Поскольку PIG, мониторинг трубопроводов и учет газа неразрывно связаны с умными сетями электроснабжения, эта тенденция набирает обороты.
В нефтяной и газовой промышленности наблюдается большой спрос на преобразование традиционной PIG и мониторинговой системы в интеллектуальную систему связи, оснащенную коммуникационным модулем.
Благодаря передовым технологиям связи мировые нефтегазовые компании лидируют на современном рынке мониторинга трубопроводов и учета газа, и данный рынок развивается крайне быстро.
Умная контрольно-измерительная система требует наличия различных сенсорных и коммуникационных технологий для осуществления точной проверки в самых разных условиях окружающей среды.
Неотъемлемой частью соответствующих видов оборудования должна быть высокопроизводительная батарея, которая позволила бы эксплуатировать систему в течение 10-20 лет для передачи собранных данных.
Четкий выбор аккумуляторного решения в особенности необходим для устройств мониторинга трубопроводов и учета газа, которые работают без сети переменного тока.
В этой статье будут рассмотрены разработки Vitzrocell в области интеллектуального мониторинга и измерения, а также будет представлено гибридное аккумуляторное решение, которое полностью соответствует требованиям рынка.
Развитие рынка Vitzrocell и внедрение гибридного решения Vitzrocell
Компания Vitzrocell с собственным брендом Tekcell была впервые представлена в индустрии интеллектуального мониторинга и учета в начале 2000 г., когда с территории Северной Америки и Европы она выходила на рынок России и СНГ.
Наиболее важным фактором, влияющим на выбор подходящего аккумулятора, является технология связи.
Большинство контрольно-измерительных приборов работает на основе беспроводной связи, и ее технологии быстро меняются в процессе расширения рынка IoT.
Из исследования (рис. 1) видно, что ключевая технология для IoT-устройств - это LPWA (Low Power Wide Area), основными характеристиками которой являются низкое энергопотребление и широкая зона покрытия.
Рисунок 1. Технология LPWA (из исследования Vitzrocell)
Батарея Li-SOCl2 (литий-тионилхлоридная) стала почти идеальным решением для долговременной эксплуатации интеллектуальных измерительных приборов благодаря высокой плотности энергии и низкой скорости саморазряда.
Однако она может иметь ограниченное рабочее напряжение вследствие пассивации.
Чтобы восполнить недостаток батареи Li/SOCl2, необходимо ее параллельное соединение с высокомощным элементом EDLC – это и есть гибридное аккумуляторное решение.
Рис. 2 представляет собой диаграмму Рагона, которая показывает значения энергии и мощности в различных решениях, включая гибридное решение Tekcell Li/SOCl2 и EDLC.
Желтым цветом выделен диапазон импульсов, необходимый для интеллектуального мониторинга и измерения, а требованиями к импульсам являются сравнительно небольшая (удельная) энергия и широкая (удельная) мощность.
Гибридное решение Vitzrocell с высокомощным EDLC подходит для смарт-мониторинга благодаря своей высокой мощности и достаточному количеству энергии.
Рисунок 2. Диаграмма Рагона (Сравнение производительности батареи на основе требований интеллектуальных устройств к импульсу)
Конкурентные преимущества гибридного решения Vitzrocell
Как уже упоминалось выше, гибридное решение Vitzrocell Li/SOCl2 и EDLC является самой оптимальной комбинацией для долгосрочного применения с импульсами энергопотребления.
Важно отметить несколько конкурентных преимуществ гибридного решения Vitzrocell (Li/SOCl2 и EDLC) и EDLC (рис. 3-5).
Во-первых, были проведены 2 длительные оценки качества для проверки долгосрочной импульсной производительности гибридного решения Vitzrocell и решения конкурента (рис. 3).
Решением Vitzrocell является гибрид SB-D02 (Li/SOCl2 бобина D) и 5F EDLC, а решением конкурента стала бобина D и литий-ионный элемент (около 150F).
Первой оценкой был кратковременный импульс, основанный на старении при высокой температуре в течение 1 года (в левой части рис. 3): проверялось рабочее напряжение при 1,2 А/100 мс и 20°С, -20°С, -40°С после 1 года хранения при 70°С и 80°С.
Второй оценкой был непрерывный импульс в течение 6 месяцев (в правой части рис. 3): измерялось рабочее напряжение на пике 400 мА/1С каждый день при циклическом изменении температуры (-30°С ~ 70°С) 6 месяцев.
Результаты оценки на рис. 3 свидетельствуют о том, что гибридное решение Vitzrocell SB-D02 и 5F EDLC имеет конкурентные преимущества с точки зрения надежности и работы в низкотемпературном режиме.
Рисунок 3. Результаты длительной импульсной оценки качества гибридного решения Vitzrocell и решения конкурентов
В рамках этой оценки проверялось рабочее напряжение при 2A/1s и 20°С, -20°С, -30°С, -40°С после максимального старения в течение 8000 часов при 3,7 В при 70°С.
Также была проведена оценка, как на рис. 4, еще и при температуре старения 85°С.
Из результатов, представленных на рис. 4 и 5, следует, что Vitzrocell 12.5F EDLC показывает более стабильную работу при различных температурах и на разных этапах старения по сравнению со всеми литий-ионными элементами конкурентов.
Рисунок 4. Сравнение Vitzrocell EDLC и литий-ионных элементов конкурентов при различных температурах после старения
Рисунок 5. Сравнение литий-ионных элементов Vitzrocell EDLC и конкурентов при различных температурах старения
В рамках этого исследования проверялось рабочее напряжение при пиковой нагрузке 1,3А при различных температурах после старения.
Старение осуществлялось при 3,9 В и 85°C в течение 6000 часов, что можно принять за 15 лет работы.
Из результатов, представленных на рис. 6, следует, что Vitzrocell 5F EDLC демонстрирует гораздо более стабильную производительность по сравнению со всеми конкурентами EDLC.
Рисунок 6. Сравнение рабочего напряжения в зависимости от различных температур старения
Выдающаяся надежность данного гибридного решения была доказана и долгим опытом эксплуатации в полевых условиях в течение 15 лет.
Новые коммуникационные технологии (5G) и гибридное решение Vitzrocell
В настоящее время технологии связи быстро меняются – это продемонстрировано на рис. 7.
Нынешние технологии, такие как Sub GHz, ZigBee и GSM/2G, могут быть интегрированы в новые технологии, такие как IoT и 5G New Radio.
Проведенные исследования говорят о том, что гибридные решения Vitzrocell будут иметь конкурентные преимущества в новых условиях коммуникации.
Рисунок 7. Новые технологии связи и гибридное решение Vitzrocell
Вывод
Таким образом, гибридное решение Vitzrocell Li/SOCl2 и EDLC является наиболее оптимальной комбинацией для долгосрочного применения с импульсом энергопотребления, например, в интеллектуальных контрольно-измерительных системах.
За 15 лет компания Vitzrocell приобрела соответствующий опыт и технологии, включая патент на гибридное решение.
Vitzrocell - единственное в мире предприятие, располагающее как Li/SOCl2 батареями, так и решениями EDLC.
За последние 15 лет компания осуществила поставку более 50 млн упаковок гибридных решений.
Как объяснялось выше, гибридное решение Li/SOCl2 и EDLC имеет конкурентные преимущества с точки зрения широкого температурного диапазона, включая -40 °C, и долгого срока службы.
Еще одним конкурентным преимуществом является безопасность.
Важно отметить, что Vitzrocell управляет собственным испытательным центром надежности, оснащенным передовым испытательным оборудованием, включающим более 7000 разрядных каналов и 168 температурных камер.
С помощью этого оборудования компания разрабатывает аккумуляторные решения, которые могут работать более 10-20 лет, и проводит различные испытания для обеспечения долгого срока службы.
Приведенные выше данные испытаний в этой статье являются частичным промежуточным результатом длительных оценок, проведенных в центре испытаний надежности Vitzrocell.
В настоящее время проводится множество других индивидуальных испытаний, включая ускоренные испытания.
По всем вопросам вы можете обращаться к специалистам компании.
Тел.: +82-10-2233-5033 / E-mail: [email protected] / www.vitzrocell.com
Автор: С. Бабаева
