Источник непрерывного производства

Источник непрерывного производства
09.07.2018
С момента внедрения конвейера Генри Фордом, производство становилось всё более поточным и автоматизированным. Сегодня к этому тренду добавился ещё один — увеличение количества операций в рамках одного конкретного станка или автомата. Многокоординатные ЧПУ-станки способны изготавливать сложнейшие детали из одной лишь заготовки, промышленные 3D-принтеры делают тоже самое из металлического порошка. Современные промышленные установки по нанесению покрытий и вовсе представляют собой один большой конвейер — они используются при производстве солнечных панелей или, например, энергосберегающего стекла. Наиболее передовые микроэлектронные «фабы» роботизированы практически полностью — если с одного конца производства загрузить сырье (кремниевые диски, «вейферы»), то через несколько месяцев с другой стороны завода выйдут практически готовые к корпусированию процессоры. Полная роботизация позволяет избегать человеческого вмешательства, т. е. защитить помещения от пыли и других загрязнений, а значит, минимизировать процент брака. Вне зависимости от задач автоматизации, результат всегда один — снижение цены конкретного изделия сопровождается увеличением цены ошибки.
«Изготовление солнечных модулей это сложный многостадийный процесс, в который вовлечено точное оборудование. Например, установки по вакуумному напылению чувствительны к качеству электроснабжения. Даже небольшой скачок напряжения в лучшем случае вызывает сбой в работе оборудования и отбраковку уже практически готовой продукции. В худшем варианте некачественное энергоснабжение способно привести к поломке установок. Поэтому для нас, как промышленного потребителя энергии, на первое место выходит качество энергоснабжения», — рассказывает заместитель генерального директора компании «Хевел» Антон Усачев, крупнейшего производителя солнечных модулей в Европе.
Источники бесперебойного питания — вещь в промышленности не новая — исторически обладали рядом ограничений и поэтому применялись в небольшом наборе решений. Например, традиционные свинцовые аккумуляторы не выдерживают более 500 циклов заряд-разряд и требуют замены уже после нескольких лет эксплуатации. Для предотвращения сбоев на мощном и одновременно чувствительном оборудовании такие накопители требуется устанавливать с серьёзным резервом — от 10 до 30%. Другая сторона аккумулятора — низкие показатели токоотдачи, как следствие — большой вес и размер накопителя, нагрев при интенсивных режимах работы и выделение взрывоопасного водорода в ходе электролиза воды в электролите. Из-за этого такие источники довольно требовательны к обслуживанию и инфраструктуре (помещение должно отапливаться и проветриваться). Далеко не каждое производство могло позволить себе такие вложения.
«Весь мир пытается усовершенствовать технологии хранения и накопления энергии. Но в силу того, что известные сегодня материалы подошли к границе своей эффективности, а принципиально новых электродно-электролитных структур пока не создано, можно сказать, что существующие типы накопителей достигли своих предельных возможностей и характеристик. Поэтому основная работа ведётся в области совершенствования технологий и удешевления производства накопителей, а также в сфере создания комбинированных систем для решения отраслевых задач. Наша компания — ТЭЭМП — обладает собственной технологией производства высокоэффективных суперконденсаторов, которые мы считаем незаменимыми в энергетике и электрическом транспорте. Они позволяют значительно расширить возможности и функционал систем бесперебойного питания, улучшить качество энергоснабжения, повысить надёжность и продлить срок полезного использования систем хранения и накопления энергии», — рассказывает Сергей Курилов, генеральный директор российского разработчика и производителя суперконденсаторов «ТЭЭМП».
Суперконденсатор занимает промежуточное положение между известными всем аккумуляторами и привычными для радиотехников конденсаторами. Приставке «супер-» они обязаны большей, чем у аналогов ёмкостью. При этом, в отличие от аккумуляторов, запасание энергии в этих устройствах проходит без каких-либо химических реакций, за счет образования двойного электрического слоя на поверхности электрода, т. е. электростатически. В результате, суперконденсаторы обладают рядом важнейших преимуществ, в частности, огромным ресурсом и устойчивостью к агрессивным условиям эксплуатации.
«Главная задача системы резервного питания - это защита самого ценного актива компании — оборудования. Грамотно разработанное решение позволяет успешно бороться с провалами, дисбалансом и колебаниями напряжения, импульсными всплесками, шумами и гармоническими искажениями — всем тем, что угрожает стабильной работе современных и требовательных к качеству питания установок. При этом главное препятствие на пути повсеместного внедрения подобных систем, эксплуатационные характеристики накопителей энергии, сегодня исчезает», — рассказывает Евгений Липкин, генеральный директор компании «Остек-СМТ», поставщика ИБП для промышленности.
Уже несколько лет ТЭЭМП проводит ресурсные испытания суперконденсаторных ячеек. По последним данным, за 1 млн циклов заряд-разряд, ячейка теряет незначительную часть своей ёмкости, порядка 10%. При испытаниях «на отказ» суперконденсаторы также показали себя вполне неплохо: для ячеек ёмкостью 3000Ф максимальный ток превысил 10 000А, а абсолютный рекорд — 32 000 А. При этом испытания токами выше уровня короткого замыкания не только не повлияли на целостность ячейки, но и не вывели её из строя.
Добиться подобных показателей компании удалось с помощью отечественных разработок. Катодный материал, созданный по заказу ТЭЭМП в НИТУ «МИСиС», представляет из себя длинные и тонкие углеродные стержни заданного размера и плотности. При высокой прочности, подобное «кружево» обладает большой удельной площадью поверхности, что увеличивает ёмкость накопителя. Применение органических электролитов сделало суперконденсаторы ТЭЭМП нечувствительными к морозам — они эффективно работают и в -65°С. Это означает, что система бесперебойного питания на основе таких накопителей может устанавливаться и в неотапливаемом помещении, а при перегрузках не будет выделять взрывоопасный водород.
«Для высокотехнологичных производств качество энергоснабжения это крайне деликатный вопрос. Исторически, в зависимости от потенциального ущерба, проблему решали различными способами — где-то резервировали мощности, где-то устанавливали традиционные источники бесперебойного питания. В отдельных случаях низкое качество энергоснабжения сначала игнорировали, а потом — фиксировали убытки и обращались к специалистам. Сегодня, когда промышленные ИБП на основе суперконденсаторов становятся всё более доступными (технологически и финансово), мы ожидаем их широкого распространения. Ведь проблема никуда не ушла — просто решать её становится проще и дешевле», — заключает Евгений Липкин.

Источник:
Надежда Куприянова, «Энергетика и промышленность России»