Dispozitive de stocare a energiei cinetice pentru industria energetică

Probabil că subiectul îmbunătățirii eficienței energetice nu își va pierde niciodată relevanța. Datorită acestui fapt, multe instituții de astăzi dezvoltă dispozitive de stocare a energiei mai eficiente. Iar una dintre soluțiile promițătoare în acest domeniu este utilizarea stocării de energie cinetică (în mișcare) bazată pe volante de înaltă energie.

Domeniile lor de aplicare pot varia de la mici surse de alimentare neîntreruptibile independente pentru gospodării private până la instalații industriale mari care acumulează energie în timpul rotației unui volant și o eliberează la momentul potrivit la nivelul de putere necesar, protejând rețeaua de supratensiuni.

Avantajul unor astfel de unități este că volantul masiv este capabil să transforme imediat energia cinetică acumulată în energie electrică, oferind astfel echipamentului consumatorului puterea necesară.

Astfel de dispozitive se caracterizează prin costuri de operare minime, un grad ridicat de automatizare și fără nevoie de întreținere regulată.

După încărcarea la capacitate maximă în câteva minute, volantul va elibera energia stocată, dacă este necesar, timp de câteva secunde, în timp ce parametrii normali de funcționare ai rețelei pot să nu reziste curenților de vârf mari.

Cum functioneaza

Volanul primește rotația de la o mașină electrică printr-un arbore sau printr-un alt mecanism de transmisie și, dacă este necesar, dă energia acumulată prin arbore în modul generator, iar mașina care rotește volantul în sine poate funcționa în acel moment ca generator.

Un sistem de control automat cu senzori pentru controlul parametrilor va face ca procesul de câștigare a vitezei să fie sigur și într-o situație critică va reacționa atât la atingerea unei viteze periculoase de rotație a volantului, cât și la necesitatea trecerii imediate la modul de întoarcere a volantului. energie cinetică acumulată.

Caracteristici și capabilități

În acest fel, dispozitivele de stocare cinetică permit rezolvarea problemelor de acumulare, stocare temporară și conversie ulterioară a energiei pentru a asigura moduri optime de putere a echipamentelor, chiar și cu parametri extrem de nestandardi. Ca urmare, este acoperită cea mai largă gamă de aplicații posibile ale acestei soluții tehnice.

Un convertor electromecanic de acest tip are o serie de avantaje. Intensitatea energetică specifică a dispozitivelor de stocare cinetică este mai mare decât cea a condensatoarelor, iar în ceea ce privește puterea specifică (curent) furnizată încărcăturii, acestea sunt înaintea atât bateriilor acide, cât și pilelor de combustie.

În același timp, dispozitivele de stocare cinetică sunt compacte, ecologice, au o eficiență de aproximativ 90%, au o durată lungă de viață de peste 10 ani, sunt ușor de întreținut, iar resursa de lucru este practic nelimitată, în plus, sistemul de răcire este de o sută de ori mai ieftin decât cel al dispozitivelor de stocare prin inducție supraconductoare (SPIN). …

Centre medicale, facilități nucleare, centre de stocare a datelor, depozite bancare, industrii chimice – oriunde este nevoie de energie de rezervă pentru a alimenta utilizatorii critici, dispozitivele de stocare cinetică vor fi la îndemână. Ce putem spune despre compensarea sarcinilor de vârf pentru sistemele mari de energie, motiv pentru care există întreruperi de curent în întregi zone urbane.

Ce se foloseste acum

De zece ani, dezvoltarea dispozitivelor de stocare cinetică nu s-a oprit în mai multe regiuni ale lumii, în special în SUA și Germania, iar în ultimii ani în Rusia.

ATZ din Germania produce unități de 20 MJ capabile să furnizeze o putere de până la 250 kW, echipate cu un sistem de sincronizare a rețelei. În plus, dimensiunile dispozitivului nu depășesc 1,5 metri.

Volanul motoare este realizat din fibră de carbon de înaltă rezistență și este montat pe o suspensie ceramică HTSC. Mașina electrică care accelerează volantul ATZ și generează electricitate este completă pe bază de magneți permanenți de pământuri rare.

American Beacon Power produce dispozitive de stocare cilindrice de 6 kWh și 25 kWh care pot fi folosite în clustere pentru a asigura stabilitatea parametrilor de curent în rețelele electrice industriale ale țării.

Etapele proiectării KNE

Atunci când proiectează un dispozitiv de stocare cinetică, dezvoltatorii rezolvă următoarele probleme de inginerie: calculează motorul-generator, selectează rulmenții, calculează volantul, precum și sistemele de răcire, monitorizare și control, apoi trec la producție.

Pe baza scopului unui model de acționare specific, mașinile electrice integrate în ele pot fi diferite în principiu. Cu toate acestea, există un avantaj incontestabil mașini electrice sincrone… La mașinile sincrone nu există perii, iar magneții permanenți ai rotorului fac posibilă obținerea unei puteri specifice ridicate a motorului-generator.

Rulmenții și suspensiile sunt cele mai potrivite pentru rulmenți fără contact, cum ar fi cei bazați pe supraconductori de temperatură înaltă (HTSC).

Deși astfel de sisteme necesită o răcire specială, ele sunt totuși perfect stabilizate fără alimentare: un inductor al unui set de magneți permanenți interacționează cu o matrice HTSP în stare supraconductoare. Nu există pierderi prin frecare, chiar și în aer, vibrațiile sunt minime chiar și la viteze mari, iar structura este centrată automat în timpul funcționării.

Un exemplu de dispozitiv dezvoltat la MAI rus

Câmpul magnetic al magneților permanenți interacționează cu blocurile HTSP activate, iar după instalarea suportului, volantul se aplecă pur și simplu peste criostat (levitează peste acesta la o distanță mai mică de 1 cm), fără să se deplaseze în direcția radială.

Interacțiunea electromagnetică a polilor statorului și rotorului creează un cuplu rezultat care accelerează volantul și astfel energizează antrenarea.Și întrucât nu există pierderi în suporturile acumulate în formă cinetică, energia este stocată timp îndelungat și, dacă este necesar, consumată prin conversia în modul generator.

În procesul de acumulare a energiei nominale complete de 500 kJ, volantul este accelerat în 300 de secunde până la 6000 de rotații pe minut. Poate furniza cu ușurință o putere de 10 kW timp de 25 de secunde continuu, deoarece puterea nominală preluată de la centrală este de 250 kJ, se poate garanta o sarcină de 1 kW pentru 4 minute.

Frecvența tensiunii de intrare la încărcare este de 50 Hz la o tensiune de rețea standard de 220-240 volți. Volanul cântărește 100 kg, iar momentul de inerție este de aproximativ 3,6 kg * m2.

În ceea ce privește modul generator, frecvența curentului în timpul selecției este de 200 Hz pe trei faze la tensiuni de la 160 la 240 de volți. Puterea maximă nominală pentru selecție este de 11 kW.

Perspective pentru Rusia și CSI

Mai recent, compania rusă Kinetic Power a creat propria versiune a dispozitivelor staționare de stocare a energiei cinetice bazate pe super volante. Un astfel de dispozitiv de stocare este capabil să stocheze până la 100 kWh de energie și să furnizeze o putere pe termen scurt de până la 300 kW.

În condițiile pieței ruse, un grup de mai multe astfel de dispozitive de stocare este capabil să egalizeze eterogenitatea zilnică a sarcinii electrice a unei întregi regiuni, înlocuind centralele scumpe și voluminoase pompate.

În plus, după cum sa menționat la început, dispozitivele de stocare cinetică pot fi utilizate pentru a furniza energie neîntreruptă echipamentelor cu cele mai înalte niveluri de responsabilitate.Proprietățile unice ale acestor dezvoltări asigură un răspuns al dispozitivului la nivelul de sutimi de secundă, ceea ce permite utilizatorilor să nu întrerupă alimentarea cu energie pentru o secundă.