Устройства за съхранение на кинетична енергия за електроенергийната промишленост

Темата за подобряване на енергийната ефективност вероятно никога няма да загуби своята актуалност. Във връзка с този факт много институции днес разработват по -ефективни устройства за съхранение на енергия. И едно от обещаващите решения в тази област е използването на кинетично (в движение) съхранение на енергия на базата на високоенергийни маховици.

Техните области на приложение могат да варират от малки самостоятелни непрекъсваеми захранвания за частни домакинства до големи промишлени инсталации, които акумулират енергия по време на въртене на маховик и в точното време я освобождават при необходимото ниво на мощност, предпазвайки мрежата от напрежение пренапрежения.

Предимството на такива агрегати е, че масивният маховик е в състояние незабавно да преобразува натрупаната кинетична енергия в електрическа, като по този начин осигурява на потребителското оборудване необходимата мощност.

Такива устройства се характеризират с минимални експлоатационни разходи, висока степен на автоматизация и липса на необходимост от редовна поддръжка.

След като се зареди до пълен капацитет за няколко минути, маховикът ще освободи натрупаната енергия, ако е необходимо, за няколко секунди, докато нормалните работни параметри на мрежата може да не издържат на високи пикови токове.

Как работи

Маховикът получава въртене от електрическа машина през вал или чрез друг трансмисионен механизъм и при необходимост отдава натрупаната енергия през вала в режим генератор, а машината, която върти самия маховик, може да работи в този момент като генератор .

Автоматизирана система за управление със сензори за управление на параметрите ще направи процеса на набиране на скорост безопасен и в критична ситуация ще реагира както на постигането на опасна скорост на въртене на маховика, така и на необходимостта незабавно да премине към режима на връщане на натрупаната кинетична енергия .

Характеристики и възможности

По този начин кинетичните устройства за съхранение позволяват да се решат проблемите с натрупването, временното съхранение и последващото преобразуване на енергия, за да се осигурят оптимални режими на захранване на оборудването, дори при изключително нестандартни параметри. В резултат на това е обхванат най -широк спектър от възможни приложения на това техническо решение.

Електромеханичен преобразувател от този вид има редица предимства. Специфичната енергийна интензивност на кинетичните устройства за съхранение е по -висока от тази на кондензаторите, а по отношение на специфичната мощност (ток), доставена на товара, те изпреварват както киселинните батерии, така и горивните клетки.

В същото време кинетичните устройства за съхранение са компактни, екологично чисти, имат ефективност от около 90%, имат дълъг експлоатационен живот над 10 години, лесни са за поддръжка, а работният ресурс е практически неограничен, освен това охлаждането системата е стократно по -евтина от тази на свръхпроводящите индукционни устройства за съхранение (SPIN). …

Медицински центрове, ядрени съоръжения, центрове за съхранение на информация, банкови складове, химическа промишленост — навсякъде, където се изисква резервиране на енергия за захранване на важни потребители, кинетичните устройства за съхранение ще бъдат полезни. Какво можем да кажем за компенсиране на пикови натоварвания за големи електроенергийни системи, поради което има прекъсвания на захранването на цели градски райони.

Какво се използва сега

В продължение на десет години развитието на кинетични устройства за съхранение не спира в няколко региона по света, особено в САЩ и Германия, а през последните години — и в Русия.

Германският ATZ произвежда 20 MJ задвижвания, способни да доставят мощност до 250 kW, оборудвани със система за синхронизация с мрежата. Освен това размерите на устройството не надвишават 1,5 метра.

Маховикът на задвижването е изработен от високоякостни въглеродни влакна и е монтиран върху HTSC керамично окачване. Електрическата машина, която ускорява маховика на ATZ и генерира електричество, е завършена на базата на постоянни редкоземни магнити.

American Beacon Power произвежда цилиндрични устройства за съхранение за 6 kWh и 25 kWh, които могат да се използват в клъстери, за да се гарантира стабилността на текущите параметри в промишлените електрически мрежи на страната.

Етапи на проектиране на KNE

При проектирането на кинетично устройство за съхранение разработчиците решават следните инженерни проблеми: изчисляват мотор-генератора, избират лагерите, изчисляват маховика, както и системите за охлаждане, наблюдение и управление и след това пристъпват към производството.

Въз основа на предназначението на конкретен модел задвижване, интегрираните в тях електрически машини могат по принцип да бъдат различни. Има обаче неоспоримо предимство синхронни електрически машини… В синхронните машини няма четки, а постоянните магнити на ротора позволяват да се получи висока специфична мощност на мотор-генератора.

Лагерите и окачванията са най-подходящи за безконтактни лагери, като тези, базирани на високотемпературни свръхпроводници (HTSC).

Въпреки че такива системи изискват специално охлаждане, те все пак се стабилизират перфектно без захранване: индуктор от набор от постоянни магнити взаимодейства с ВТСП матрица в свръхпроводящо състояние. Няма загуби от триене, дори при въздуха, вибрациите са минимални дори при високи скорости, а конструкцията се центрира автоматично по време на работа.

Пример за устройство, разработено в руския MAI

Магнитното поле на постоянни магнити взаимодейства с активираните ВТСП блокове и след инсталирането на опората маховикът просто се навежда над криостата (левитира над него на разстояние по -малко от 1 см), като същевременно не се движи в радиална посока.

Електромагнитното взаимодействие на полюсите на статора и ротора създава резултатен въртящ момент, който ускорява маховика и по този начин зарежда задвижването. И тъй като няма загуби в опорите, натрупани в кинетична форма, енергията се съхранява за дълго време и, ако е необходимо, се консумира чрез преобразуване в режим на генератор.

В процеса на натрупване на пълните номинални 500 kJ енергия, маховикът се ускорява за 300 секунди до 6000 оборота в минута. Той може лесно да доставя мощност от 10 kW за 25 секунди непрекъснато, тъй като номиналната мощност, взета от инсталацията, е съответно 250 kJ, може да се гарантира, че натоварване от 1 kW се захранва за 4 минути.

Честотата на напрежението на входа при зареждане е 50 Hz при стандартно мрежово напрежение 220-240 волта. Маховикът тежи 100 кг, а инерционният момент е приблизително 3,6 кг * м2.

Що се отнася до режима на генератора, честотата на тока по време на избора е 200 Hz на три фази при напрежения от 160 до 240 волта. Максималната номинална мощност за избор е 11 kW.

Перспективи за Русия и ОНД

Съвсем наскоро руската компания Kinetic Power създаде своя собствена версия на стационарни устройства за съхранение на кинетична енергия на базата на супер маховици. Едно такова устройство за съхранение е в състояние да съхранява енергия до 100 kWh и да осигурява краткосрочна мощност до 300 kW.

В условията на руския пазар, група от няколко такива устройства за съхранение е в състояние да изравни ежедневната хетерогенност на електрическото натоварване на цял регион, заменяйки скъпи и обемисти помпени електроцентрали.

Освен това, както бе отбелязано в началото, кинетичните устройства за съхранение могат да се използват за осигуряване на непрекъснато захранване на съоръжения с най -високи нива на отговорност. Уникалните свойства на тези разработки осигуряват реакция на устройството на ниво стотни от секундата, което позволява на потребителите да не прекъсват захранването за секунда.