Tillvaratagande av förlustvärme från frekvensomformarstationer

• Main Author: Eriksson, Henrik
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Umeå universitet, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik 2013
• Subjects: energiåtervinning; frekvensomvandlare
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-79830

För effektmatning av den elektrifierade järnvägen krävs att spänningens frekvens omformas från kraftnätets frekvens på 50 Hz till 16,7 Hz. Detta sker i dag med två olika metoder. En metod där frekvensen omformas på mekanisk väg då en motor på gemensam axel driver en generator som genererar elkraft av rätt frekvens, detta kallas för en roterande frekvensomformare. Den andra metoden ändrar spänningens frekvens med hjälp av kraftelektronik, detta kallas för en statisk frekvensomformare. Gemensamt för båda dessa metoder är att de har värmeförluster. För de roterande omformaraggregaten så är förlustvärmen till stor del luftburen medan de statiska frekvensomformarna har både vätske- och luftkylning. I många fall ser det i dagsläget ut så att förlusterna kyls bort mot omgivningen. Syftet med detta arbete är att bestämma huruvida dessa värmeförluster kan nyttjas för uppvärmning av stationsbyggnaderna där omformaraggregaten finns på ett lönsamt vis. I arbetet har två frekvensomformarstationer undersökts. En station med enbart roterande frekvensomformare i Gällivare samt en station med enbart statiska frekvensomformare i Boden. Båda omformarstationerna har idag energisystem för uppvärmning baserade på direktverkande el. I simuleringsmodeller och mätningar har de båda omformarstationernas energibehov för uppvärmning fastställts. För Gällivare omformarstation rör det sig om en specifik energiförbrukning för uppvärmning motsvarande ca 300 kWh/m2. För Bodens omformarstation är den sammantagna specifika energianvändningen 204 kWh/m2. Genom ytterligare mätningar har delar av frekvensomformaraggregatens effektförluster fastställts och analyserats med hänsyn till storlek och tidsvariationer. Rapporten fastslår att förlustvärmen från luftkylningen av de roterande omformarna räcker för att täcka stationens uppvärmningsbehov. Rapporten fastslår även att tomgångsförlusterna från ett omformaraggregat räcker för att förse omformarstationen i Boden med tillräcklig värmeenergi för uppvärmning. De båda omformarstationernas förlusteffekter uppvisade även en regelbundenhet i effektflödet vilket möjliggör för en värmeåtervinningslösning utan behov av ackumulator. För Gällivares omformarstation har ett utformat förslag på en teknisk lösning för uppvärmning av omformarstationen med förlustvärme från frekvensomformaraggregaten presenterats. Detta består av ett projekterat och dimensionerat överluftssystem för uppvärmning av byggnaden med den uppvärmda luften från frekvensomformaraggregatens kylsystem. Luftflödet för att möta det simulerade effektbehovet för uppvärmning uppgår i ca 9,5 l/(s ∙m2), ett flöde som kan orsaka problem med luftdrag och ljudalstring som gör arbetsmiljön dålig. Då omformarstationen i normala fall är obemannad föreslogs en strömbrytare som inaktiverar överluftssystemet vid besök på omformarstationen av underhållspersonal. En ekonomisk sammanställning baserad på LCC (Life cycle cost) har fastställt att en investering kan vara lönsam inom 5 år. För Bodens omformarstation har ingen teknisk lösning presenterats.