
$800k en
ahorros
en 15
anos
12Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
13Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Fuentes de Ahorro
Key assumptions: 1 MW UPS capacity at 75% load; CleanSource HD 97.8% efficient; 750 kVA battery
UPS: 96.5% efficient; 6 minute VRLA batteries w/ 5 year replacement cycle; $0.10/kWh energy cost
$0,25M $0,34M
$0,36M $0,36M
$0,3M
$0,56M
$0,53M
$0,3M$0,35M
$1.8M$1,2
CompetidorActive Power UPS
Precio de compra:
Perdidas electricas/enfriamiento:
Contratos de servicio:
Reemplazos de bateria (3):
100% de ahorro
Instalacion e infrastructura:
13Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
14Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Confiabilidad Inconparable
Doce veces menos propensa a fallar
Comprobado en el campo de ser la solucion mas confiable
Active Power
CleanSource UPS
UPS Convencional con
bateria
Tiempo Promedio Entre Falla
(MTBF)2,000,000 horas 250,000 horas**
"Fallas de demanda de un sistema de Volante Giratorio (Flywheel) son
extremamente bajas; si el Volante estaba operando en el momento de la
perturbacion, el Volante es casi cierto funccione.”
– Steve Fairfax, MTechnology
UPS Convencional con bateria
Probabilidad de falla anual*
Active Power CleanSource UPS
6.4%
0.5%
* Active Power White Paper #115, “Mitigating Risk of UPS System Failure,” Jan. 2016 ** UPS manufacturers only publish MTBF for UPS excluding energy storage (batteries)
14Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
15Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
La Solucion de Active Power es Sustentable
• No hay desperdicios peligrosos
introducidos en sus instalaciones
• Una instalacion de 1 MW de UPS’
convencionales con 5 mins de respaldo
usara 65,455 kilos de baterias en 15 años
• No requerimos de equipos de proteccion
por fugas
• No se necesita enfriamiento
• No emite gases peligrosos al aire
• Seguridad
• Completamente sellado – no hay cables o
conexiones expuestas
• LEED puntos de certifiacion
• Eficiencia energetica
• No hay desperdicios peligrosos
• No hay que reciclar ningun
componente15Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Descripción técnica
17Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Flywheel 101
Lo Básico
Los sistemas de volante de inercia almacenan
energía cinética (energía de masa en movimiento)
mediante el constante giro de un rotor compacto
en una atmósfera de baja fricción.
18Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Nuestro acercamiento
Todo en balance
Desarrollar el volante de inercia óptimo requiere
el balance de múltiples factores. Aumentar la
velocidad de rotación del volante, por ejemplo,
aumenta la energía almacenada, pero también
aumenta los esfuerzos en el mismo, requiriendo
de materiales mas resistentes y mas costosos
para el rotor.
Los volantes de inercia Active Power CleanSource
tienen el perfecto balance entre peso, tamaño,
velocidad, esfuerzos y resistencia de materiales
para el almacenamiento de energía y un perfil
optimizado para los mercados que buscamos en
aplicaciones de misión critica.
19Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
El Flywheel es …
La tecnología de volante de inercia (Flywheel) Active Power
CleanSource integra un motor, volante para almacenamiento de
energía y un generador en una solución elegante y económica.
MotorPor el 99% de su vida útil, 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 EnergíaComo un sistema de almacenamiento de energía, el rotor del
volante de inercia gira a una velocidad constante para almacenar
energía cinética.
GeneradorCuando se requiere energía de respaldo de corta duración por
pérdida de la alimentación de red, el volante de inercia se
convierte en un generador. La inercia, permite al rotor
mantenerse girando y la energía cinética es convertida en
electricidad. La electrónica de Potencia en el sistema extrae dicha
energía y la descarga como potencia eléctrica para sotener una
determinada caga..
20Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Dentro del Volante de Inercia
Levitación Magnética
El rotor del volante de inercia es
parcialmente soportado
mediante tecnología de
levitacíon magnética. Esta
tecnología retira la mayor parte
del peso del rotor del
rodamiento mecánico
reemplazable en campo.
7,700 RPM
El rotor forjado de una sola
pieza en acero 4340 gira a 7,700
RPM almacenando hasta 4 MJ
de energía. La punto del rotor
lleva una velocidad de 934
km/hr (584 MPH).
Rough Vacuum
Una bomba de vacío limpia la
cámara, reduciendo la
resistencia del rotor para
aumentar eficiencia y extiende
la vida del sistema. La presión
de aire dentro del volante es de
0.00002 atmósferas aprox.
21Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Nuestros Volantes de Inercia
300 Series FlywheelUsado en los productos CleanSource UPS 300 y DC
The HD Series FlywheelUsado en el producto CleanSource 750HD
4.4" altura; 25.5" diámetro; 600 lbs masa rotativa
Almacena 4.3 MJ de energía (240 kW por 15 segundos)
12.5" altura; 25.5" diametro; 1700 lbs masa rotativa
Almacena 12.65 MJ de energía 675 kW por 15 segundos)
22Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Bobina de
campo superior
El Rotor tiene 4.4" alto;
25.5" diámetro; 600 lbs de
peso (4340 steel)
Armadura o
Estator
Cartuchos de rodamientos
reemplazables en campo
Anillo Laminado
Carcasa de acero
fundido
Rodamiento de bolas de ceramica
CleanSource 300
Bobina de
campo inferior
23Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
CleanSource 750HD
23
• El rotor tiene 12.5” de altura; 25.5” de diámetro; pesa 1,700 Lbs (Acero4340)
• Rodamientos de cerámica reemplazables en sitio
• Armadura o Estator doble (superior e inferior)
• Bobina de campo única
• Carcasa de acero fundido
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Acondicionamiento de Energía
Frecuencia
Distorsion
armónica
Ruido
Tansientes
Picos
Altos
Bajos
Bajadas
Corte
Los UPS CleanSource corrigen los 9 problemas de
energía definidos por la IEEE con el uso de
supresores TVSS, inductancia y capacitancia de
linea, filtrado activo, convertidores de potencia y el
volante de inercia. El UPS provee aislamiento en
TODO MOMENTO (En Red, en descarga y en
generador) .
Onda
senoidal
corregida
25Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Protección contra los 9 Problemas de IEEE
El UPS CleanSource toma muestras de la
onda senoidal de entrada 333 veces por
ciclo o cada 50 microsegundos
(Eso es más de 20,000 veces / segundo!)
- Crea la onda
senoidal de salida
- Regula voltaje de
salida
- Mantiene la
distorsión armónica
baja en voltaje
- Cancela ruido y
transientes
- Mejora factor de
potencia a la entrada
- Aislamiento de carga
- Limpia picos de voltaje
Si el voltaje de alimentación, un
transiente o una variación de
frecuencia sale de una ventana de
toleracia, el UPS continúa soportando
la carga con la enegría almacenada en
el volante de inercia hasta que la
alimentación nuevamente sea
confiable y dentro de tolerancia
Energía de salida limpia y de baja
distorsión armónica hacia cargas
críticas
26Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Modo Normal de Operación
• Switch Estático Encendido
• Contactor de entrada cerrado
La alimentación provee la potencia
real (kW) a traves del inductor para
sostener la carga.
Se requieren 1.25 kW (por
volante de inercia) de la
alimentación para mantener
el volante de inercia cargadoPotencia real
Corriente Reactiva
Corriente Armónica
La potencia de salida
es acondicionada por
el Convertidor de Red
27Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Modo de Protección - Descarga
El UPS detecta la alimentación fuera
de tolerancia (transiente, RMS, Hz)
Switch Estático se cierra
El volante de inercia
funciona ahora como
generador
Contactor de
entrada abre para
aislarse de la redEl convertidor de
linea toma energía
del volante de
inercia para
alimentar a la carga
El UPS puede
envíar una señal
de arranque al
generador
Potencia real
Corriente reactiva
Corriente armónica
28Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Modo de Protección – Transferencia a Generador
El UPS sensa que hay una fuente
confiable de alimentación
El Switch Estatico cierra
El volante de inercia
recarga funcionando
como motor
El Contactor de entrada
cierra
El convertidor de
red se sincroniza
con la fuente de
alimentación.
El convertidor de
red se ajusta para
transferir la carga
del volante de
inercia al
convertidor en
rampa. (walk in)
La alimentación provee la
potencia real (kW,
ajustable) para recargar el
flywheel
Potencia real
Corriente reactiva
Corriente armónica
29Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Alto y bajo voltaje
Para variaciones dentro de la
ventana de tolerancia (+10% / -15%
del nominal), no se utiliza energía del
volante de inercia.
El convertidor de
red ajusta su onda
senoidal de salida
para reguar el
voltaje.
Potencia real
Corriente reactiva
Corriente armónica
30Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Distorsión Armónica
El convertidor de red
utliliza “filtrado activo”
para mantener una
baja distorsión total
armónica de voltaje a
la salida en presencia
de cargas no-lineales
(corrientes armónicas)
y una baja distorsión
de corriente a la
entrada
Potencia real
Corriente reactiva
Corriente armónica
31Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Corrección de Factor de Potencia
El convertidor de
red, absorbe la
corriente reactiva
de la carga, lo que
puede mejorar el
factor de potencia
a la entrada (0.99 a
voltaje nominal)
Potencia real
Corriente reactiva
Corriente armónica
32Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Arquitectura Paralelo en Linea
UPS Clase I
El volante es un motor cargado
por convertidores (Variador de
Frecuencia)
Se utilizan 1.25 kW por volante
para mantenerlo a su velocidad
nominal de 7700 RPM
Cuando se pierde la energía, el
volante de inercia se convierte en
un generador alimentando un
UPS de doble conversión
33Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
“Paralelo En-Linea” o “Doble-Conversion En-Linea”?
Double
ConversionOnline
Parallel
Online
34Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Arquitectura del CleanSource UPS 750HD
• UPS más eficiente del
mercado – Hasta 97% de
eficiencia.
• Siempre protegiendo la carga
no hay riesgo por modo
“Eco-mode”
35Proprietary and Confidential | ©2016 Active Power Inc.
Curva de Eficiencia
Gracias!