Kineetilise energia salvestamise seadmed energeetikatööstusele

Energiatõhususe parandamise teema ei kaota ilmselt kunagi oma aktuaalsust. Tänu sellele asjaolule tegelevad paljud asutused tänapäeval tõhusamate energiasalvestite väljatöötamisega. Ja üks paljutõotav lahendus selles valdkonnas on suure energiatarbega hooratastel põhineva kineetilise (liikumises) energiasalvestuse kasutamine.

Nende kasutusalad võivad varieeruda alates väikestest sõltumatutest eramajapidamiste katkematutest toiteallikatest kuni suurte tööstusrajatisteni, mis koguvad energiat hooratta pöörlemise ajal ja vabastavad selle õigel ajal vajalikul võimsustasemel, kaitstes võrku pingetõusu eest.

Selliste seadmete eeliseks on see, et massiivne hooratas suudab kogunenud kineetilise energia koheselt elektrienergiaks muundada, tagades seeläbi tarbijaseadmetele vajaliku võimsuse.

Selliseid seadmeid iseloomustavad minimaalsed kasutuskulud, kõrge automatiseerituse tase ja regulaarse hoolduse puudumine.

Pärast mõne minutiga täisvõimsusele laadimist vabastab hooratas vajadusel mõne sekundi jooksul salvestatud energia, samas kui võrgu normaalsed tööparameetrid ei pruugi vastu pidada kõrgetele tippvooludele.

Kuidas see töötab

Hooratas saab pöörlemise elektrimasinalt võlli või mõne muu ülekandemehhanismi kaudu ning vajadusel annab generaatorirežiimis võlli kaudu kogunenud energia ning hooratast ise pöörav masin saab sel hetkel töötada generaatorina.

Parameetrite kontrollimiseks mõeldud anduritega automatiseeritud juhtimissüsteem muudab kiiruse suurendamise protsessi ohutuks ja reageerib kriitilises olukorras nii hooratta ohtliku pöörlemiskiiruse saavutamisele kui ka vajadusele lülituda koheselt tagasi hooratta režiimile. kogunenud kineetiline energia.

Omadused ja võimalused

Sel viisil võimaldavad kineetilised salvestusseadmed lahendada energia akumuleerimise, ajutise salvestamise ja sellele järgneva muundamise probleeme, et tagada seadmete optimaalsed võimsusrežiimid isegi äärmiselt ebastandardsete parameetrite korral. Selle tulemusena on kaetud selle tehnilise lahenduse võimalikult lai valik rakendusi.

Seda tüüpi elektromehaanilisel muunduril on mitmeid eeliseid. Kineetikasalvestite erienergia intensiivsus on suurem kui kondensaatoritel ning koormusele antava erivõimsuse (voolu) poolest edestavad nad nii happeakusid kui ka kütuseelemente.

Samal ajal on kineetilised salvestusseadmed kompaktsed, keskkonnasõbralikud, nende efektiivsus on umbes 90%, pika kasutuseaga üle 10 aasta, neid on lihtne hooldada ja tööressurss on praktiliselt piiramatu. jahutussüsteem on sada korda odavam kui ülijuhtivate induktsioonisalvestusseadmete (SPIN) oma. …

Meditsiinikeskused, tuumarajatised, andmesalvestuskeskused, pangalaod, keemiatööstused – kõikjal, kus kriitiliste kasutajate toiteks on vaja energiavaru, tulevad kasuks kineetilised salvestusseadmed. Mida öelda suurte elektrisüsteemide tippkoormuse tasaarvestamise kohta, mistõttu on elektrikatkestusi tervetes linnapiirkondades.

Mida praegu kasutatakse

Kümme aastat pole kineetiliste salvestusseadmete areng peatunud mitmes maailma piirkonnas, eriti USA-s ja Saksamaal, viimastel aastatel ka Venemaal.

Saksamaa ATZ toodab 20 MJ ajamid, mis on võimelised andma võimsust kuni 250 kW ja mis on varustatud võrgu sünkroniseerimissüsteemiga. Lisaks ei ületa seadme mõõtmed 1,5 meetrit.

Veoratas on valmistatud ülitugevast süsinikkiust ja on paigaldatud HTSC keraamilisele vedrustusele. ATZ hooratast kiirendav ja elektrit genereeriv elektrimasin on valmis põhineb haruldaste muldmetallide püsimagnetitel.

American Beacon Power toodab 6 kWh ja 25 kWh silindrilisi salvestusseadmeid, mida saab kasutada klastrites, et tagada riigi tööstuslike elektrivõrkude vooluparameetrite stabiilsus.

KNE projekteerimise etapid

Kineetilise salvestusseadme projekteerimisel lahendavad arendajad järgmised insenertehnilised probleemid: arvutage mootor-generaator, valige laagrid, arvutage hooratas, samuti jahutus-, seire- ja juhtimissüsteemid ning seejärel jätkake tootmist.

Konkreetse ajamimudeli otstarbest lähtuvalt võivad neisse integreeritud elektrimasinad olla põhimõtteliselt erinevad. Siiski on vaieldamatu eelis sünkroonsed elektrimasinad… Sünkroonmasinatel pole harju ja rootori püsimagnetid võimaldavad saada mootorgeneraatori suurt erivõimsust.

Laagrid ja vedrustused sobivad kõige paremini mittekontaktsete laagrite jaoks, näiteks need, mis põhinevad kõrgtemperatuursetel ülijuhtidel (HTSC).

Kuigi sellised süsteemid vajavad spetsiaalset jahutust, on need siiski suurepäraselt stabiliseeritud ilma toiteallikata: püsimagnetite komplekti induktiivpool interakteerub ülijuhtivas olekus HTSP-maatriksiga. Hõõrdekadusid pole isegi õhus, vibratsioon on minimaalne ka suurtel kiirustel ning konstruktsioon tsentreerub töötamise ajal automaatselt.

Näide Vene MAI-s välja töötatud seadmest

Püsimagnetite magnetväli interakteerub aktiveeritud HTSP-plokkidega ning peale toe paigaldamist kaldub hooratas lihtsalt krüostaadi kohale (leviteerib selle kohal vähem kui 1 cm kaugusel), samas ei liigu radiaalsuunas.

Staatori ja rootori pooluste elektromagnetiline koostoime loob tulemuseks oleva pöördemomendi, mis kiirendab hooratast ja annab seega ajamile pinget.Ja kuna kineetilisel kujul kogunenud tugedes kadusid ei teki, salvestatakse energiat pikka aega ja vajadusel kulutatakse generaatori režiimi muutmisel.

Täisväärtusliku 500 kJ energia kogumise käigus kiirendatakse hooratast 300 sekundiga 6000 pöördeni minutis. See suudab hõlpsasti anda 10 kW võimsust 25 sekundit pidevalt, kuna jaamast võetud nimivõimsus on vastavalt 250 kJ, 1 kW koormuse saab garanteerida 4 minutiks.

Sisendpinge sagedus laadimisel on standardse võrgupinge 220-240 volti korral 50 Hz. Hooratas kaalub 100 kg ja inertsmoment on ligikaudu 3,6 kg * m2.

Generaatori režiimi osas on voolusagedus valiku ajal 200 Hz kolmel faasil pingel 160 kuni 240 volti. Valiku maksimaalne nimivõimsus on 11 kW.

Venemaa ja SRÜ väljavaated

Hiljuti on Venemaa ettevõte Kinetic Power loonud oma versiooni superhooratastel põhinevatest statsionaarsetest kineetilise energia salvestusseadmetest. Üks selline salvestusseade on võimeline salvestama kuni 100 kWh energiat ja andma lühiajaliselt kuni 300 kW võimsust.

Venemaa turu tingimustes suudab mitme sellise salvestusseadme rühm võrdsustada terve piirkonna elektrikoormuse igapäevase heterogeensuse, asendades kallid ja mahukad pumbaga elektrijaamad.

Lisaks, nagu alguses märgitud, saab kineetilisi salvestusseadmeid kasutada kõrgeima vastutustasemega seadmete katkematu toite tagamiseks.Nende arenduste ainulaadsed omadused tagavad seadme reaktsiooni sajandiksekundite tasemel, mis võimaldab kasutajatel mitte sekundikski katkestada toiteallikat.