Kinetic energy storage device para sa power industry

Ang paksa ng pagpapabuti ng kahusayan sa enerhiya ay malamang na hindi mawawala ang kaugnayan nito. Dahil sa katotohanang ito, maraming mga institusyon ngayon ang bumubuo ng mas mahusay na mga kagamitan sa pag-iimbak ng enerhiya. At isa sa mga promising na solusyon sa lugar na ito ay ang paggamit ng kinetic (in motion) energy storage batay sa high-energy flywheels.

Ang kanilang mga lugar ng aplikasyon ay maaaring mag-iba mula sa maliliit na independiyenteng hindi maaabala na mga suplay ng kuryente para sa mga pribadong sambahayan hanggang sa malalaking pang-industriya na mga instalasyon na nag-iipon ng enerhiya sa panahon ng pag-ikot ng isang flywheel at sa tamang oras ay ilalabas ito sa kinakailangang antas ng kuryente, na nagpoprotekta sa network mula sa mga boltahe na surge.

Ang bentahe ng naturang mga yunit ay ang napakalaking flywheel ay nagagawang agad na i-convert ang naipon na kinetic energy sa elektrikal na enerhiya, sa gayon ay nagbibigay sa mga kagamitan ng consumer ng kinakailangang kapangyarihan.

Ang ganitong mga aparato ay nailalarawan sa pamamagitan ng kaunting mga gastos sa pagpapatakbo, isang mataas na antas ng automation at hindi nangangailangan ng regular na pagpapanatili.

Pagkatapos mag-charge sa buong kapasidad sa loob ng ilang minuto, ilalabas ng flywheel ang nakaimbak na enerhiya kung kinakailangan sa loob ng ilang segundo, habang ang mga normal na parameter ng pagpapatakbo ng network ay maaaring hindi makatiis sa mataas na peak currents.

Paano ito gumagana

Ang flywheel ay tumatanggap ng pag-ikot mula sa isang electric machine sa pamamagitan ng isang baras o sa pamamagitan ng isa pang mekanismo ng paghahatid at, kung kinakailangan, ay nagbibigay ng naipon na enerhiya sa pamamagitan ng baras sa generator mode, at ang makina na umiikot sa flywheel mismo ay maaaring gumana sa sandaling iyon bilang isang generator.

Ang isang awtomatikong sistema ng kontrol na may mga sensor para sa pagkontrol ng mga parameter ay gagawing ligtas ang proseso ng pagkakaroon ng bilis at sa isang kritikal na sitwasyon ay tutugon kapwa sa pagkamit ng isang mapanganib na bilis ng pag-ikot ng flywheel at sa pangangailangan na agad na lumipat sa mode ng pagbabalik ng naipon na kinetic energy.

Mga tampok at kakayahan

Sa ganitong paraan, pinahihintulutan ng mga kinetic storage device na malutas ang mga problema ng akumulasyon, pansamantalang imbakan at kasunod na conversion ng enerhiya upang matiyak ang pinakamainam na mga mode ng kapangyarihan ng kagamitan, kahit na may labis na hindi karaniwang mga parameter. Bilang resulta, saklaw ang pinakamalawak na hanay ng mga posibleng aplikasyon ng teknikal na solusyong ito.

Ang isang electromechanical converter ng ganitong uri ay may ilang mga pakinabang. Ang tiyak na intensity ng enerhiya ng mga kinetic storage device ay mas mataas kaysa sa mga capacitor, at sa mga tuntunin ng partikular na kapangyarihan (kasalukuyang) na inihatid sa load, nauuna sila sa parehong mga acid na baterya at fuel cell.

Kasabay nito, ang mga kinetic storage device ay compact, environment friendly, may kahusayan na humigit-kumulang 90%, may mahabang buhay ng serbisyo na higit sa 10 taon, madaling mapanatili, at ang mapagkukunan ng trabaho ay halos walang limitasyon, bilang karagdagan, ang ang sistema ng paglamig ay isang daang beses na mas mura kaysa sa mga superconducting induction storage device (SPINs). …

Mga sentrong medikal, pasilidad ng nuklear, mga sentro ng pag-iimbak ng data, mga bodega ng bangko, mga industriya ng kemikal—kahit saan kinakailangan ang pag-backup ng enerhiya upang mapagana ang mga kritikal na gumagamit, magagamit ang mga kinetic storage device. Ano ang masasabi natin tungkol sa pag-offset ng mga peak load para sa malalaking sistema ng kuryente, kaya naman may mga pagkawala ng kuryente sa buong urban na lugar.

Kung ano ang ginagamit ngayon

Sa loob ng sampung taon, ang pagbuo ng mga kinetic storage device ay hindi tumigil sa ilang mga rehiyon ng mundo, lalo na sa USA at Germany, at sa mga nakaraang taon sa Russia.

Gumagawa ang ATZ ng Germany ng 20 MJ drive na may kakayahang maghatid ng kapangyarihan hanggang 250 kW, na nilagyan ng grid synchronization system. Bilang karagdagan, ang mga sukat ng aparato ay hindi lalampas sa 1.5 metro.

Ang drive flywheel ay gawa sa high-strength carbon fiber at naka-mount sa isang HTSC ceramic suspension. Kumpleto na ang electric machine na nagpapabilis sa flywheel ng ATZ at gumagawa ng kuryente batay sa permanenteng rare earth magnets.

Gumagawa ang American Beacon Power ng mga cylindrical storage device para sa 6 kWh at 25 kWh na maaaring gamitin sa mga cluster upang matiyak ang katatagan ng kasalukuyang mga parameter sa industriyal na electric grids ng bansa.

Mga yugto ng disenyo ng KNE

Kapag nagdidisenyo ng isang kinetic storage device, nilulutas ng mga developer ang mga sumusunod na problema sa engineering: kalkulahin ang motor-generator, piliin ang mga bearings, kalkulahin ang flywheel, pati na rin ang mga cooling, monitoring at control system, at pagkatapos ay magpatuloy sa produksyon.

Batay sa layunin ng isang partikular na modelo ng drive, ang mga electric machine na isinama sa mga ito ay maaaring magkakaiba sa prinsipyo. Gayunpaman, mayroong isang hindi maikakaila na kalamangan kasabay na mga de-koryenteng makina… Sa mga kasabay na makina, walang mga brush, at ginagawang posible ng mga permanenteng magnet ng rotor na makakuha ng mataas na tiyak na kapangyarihan ng motor-generator.

Ang mga bearings at suspension ay pinakaangkop para sa non-contact bearings, gaya ng mga nakabatay sa high-temperature superconductor (HTSC).

Bagama't ang mga naturang sistema ay nangangailangan ng espesyal na paglamig, gayunpaman ay ganap na nagpapatatag ang mga ito nang walang power supply: ang isang inductor ng isang set ng permanenteng magnet ay nakikipag-ugnayan sa isang HTSP matrix sa isang superconducting state. Walang mga frictional loss, kahit na sa hangin, ang mga vibrations ay minimal kahit na sa mataas na bilis, at ang istraktura ay awtomatikong nakasentro sa panahon ng operasyon.

Isang halimbawa ng isang device na binuo sa Russian MAI

Ang magnetic field ng mga permanenteng magnet ay nakikipag-ugnayan sa mga naka-activate na bloke ng HTSP, at pagkatapos i-install ang suporta, ang flywheel ay nakasandal lamang sa cryostat (lumilipad dito sa layo na mas mababa sa 1 cm), habang hindi gumagalaw sa direksyon ng radial.

Ang electromagnetic na interaksyon ng stator at rotor pole ay lumilikha ng resultang torque na nagpapabilis sa flywheel at sa gayon ay nagpapasigla sa drive.At dahil walang mga pagkalugi sa mga suporta na naipon sa kinetic form, ang enerhiya ay nakaimbak nang mahabang panahon at, kung kinakailangan, natupok sa pamamagitan ng conversion sa generator mode.

Sa proseso ng pag-iipon ng buong nominal na 500 kJ ng enerhiya, ang flywheel ay pinabilis sa 300 segundo hanggang 6000 na mga rebolusyon bawat minuto. Madali itong makapagbibigay ng lakas na 10 kW sa loob ng 25 segundo nang tuloy-tuloy, dahil ang na-rate na kapangyarihan na kinuha mula sa planta ay 250 kJ ayon sa pagkakabanggit, ang isang load na 1 kW ay maaaring garantisadong maibibigay sa loob ng 4 na minuto.

Ang dalas ng boltahe ng input kapag nagcha-charge ay 50 Hz sa karaniwang boltahe ng mains na 220-240 volts. Ang flywheel ay tumitimbang ng 100 kg at ang moment of inertia ay humigit-kumulang 3.6 kg * m2.

Tulad ng para sa mode ng generator, ang kasalukuyang dalas sa panahon ng pagpili ay 200 Hz sa tatlong yugto sa mga boltahe mula 160 hanggang 240 volts. Ang maximum na rate ng kapangyarihan para sa pagpili ay 11 kW.

Mga prospect para sa Russia at CIS

Kamakailan lamang, ang kumpanya ng Russia na Kinetic Power ay lumikha ng sarili nitong bersyon ng mga nakatigil na kinetic energy storage device batay sa mga super flywheel. Ang isang ganoong storage device ay may kakayahang mag-imbak ng hanggang 100 kWh ng enerhiya at magbigay ng panandaliang kapangyarihan na hanggang 300 kW.

Sa mga kondisyon ng merkado ng Russia, ang isang pangkat ng ilang mga naturang imbakan na aparato ay magagawang pantay-pantay ang pang-araw-araw na heterogeneity ng electric load ng isang buong rehiyon, na pinapalitan ang mahal at napakalaking pumped power plants.

Bilang karagdagan, tulad ng nabanggit sa simula, ang mga kinetic storage device ay maaaring gamitin upang magbigay ng walang patid na kapangyarihan sa mga kagamitan na may pinakamataas na antas ng responsibilidad.Tinitiyak ng mga natatanging katangian ng mga pagpapaunlad na ito ang pagtugon ng device sa antas ng daan-daang segundo, na nagpapahintulot sa mga user na huwag matakpan ang supply ng kuryente nang isang segundo.