Melhoria da eficiência energética nos ascensores: a recuperação de energia

A presente tese descreve diferentes soluções que permitem a reutilização da energia recuperada em ascensores eléctricos de roda de aderência dotados de conversores electrónicos de frequência e dessa forma contribuir para a melhoria da eficiência energética nos ascensores. Nos ascensores, a energia potencial é constantemente transferida enquanto a cabina está em movimento. Se a cabina se estiver a movimentar em sentido descendente com plena carga, ou em sentido ascendente, mas vazia, o motor estará em modo gerador. Quando a cabina se movimenta em sentido descendente, e o peso na cabina é superior ao peso do contrapeso, então o binário do motor encontra-se em sentido contrário à velocidade, isto é, o motor está a travar, havendo lugar à recuperação de energia. Igualmente, se a cabina subir vazia, também se poderá recuperar energia eléctrica. A energia acumulada em forma de energia potencial nas pessoas e no contrapeso pode ser recuperada, dado que o motor estará a funcionar como um gerador. De modo a estudar a viabilidade técnica e económica das diferentes soluções foram realizadas medições a uma amostra representativa de ascensores eléctricos de roda de aderência. Esta amostra é constituída por 39 ascensores que estão instalados em diferentes tipos de edifícios e que pertencem a diferentes categorias de utilização, de acordo com a norma VDI 4707:2009. Para cada ascensor foi medida a energia consumida e a energia gerada para uma manobra completa – a descida e a subida da cabina sem carga. A partir das medições, e com base na norma VDI 4707:2009 foram calculados os valores anualizados de energia eléctrica consumidos e produzidos por cada ascensor. A partir das 5 hipóteses identificadas para a utilização da energia recuperada (carregamento de bateria para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentação dos circuitos em stand-by; carregamento de supercondensador para alimentar o barramento DC; reinjecção da energia no barramento DC de um conjunto de ascensores em grupo; reinjecção da energia na rede eléctrica do edifício onde o ascensor está instalado) foi realizada a avaliação técnica e a avaliação económico-financeira para cada um dos ascensores. Por último, foi desenvolvido um simulador que permite definir a solução de recuperação de energia que seja técnica e economicamente mais viável, para um dado ascensor eléctrico de roda de aderência instalado, mediante a introdução dos parâmetros técnicos do ascensor em avaliação.

The present thesis describes different solutions that allow the reuse of the energy recovered in electrical lifts with traction wheel and equipped with electronic frequency converters, this way contributing to the improvement in energy efficiency of the lifts. In the lifts, the potential energy is constantly transferred while the car is in movement. If the car is moving downwards in full weight, or upwards, but empty, the engine is in generation mode. When the car is moving downwards, and it’s weight is superior to the mass of the counterweight, then the torque is rotating in opposition to speed, ie, the motor is breaking, therefore recovering energy. Likewise, when the car is empty and moving upwards, energy can also be recovered. The energy stored in the form of potential energy in passengers and in the counterweight can be recovered, as the motor is working as a generator. In order to study the tecnhical and economical viability of the different solutions, measures were taken from a representative sample of electrical lifts. This sample includes 39 lifts installed in different types of buildings and belonging to different use categories, according to the norm VDI 4707:2009. For each lift the consumed and generated energy for a complete trip – car empty, upwards and downwards – was measured. Based on the measures and on the norm VDI 4707:2009 the annualized values of electrical energy consummed and produced were calculated for each lift. Departing from the 5 hypothesis identified for the use of the energy recovered (battery charging to feed the circuits in stand-by, supercapacitor charging to feed the circuits in stand-by and DC bus; reinjection of the energy in the DC bus of a battery of lifts; reinjection of the energy in the building electrical network), a technical and economic assessment was undertaken for each lift. Lastly, a simulator was developed, that allows the definition of the energy recovery solution which is technically and economically more viable for a given lift, through the introduction of the technical parameters of the lift being evaluated.