Dar, cum este posibil ca un astfel de concept fara valoare sa persiste atat de mult, sa mobilizeze guverne, producatori si consumatori?

Scopul acestei analize este de a clarifica impactul arhitecturilor de disponibilitate ridicata asupra mediului, ilustrand conceptele de baza.

Masura in care calitatea  alimentarii electrice determina eficienta sistemului

Pentru a fi considerata de inalta calitate, energia electrica trebuie in primul rand sa fie disponibila, de exemplu: intr-o forma care poate fi folosita de catre consumator. Mai mult, caracteristicile fizice, cum ar fi factorul de putere si continutul de armonice pot face diferenta dintre un sistem bine conceput, total utilizabil  si unul care este prost conceput si ineficient.

Impactul asupra mediului al unui sistem electric nu este limitat la eficienta functionarii sale, dar incepe cu un design dimensionat corespunzator si continua cu mentenanta preventiva periodica.

De exemplu, factorii de putere extrem de redusi din cadrul sistemului, chiar daca sunt corectati inainte de conectarea la reteaua de distributie, se bazeaza pe utilizarea de cabluri cu sectiuni  mari in mod inutil si risipa de materii prime, cum ar fi cupru, PVC si chiar de combustibil necesar pentru a transporta aceste materiale.

Urmatorul exemplu clarifica aceste idei. Un redresor conventional cu tiristori in 6 pulsuri are THDI  (totalul distorsiunilor armonicilor pe intrare) de 32%  si un factor de putere maxim de 0,9. Prin contrast, redresorii de ultima generatie bazati pe IGBT si topologia invertorului mentin continutul de armonice sub 3% si au factori de putere  mai mari de 0.99.

Presupunand ca un astfel de redresor alimenteaza o sarcina trifazica de 30kW si ca acesta este alimentat dintr-un cablu cu 4 fire din PVC, montat aparent pe perete, acest cablu ar trebui sa fie de 16mm2 in diametru, in cazul tehnologiei SCR, si de 10mm2 in cazul tehnologiei IGBT.

Pentru o conducta de 20m, aceasta diferenta se traduce in aproximativ 4.3 kilograme de cupru, care, transportate 100 km pe sosea, cauzeaza o emisie inutila de aproximativ 1 kg de CO2. Implicatiile sunt evidente avand in vedere ca un copac in varsta de un an absoarbe aproximativ 2kg CO2/an. Aceasta situatie nu ia in considerare costurile de extractie si transformarea sau reciclarea cuprului.

Beneficiile sistemelor tip UPS (Uninterruptible Power Supply)

Scopul unei surse de alimentare neintreruptibila (UPS) este de a garanta calitatea energiei electrice. Stiind acest lucru, capata sens gasirea unui UPS, care functioneaza in mod eficient, fara a genera deseuri directe sau indirecte.

Prin garantarea disponibilitatii energiei electrice, sistemele moderne de UPS, cu un redresor tip IGBT pot fi cea mai buna solutie. Aceste modele sunt ideale, in sensul ca actioneaza ca o sarcina liniara cu un factor de putere unitar.

O alta consideratie este aceea ca, la fel ca toate masinile, UPS-urile au propriul rating de eficienta, care se modifica in functie de nivelurile sarcinii. De exemplu, Figura 1 arata curbele de eficienta ale 2 UPS-uri diferite. De retinut ca, avand aceeasi eficienta la sarcina maxima (96%), la 50% din sarcina ele pot diferi chiar si cu 2 puncte procentuale. In acest caz specific, aceasta corespunde unei cresteri de 37% a pierderilor.

Figura 1. Exemple de curbe de eficienta ale UPS-urilor

Tabelul 1 evidentiaza impactul asupra mediului ale celor 2 sisteme UPS din figura 1, pentru a alimenta sarcina noastra de 30 kW.

*Copaci in varsta de 5 ani
Tabelul 1 – Impactul eficientei UPS-ului asupra emisiilor de  CO2  (UPS ce functioneaza 24/7, 365 zile pe an)

In plus, din cauza motivelor subliniate anterior legate de transport, un sistem  UPS compact si usor va avea un impact mai mic asupra mediului decat unul care ocupa mult spatiu si este greu.

Efectele unei arhitecturi cu disponibilitate ridicata.

Atunci cand aplicatia necesita costuri reduse sau prezinta riscuri de securitate, este necesar sa se opteze pentru arhitecturi cu sisteme redundante. Pentru o arhitectura tip 2N, ca in figura 2, se poate presupune ca sarcina unui UPS individual nu va depasi 30% din sarcina nominala.

Error: Reference source not found1 ne ajuta sa intelegem ca eficienta unui sistem cu o sarcina redusa este cel putin la fel de importanta ca eficienta evaluata la full load.

Figura 1. Exemple de curbe de eficienta ale UPS-urilor

Figura 2. Arhitectura tip 2N

Stocarea energiei joaca, de asemenea un rol important

Bateriile de tip plumb-acid reprezinta caile de stocare de energie cel mai des folosite de sistemele UPS. Expunerile pe termen lung, chiar daca este vorba de o cantitate mica de acid pot dauna creierului si rinichilor si pot afecta dezvoltarea cognitiva a copiilor. Acidul sulfuric, care este de asemenea utilizat in componenta bateriilor tip plum-acid este responsabil pentru problemele de mediu legate de ploile acide.

Acesta este motivul pentru care UPS-urile si bateriile vechi trebuie intotdeauna returnate furnizorului de UPS-uri sau eliminate direct de catre societatile specializate de reciclare. O optiune si mai buna o reprezinta solutiile care maximizeaza durata de viata a acumulatorilor. De fapt, durata de viata a bateriilor este strans legata de temperatura mediului ambiant al site-ului de instalare, Figura 3.

Figura 3 – Dependenta duratei de viata teoretice a bateriei de temperatura mediului ambiant

Mai mult, bateriile sunt extrem de sensibile la modul si timpul de utilizare: ciclurile de incarcare si descarcare, adancimea de descarcare, metoda de incarcare etc. Prin urmare, este recomandabil sa alegeti un sistem UPS care, printre altele sa aiba un curent de incarcare foarte stabil, compensat cu temperatura ambientala, sa aiba sisteme de control pentru a identifica elementele deteriorate care ar conduce la supraincarcarea elementelor bune si redresori cu plaja larga a tensiunii de intrare, astfel incat bateriile sa fie utilizate cat mai putin posibil.
In prezent, alternativa cea mai „verde” si industriala la baterii o reprezinta flywheel. Energia unui astfel de sistem  este furnizata de o volanta tip dinam de mare viteza, ce se roteste in jurul axei proprii. El furnizeaza instantaneu energia catre invertor, necesara pentru a stabiliza tensiunea in timpul perturbatiilor sau a caderilor de tensiune scurte.

Unul din avantajele flywheels fata de baterii este ca acest sistem este eco-compatibil. Durata de viata a bateriei este sensibil redusa de efectul de memorie, diminuarea capacitatii pe termen lung si sensibilitatea la temperatura mediului ambiant. Toate acestea nu afecteaza sistemele flywheel, ceea ce inseamna ca sunt corespunzatoare sistemelor „green”.

In afara de beneficiile ecologice, exista de asemenea avantajul disponibilitatii crescute a energiei, avand in vedere ca timpul de reincarcare al flywheel este de cateva minute in timp ce in cazul bateriilor este nevoie de cateva ore pentru reincarcare totala. In plus, flywheel se caracterizeaza printr-o densitate mare de putere.
Nu in ultimul rand, volanta poate fi instalata in locul bateriilor sau chiar in paralel cu acestea pe bus DC al UPS-ului . Avantajul unui sistem hibrid baterii/flywheel este ca, in cazul de micro-intreruperi volanta este capabila sa furnizeze energia necesara sistemului, in timp ce bateriile sunt necesare numai pentru intreruperile de o durata mai mare de 10 secunde, astfel prelungindu-se durata de viata a acumulatorilor.

Cea mai buna alegere

Un sistem bine conceput este unul care realizeaza cel mai bun compromis intre costuri si beneficii, bazat pe un schimb eficient de informatii intre cumparator si furnizor.

Inainte de alegerea unui UPS si a unei arhitecturi, are sens sa se ia in considerare costurile datorate nefunctionarii si impactul asupra mediului pe care sistemul il poate avea. In termeni practici, in cazul in care costurile estimate de nefunctionare legate de durata de viata utila a sistemului depasesc costurile derivate din complexitatea sistemului, este necesara reevaluare alegerii facute. Chiar si Codul European de Conduita pentru Centre de Date recomanda ca arhitecturile 2N sa fie utilizate numai atunci cand este strict necesar.

In cele din urma, cu toate acestea, decizia de a fi sau nu „green” este determinata de preferinta personala si de economiile costurilor de operare. In ambele cazuri, furnizorul de UPS va ajuta la luarea deciziei corecte in functie de nevoile si cerintele specificate.