Enheder til lagring af kinetisk energi til elindustrien

Emnet om at forbedre energieffektiviteten vil sandsynligvis aldrig miste sin relevans. På grund af dette faktum udvikler mange institutioner i dag mere effektive energilagringsenheder. Og en af ​​de lovende løsninger på dette område er brugen af ​​kinetisk (i bevægelse) energilagring baseret på højenergisvinghjul.

Deres anvendelsesområder kan variere fra små uafhængige uafbrydelige strømforsyninger til private husholdninger til store industrielle installationer, der akkumulerer energi under rotationen af ​​et svinghjul og på det rigtige tidspunkt frigiver det til det nødvendige effektniveau, hvilket beskytter netværket mod spændingsstigninger.

Fordelen ved sådanne enheder er, at det massive svinghjul er i stand til straks at omdanne den akkumulerede kinetiske energi til elektrisk energi og derved forsyne forbrugerudstyret med den nødvendige kraft.

Sådanne enheder er kendetegnet ved minimale driftsomkostninger, en høj grad af automatisering og intet behov for regelmæssig vedligeholdelse.

Efter opladning til fuld kapacitet i løbet af få minutter vil svinghjulet frigive den lagrede energi, hvis det er nødvendigt i et par sekunder, mens netværkets normale driftsparametre muligvis ikke kan modstå høje spidsstrømme.

Hvordan det virker

Svinghjulet modtager rotation fra en elektrisk maskine gennem en aksel eller gennem en anden transmissionsmekanisme og giver om nødvendigt den akkumulerede energi gennem akslen i generatortilstand, og maskinen, der roterer selve svinghjulet, kan i det øjeblik fungere som en generator.

Et automatiseret kontrolsystem med sensorer til styring af parametre vil gøre processen med at opnå hastighed sikker og vil i en kritisk situation reagere både på opnåelsen af ​​en farlig rotationshastighed af svinghjulet og på behovet for straks at skifte til tilstanden til at returnere akkumuleret kinetisk energi.

Funktioner og muligheder

På denne måde tillader kinetiske lagringsenheder at løse problemerne med akkumulering, midlertidig lagring og efterfølgende energiomdannelse for at sikre optimale udstyrseffekttilstande, selv med ekstremt ikke-standardparametre. Som et resultat er det bredeste udvalg af mulige anvendelser af denne tekniske løsning dækket.

En elektromekanisk konverter af denne type har en række fordele. Den specifikke energiintensitet for kinetiske lagringsenheder er højere end kondensatorernes, og med hensyn til specifik effekt (strøm), der leveres til belastningen, er de foran både syrebatterier og brændselsceller.

Samtidig er kinetiske lagringsenheder kompakte, miljøvenlige, har en effektivitet på omkring 90%, har en lang levetid på mere end 10 år, er nemme at vedligeholde, og arbejdsressourcen er praktisk talt ubegrænset. kølesystemet er hundrede gange billigere end det for superledende induktionslagringsenheder (SPIN'er). …

Medicinske centre, nukleare faciliteter, datalagringscentre, banklagre, kemiske industrier - hvor som helst der kræves energibackup for at forsyne kritiske brugere, vil kinetiske lagerenheder være nyttige. Hvad kan vi sige om udligning af spidsbelastninger for store elsystemer, hvorfor der er strømafbrydelser til hele byområder.

Hvad bruges nu

I ti år er udviklingen af ​​kinetiske lagringsenheder ikke stoppet i flere regioner i verden, især i USA og Tyskland, og i de senere år i Rusland.

Tysklands ATZ producerer 20 MJ-drev, der er i stand til at levere effekt op til 250 kW, udstyret med et netsynkroniseringssystem. Derudover overstiger enhedens dimensioner ikke 1,5 meter.

Drivsvinghjulet er lavet af højstyrke kulfiber og er monteret på en HTSC keramisk affjedring. Den elektriske maskine, der accelererer ATZ'ens svinghjul og genererer elektricitet, er komplet baseret på permanente sjældne jordarters magneter.

American Beacon Power producerer cylindriske lagerenheder til 6 kWh og 25 kWh, der kan bruges i klynger for at sikre stabiliteten af ​​strømparametre i landets industrielle elnet.

KNE design stadier

Når man designer en kinetisk lagerenhed, løser udviklerne følgende tekniske problemer: beregn motorgeneratoren, vælg lejerne, beregn svinghjulet samt køle-, overvågnings- og kontrolsystemerne og fortsæt derefter til produktionen.

Baseret på formålet med en specifik drivmodel kan de elektriske maskiner, der er integreret i dem, være forskellige i princippet. Der er dog en ubestridelig fordel synkrone elektriske maskiner… I synkrone maskiner er der ingen børster, og rotorens permanente magneter gør det muligt at opnå en høj specifik effekt af motorgeneratoren.

Lejer og ophæng er bedst egnede til berøringsfri lejer, såsom dem, der er baseret på højtemperatur-superledere (HTSC).

Selvom sådanne systemer kræver speciel køling, er de ikke desto mindre perfekt stabiliserede uden strømforsyning: en induktor af et sæt permanente magneter interagerer med en HTSP-matrix i en superledende tilstand. Der er ingen friktionstab, selv i luft, vibrationer er minimale selv ved høje hastigheder, og strukturen centreres automatisk under drift.

Et eksempel på en enhed udviklet på den russiske MAI

Det magnetiske felt af permanente magneter interagerer med de aktiverede HTSP-blokke, og efter installation af støtten læner svinghjulet sig blot over kryostaten (svæver over den i en afstand på mindre end 1 cm), mens den ikke bevæger sig i radial retning.

Det elektromagnetiske samspil mellem statoren og rotorpolerne skaber et resulterende drejningsmoment, der accelererer svinghjulet og dermed aktiverer drevet.Og da der ikke er nogen tab i understøtningerne akkumuleret i kinetisk form, lagres energien i lang tid og forbruges om nødvendigt ved konvertering til generatortilstand.

I processen med at akkumulere de fulde nominelle 500 kJ energi, accelereres svinghjulet på 300 sekunder til 6000 omdrejninger i minuttet. Den kan sagtens levere en effekt på 10 kW i 25 sekunder uafbrudt, da den nominelle effekt taget fra anlægget er henholdsvis 250 kJ, kan en belastning på 1 kW garanteres at blive leveret i 4 minutter.

Indgangsspændingsfrekvensen ved opladning er 50 Hz ved en standard netspænding på 220-240 volt. Svinghjulet vejer 100 kg og inertimomentet er cirka 3,6 kg * m2.

Hvad angår generatortilstanden, er den aktuelle frekvens under valg 200 Hz på tre faser ved spændinger fra 160 til 240 volt. Den maksimale mærkeeffekt til valg er 11 kW.

Udsigter for Rusland og SNG

For nylig har det russiske firma Kinetic Power skabt sin egen version af stationære lagringsenheder for kinetisk energi baseret på supersvinghjul. En sådan lagringsenhed er i stand til at lagre op til 100 kWh energi og levere en korttidseffekt på op til 300 kW.

Under forholdene på det russiske marked er en gruppe af flere sådanne lagerenheder i stand til at udligne den daglige heterogenitet af den elektriske belastning i en hel region og erstatte dyre og omfangsrige pumpekraftværker.

Derudover, som nævnt i starten, kan kinetiske lagerenheder bruges til at levere uafbrudt strøm til udstyr med det højeste ansvarsniveau.De unikke egenskaber ved disse udviklinger sikrer enhedens respons på niveauet hundrededele af et sekund, hvilket giver brugerne mulighed for ikke at afbryde strømforsyningen et sekund.