Kinetisk energilagringsenheter for kraftindustrien

Temaet energieffektivisering vil trolig aldri miste sin relevans. På grunn av dette faktum utvikler mange institusjoner i dag mer effektive energilagringsenheter. Og en av de lovende løsningene på dette området er bruken av kinetisk (i bevegelse) energilagring basert på høyenergisvinghjul.

Deres bruksområder kan variere fra små uavhengige avbruddsfrie strømforsyninger for private husholdninger til store industrielle installasjoner som samler energi under rotasjonen av et svinghjul og til rett tid frigjør det til det nødvendige strømnivået, og beskytter nettverket mot spenningsstøt.

Fordelen med slike enheter er at det massive svinghjulet umiddelbart kan konvertere den akkumulerte kinetiske energien til elektrisk energi, og dermed gi forbrukerutstyret den nødvendige kraften.

Slike enheter er preget av minimale driftskostnader, høy grad av automatisering og ikke behov for regelmessig vedlikehold.

Etter å ha ladet til full kapasitet i løpet av noen minutter, vil svinghjulet frigjøre den lagrede energien om nødvendig i noen sekunder, mens de normale driftsparametrene til nettverket kanskje ikke tåler høye toppstrømmer.

Hvordan det fungerer

Svinghjulet mottar rotasjon fra en elektrisk maskin gjennom en aksel eller gjennom en annen transmisjonsmekanisme og gir om nødvendig den akkumulerte energien gjennom akselen i generatormodus, og maskinen som roterer selve svinghjulet kan i det øyeblikket fungere som en generator.

Et automatisert kontrollsystem med sensorer for å kontrollere parametere vil gjøre prosessen med å oppnå hastighet trygg og vil i en kritisk situasjon reagere både på oppnåelsen av en farlig rotasjonshastighet for svinghjulet og på behovet for å umiddelbart bytte til modusen for å returnere akkumulert kinetisk energi.

Funksjoner og muligheter

På denne måten lar kinetiske lagringsenheter løse problemene med akkumulering, midlertidig lagring og påfølgende konvertering av energi for å sikre optimale utstyrsstrømmoduser, selv med ekstremt ikke-standard parametere. Som et resultat dekkes det bredeste spekteret av mulige anvendelser av denne tekniske løsningen.

En elektromekanisk omformer av denne typen har en rekke fordeler. Den spesifikke energiintensiteten til kinetiske lagringsenheter er høyere enn for kondensatorer, og når det gjelder spesifikk kraft (strøm) levert til lasten, ligger de foran både syrebatterier og brenselceller.

Samtidig er kinetiske lagringsenheter kompakte, miljøvennlige, har en effektivitet på omtrent 90%, har en lang levetid på mer enn 10 år, er enkle å vedlikeholde, og arbeidsressursen er praktisk talt ubegrenset, i tillegg kjølesystemet er hundre ganger billigere enn det for superledende induksjonslagringsenheter (SPIN). …

Medisinske sentre, kjernefysiske anlegg, datalagringssentre, bankvarehus, kjemisk industri – hvor som helst energireservering er nødvendig for å drive kritiske brukere, vil kinetiske lagringsenheter komme godt med. Hva kan vi si om utligning av spisslast for store kraftsystemer, derfor er det strømbrudd til hele byområder.

Hva brukes nå

I ti år har utviklingen av kinetiske lagringsenheter ikke stoppet i flere regioner i verden, spesielt i USA og Tyskland, og de siste årene i Russland.

Tysklands ATZ produserer 20 MJ-stasjoner som er i stand til å levere effekt på opptil 250 kW, utstyrt med et nettsynkroniseringssystem. I tillegg overstiger ikke dimensjonene til enheten 1,5 meter.

Drivsvinghjulet er laget av høystyrke karbonfiber og er montert på en HTSC keramisk oppheng. Den elektriske maskinen som akselererer svinghjulet til ATZ og genererer strøm er komplett basert på permanente sjeldne jordarters magneter.

American Beacon Power produserer sylindriske lagringsenheter for 6 kWh og 25 kWh som kan brukes i klynger for å sikre stabiliteten til strømparametere i landets industrielle elektriske nett.

KNE designstadier

Når du designer en kinetisk lagringsenhet, løser utviklerne følgende tekniske problemer: beregn motorgeneratoren, velg lagrene, beregn svinghjulet, samt kjøle-, overvåkings- og kontrollsystemene, og fortsett deretter til produksjonen.

Basert på formålet med en bestemt drivmodell, kan de elektriske maskinene som er integrert i dem være forskjellige i prinsippet. Det er imidlertid en ubestridelig fordel synkrone elektriske maskiner… I synkrone maskiner er det ingen børster, og rotorens permanente magneter gjør det mulig å oppnå en høy spesifikk effekt til motorgeneratoren.

Lagre og oppheng er best egnet for berøringsfrie lagre, slik som de som er basert på høytemperatursuperledere (HTSC).

Selv om slike systemer krever spesiell kjøling, er de likevel perfekt stabilisert uten strømforsyning: en induktor av et sett med permanente magneter samhandler med en HTSP-matrise i en superledende tilstand. Det er ingen friksjonstap, selv i luft, vibrasjoner er minimale selv ved høye hastigheter, og strukturen blir automatisk sentrert under drift.

Et eksempel på en enhet utviklet ved den russiske MAI

Det magnetiske feltet til permanente magneter samhandler med de aktiverte HTSP-blokkene, og etter installasjon av støtten lener svinghjulet seg ganske enkelt over kryostaten (leviterer over den i en avstand på mindre enn 1 cm), mens den ikke beveger seg i radiell retning.

Det elektromagnetiske samspillet mellom stator- og rotorpolene skaper et resulterende dreiemoment som akselererer svinghjulet og dermed gir energi til drivverket.Og siden det ikke er tap i støttene akkumulert i kinetisk form, lagres energien i lang tid og, om nødvendig, forbrukes ved konvertering til generatormodus.

I prosessen med å akkumulere hele nominelle 500 kJ energi, akselereres svinghjulet på 300 sekunder til 6000 omdreininger per minutt. Den kan enkelt levere en effekt på 10 kW i 25 sekunder kontinuerlig, siden merkeeffekten som tas fra anlegget er henholdsvis 250 kJ, kan en belastning på 1 kW garanteres tilført i 4 minutter.

Inngangsspenningsfrekvensen ved lading er 50 Hz ved en standard nettspenning på 220-240 volt. Svinghjulet veier 100 kg og treghetsmomentet er ca. 3,6 kg * m2.

Når det gjelder generatormodus, er strømfrekvensen under valg 200 Hz på tre faser ved spenninger fra 160 til 240 volt. Maksimal merkeeffekt for valg er 11 kW.

Utsikter for Russland og CIS

Nylig har det russiske selskapet Kinetic Power laget sin egen versjon av stasjonære enheter for lagring av kinetisk energi basert på supersvinghjul. En slik lagringsenhet er i stand til å lagre opptil 100 kWh energi og gi korttidseffekt på opptil 300 kW.

Under forholdene på det russiske markedet er en gruppe av flere slike lagringsenheter i stand til å utjevne den daglige heterogeniteten til den elektriske belastningen i en hel region, og erstatte dyre og klumpete pumpekraftverk.

I tillegg, som nevnt innledningsvis, kan kinetiske lagringsenheter brukes til å gi uavbrutt strøm til utstyr med de høyeste ansvarsnivåene.De unike egenskapene til disse utviklingene sikrer en respons fra enheten på nivået av hundredeler av et sekund, som lar brukerne ikke avbryte strømforsyningen et sekund.