بهینه سازی مصرف انرژی در پله برقی

   نوشته: امیررضا هاشمی

   مجله دنیای آسانسور - شماره 31-30

شرکت شما می‌تواند
اسپانسر این مقاله باشد.

   کلیه حقوق این مقاله محفوظ بوده، و تنها نقل بخشی از آن با ذکر نام نویسنده مطلب،
   مجله «دنیای آسانسور» و لینک مستقیم آزاد است.

مقدمه

امروزه با گسترش روزافزون میزان حساسیت در زمینه مسائل زیست‌محیطی و تلاش‌های بسیار در بهینه‌سازی و صرفه‌جویی مصرف انرژی جهت کنترل انتشار گازهای گلخانه‌ای، کاهش مصرف انرژی به عنوان یکی از اولویت‌های اصلی در اکثر جوامع مطرح شده است. در این میان، کاهش میزان مصرف انرژی الکتریکی که برای تولید آن، عمدتاً نیاز به استفاده از سوخت‌های فسیلی و در نتیجه تولید گازهای گلخانه‌ای نظیر مونواکسیدکربن و دی‌اکسیدکربن است، بیش از سایر موارد اهمیت دارد. از جمله مواردی که سهم بالایی در مصرف انرژی الکتریکی دارند، بایستی از موتورهای الکتریکی نام برد. به طور مثال در ایالات متحده در مجموع 25% مصرف انرژی مربوط به موتورهای الکتریکی بوده که این مقدار در بخش تولید تا 60% می‌رسد.

از سوی دیگر، با گسترش شهرها نیاز به استفاده از وسایل جابه‌جایی عمومی روز به روز بیشتر شده و صرفه‌جویی در مصرف انرژی به ‌خصوص در سیستم‌های خدمات‌رسانی عمومی بیش از دیگر موارد خود را مطرح ساخته است. از جمله مهمترین سیستم‌هایی که هر روز در اماکن عمومی نظیر ایستگاه‌های مترو، فروشگاه‌های بزرگ، پایانه‌های مسافربری، فرودگاه‌ها و... با آنها سر و کار داریم، پله‌‌برقی‌ها هستند. از آنجا که بار ترافیکی روی پله‌برقی‌ها همواره متغیر است، مهندسان و متخصصان برای کاهش مصرف انرژی در پله‌برقی‌ها راهکارهایی را به کار بسته‌اند. به تازگی فن‌آوری‌های نوین در این زمینه استفاده شده است.

در سال 2005 میلادی حدود 000/355 دستگاه پله‌برقی در نقاط مختلف دنیا در حال بهره‌برداری بوده ‌است. به عنوان مثال تنها در ایالات متحده سالانه بیش از 90 میلیارد بار از پله‌برقی استفاده می‌شود. انرژی استفاده شده توسط این پله برقی‌ها معادل تأمین برق مصرفی 000/375 واحد مسکونی در طول سال می‌باشد. هزینه بهای این میزان انرژی مصرفی در ایالات متحده سالانه در حدود 000/260 میلیون دلار برآورد می‌شود.

در این مقاله ابتدا راهکارهای مرسوم توضیح داده شده و سپس به شرح تکنولوژی‌های نوین به کار گرفته شده در این زمینه می‌پردازیم.

شیوه‌های کاهش مصرف انرژی در پله‌برقی

هر چند روش‌های بسیاری برای کاهش مصرف نیروی الکترسیته در پله‌برقی‌ها پیشنهاد شده است؛ اما به طور کلی این راهکارها در سه دسته‌ اصلی طبقه‌بندی می‌شوند که عبارتند از:

1- خاموش­کردن پله‌برقی.

2- تبدیل سیستم کاربری تمامی پله‌برقی‌ها در حال استفاده به «پله‌برقی‌ها با عملکرد متناوب» (Intermittent-Run-Escalators) با نصب «درایو فرکانس متغیر» و استفاده از حسگرهای متعدد برای کاهش سرعت پله‌برقی، هنگامی که کسی از آن استفاده نمی‌کند.

3- نصب سیستمی که به طور ویژه برای شروع به حرکت نرم (Soft Start) طراحی شده است. این تکنولوژی سرعت پله‌برقی را ثابت نگه می‌دارد، اما زمانی که مسافران کمتری از آن استفاده می‌کنند، توان (انرژی) مصرف ‌شده را کاهش می‌دهد.

مقایسه شیوه‌های کاهش مصرف انرژی

با توجه به توضیحات بالا این موضوع مطرح می‌شود کدام راهکار مناسب‌ترین انتخاب برای صرفه‌جویی در میزان مصرف انرژی در پله‌برقی‌ها می‌باشد.

اولین انتخابی که به ذهن خطور می‌کند (که البته پیش پا افتاده‌ترین و قدیمی‌ترین آنها است.) استفاده از کلید ­قطع جریان است. جای هیچ شکی نیست که بهترین راه صرفه‌جویی، ‌خاموش کردن پله‌برقی است؛ اما از طرف دیگر یک پله‌برقی خاموش چیزی جز مجموعه‌ای از پله‌های گرانقیمت نیست. ضمن آن که اسفاده از پله‌برقی خاموش به عنوان پله به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود. (1) به عنوان مثال در بسیاری از نقاط ایالات متحده، طبق مقررات­ ایمنی محلی، پله‌برقی‌های خاموش باید مسدود شوند و به هیچ عنوان از آنها استفاده نشود.

انتخاب دیگر استفاده از پله‌برقی‌های مجهز به سیستم «عملکرد متناوب» می‌باشد. این نوع پله‌برقی‌ها که مجهز به درایوهای با فرکانس متغیر (VFD) می‌باشند، دارای حسگرهای متعددی بوده و هنگام نبود مسافر بر روی پله‌برقی، سرعت را کاهش و هنگام ورود مسافر، سرعت پله‌برقی را افزایش می‌دهند. در این روش با کاهش یا توقف نیروی محرکه موتور­ الکتریکی در مصرف انرژی صرفه‌جویی می‌شود.

هر چند در آمار ارائه شده درباره میزان مصرف انرژی در ایالات متحده، با استفاده از پله‌برقی‌های مجهز به سیستم عملکرد متناوب می‌توان بین 104 تا 130 میلیون دلار در سال در بهای انرژی مصرفی صرفه‌جویی نمود؛ با این وجود، مشکلات متعددی در رابطه با استفاده از پله‌برقی‌های مجهز به سیستم عملکرد متناوب وجود دارد. تجهیز پله‌برقی نصب شده به این سیستم یا جایگزینی آنها با انواع پله‌برقی‌های مجهز به سیستم عملکرد متناوب گرانقیمت بوده و مقرون به صرفه نیست. تجهیزات مورد نیاز شامل درایو فرکانس متغیر، حسگرهایی برای تشخیص مسافران در حال سوار شدن به پله‌برقی و نیاز به راهرویی با فضای کافی است که از سوار شدن مسافرها پیش از رسیدن پله‌برقی به حداکثر سرعت خود جلوگیری نماید. مشکل دیگر، افزایش احتمال افتادن مسافران به علت تغییر سرعت پله‌برقی است. آخرین موردی که می‌توان به آن اشاره کرد آن است که امروزه این نوع سیستم‌ها مطابق با مقررات ایمنی بسیاری کشورها نمی‌باشند. از آن جمله می‌توان به آخرین ویرایش استاندارد ASME 17.1 اشاره نمود.

راهکار نهایی مبتنی بر تکنولوژی‌های نوین

راهکار سوم استفاده از تکنولوژی‌های جدیدی است که بدون تغییر سرعت پله‌برقی می‌توانند هنگامی که مسافران کمتری سوار پله‌برقی هستند، توان موتور را کاهش دهند. این سیستم تحت عنوان «کنترلگر میزان بازده موتور» (Motor Efficiency Controller) شناخته شده و به گونه‌ای طراحی شده است که متناسب با انرژی مورد نیاز موتور، ولتاژ مورد نیاز برای آن را تأمین می‌نماید. نمونه جدیدی از این فن‌آوری در سال 2007 توسط شرکت Power Efficiency ارائه شده که قابل نصب در جعبه فرمان پله‌برقی می‌باشد. نسل بعدی این تکنولوژی کوچک‌تر بوده و به سیستم تنظیم خودکار صرفه‌جویی در انرژی (Auto-Adjusting Energy Saving) مجهز شده است. از دیگر تغییرات انجام شده در این نسل جدید می‌توان به افزوده شدن امکاناتی مانند قابلیت پایش از راه دور (Remote Monitoring Capability) و نرم‌افزار کنترل هوشمند جهت پایش شروع به حرکت نرم اشاره کرد.

از جمله شرکت‌‌هایی که از این فن‌آوری در محصولات استفاده خود استفاده کرده‌اند، می‌توان از شرکت KONE نام برد که این سیستم را تحت نام ثبت شده EcoStart® در پله‌برقی‌های جدید خود مورد استفاده قرار داده است. همان طور که در بالا آمد، نصب این سیستم در پله‌برقی فشار وارد بر موتور را کاهش داده و باعث افزایش طول عمر مفید و بازده دستگاه می‌شود. از دیگر مزایای این سیستم می‌توان به کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری اشاره داشت. شایان ذکر است که این تکنولوژی منطبق با استاندارد ASME17.5 می‌باشد.

این محصول جهت صرفه‌جویی برای استفاده در مجموعه آسانسور نیز کاربرد دارد.

مطالعه موردی

آزمایش بهینه سازی انرژی با استفاده از تکنولوژی کنترلگر میزان بازده موتور

برای درک بهتر این تکنولوژی، یکی از آزمایشات انجام شده برای مقایسه میزان مصرف انرژی در پله‌برقی پیش و پس از استفاده از این تکنولوژی را به صورت موردی بررسی می‌نماییم. این آزمایش بر روی دو پله‌برقی (یک پله‌برقی با حرکت رو به بالا و دیگری با حرکت رو به پایین) هر یک با قدرت 15 اسب بخار در هتل استراتسفر (Stratosphere) در ایالات متحده انجام شده است. داده‌های این آزمایش طی 14 روز جمع‌آوری شد که خلاصه نتایج این آزمایش به شرح زیر می‌باشد:

1- در پله‌برقی با حرکت رو به بالا، مصرف انرژی از 05/2 کیلووات به 5/1 کیلووات کاهش یافت. به عبارت دیگر در مصرف انرژی به میزان 25% صرفه‌جویی صورت گرفت.

2- در پله برقی با حرکت رو به پایین، مصرف انرژی از از 93/1 کیلووات به 30/1 کیلووات کاهش یافت. میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی در این مورد برابر 6/32% بوده است.

متوسط کاهش انرژی: 5/29 درصد.

میزان کاهش تولید گاز دی‌اکسیدکربن در سال: 8 تن.

میزان کاهش بهای مصرف انرژی در سال: با احتساب بهای 08/0 دلار برای هر کیلووات‌ساعت انرژی، برابر 1038 دلار و 7 سنت آمریکا می‌باشد.

شکل شماره 1: نمودار مصرف انرژی در حرکت به سمت بالا

شکل شماره 2: نمودار مصرف انرژی در حرکت به سمت پایین

نتیجه گیری

با توجه به داده‌های جمع­آوری شده، و با در نظر گرفتن این که عمر مفید این محصول برابر 15 سال در نظر گرفته شده است، درباره تأثیرات این محصول بر عملکرد پله‌برقی، میزان صرفه‌جویی کلی در مصرف انرژی و تأثیر آن بر روی کاهش تولید گازهای گلخانه‌ای و در نتیجه حفظ محیط زیست، نتایج زیر قابل تخمین است:

با در نظر گرفتن اعداد تخمین زده شده در ابتدای مقاله، این میزان صرفه‌جویی در مصرف انرژی برابر با هزینه تأمین انرژی مصرفی یک واحد مسکونی برای یک فصل از سال بوده که به نوبه خود قابل تأمل می‌نماید. از این رو حرکت به سوی استفاده از تکنولوژی‌های نوین برای پایین آوردن میزان انرژی مصرفی پله‌برقی‌ها و دیگر ادوات حمل و نقل عمومی از اهمیت خاصی برخوردار خواهد بود.

پانوشت‌:

1- جهت اطلاعات بیشتر در این زمینه می‌‌توانید نگاه کنید به: ”آیا می‌توان از پله برقی به جای راه پله استفاده کرد؟“، نوشته جیمز ران یان، ترجمه امیررضا هاشمی، مجله دنیای آسانسور، سال هفتم، زمستان 85، شماره 26.

منابع:

1- “New Technologies Provide Options for Making Escalators More Energy Efficient”, Elevator World Magazine, January 2007.

2- “Case Studies and Technical Documentation of Motor Efficiency Controller”, www.powerefficiencycorp.com, 2007.

3- “KONE EcoMod™ Complete Escalator Modernization”, www.kone.com, 2007.