Güç endüstrisi için kinetik enerji depolama cihazları

Enerji verimliliğini artırma konusu muhtemelen alaka düzeyini asla kaybetmeyecektir. Bu nedenle günümüzde birçok kurum daha verimli enerji depolama cihazları geliştirmektedir. Ve bu alandaki umut verici çözümlerden biri, yüksek enerjili volanlara dayalı kinetik (hareket halindeki) enerji depolamanın kullanılmasıdır.

Uygulama alanları, özel haneler için küçük bağımsız kesintisiz güç kaynaklarından, bir volanın dönüşü sırasında enerji biriktiren ve doğru zamanda onu gerekli güç seviyesinde bırakarak şebekeyi voltaj dalgalanmalarından koruyan büyük endüstriyel kurulumlara kadar değişebilir.

Bu tür birimlerin avantajı, devasa volanın biriken kinetik enerjiyi anında elektrik enerjisine çevirebilmesi ve böylece tüketici ekipmanına gerekli gücü sağlamasıdır.

Bu tür cihazlar, minimum işletme maliyetleri, yüksek derecede otomasyon ve düzenli bakım gerektirmemesi ile karakterize edilir.

Birkaç dakika içinde tam kapasiteye şarj ettikten sonra, volan birkaç saniye için ihtiyaç duyulursa depolanan enerjiyi serbest bırakırken, şebekenin normal çalışma parametreleri yüksek tepe akımlarına dayanamayabilir.

Nasıl çalışır

Volan, bir elektrik makinesinden dönüşü bir mil vasıtasıyla veya başka bir transmisyon mekanizması vasıtasıyla alır ve gerekirse biriken enerjiyi jeneratör modunda şaft vasıtasıyla verir ve volanı döndüren makine o anda jeneratör olarak çalışabilir.

Parametreleri kontrol etmek için sensörlere sahip otomatik bir kontrol sistemi, hız kazanma sürecini güvenli hale getirecek ve kritik bir durumda hem volanın tehlikeli bir dönüş hızına ulaşılmasına hem de hemen geri dönme moduna geçme ihtiyacına tepki verecektir. birikmiş kinetik enerji.

Özellikler ve yetenekler

Bu şekilde, kinetik depolama cihazları, son derece standart olmayan parametrelerde bile optimum ekipman güç modları sağlamak için birikim, geçici depolama ve ardından enerji dönüşümü sorunlarını çözmeye izin verir. Sonuç olarak, bu teknik çözümün mümkün olan en geniş uygulama yelpazesi kapsanmaktadır.

Bu tür bir elektromekanik dönüştürücünün bir dizi avantajı vardır. Kinetik depolama cihazlarının özgül enerji yoğunlukları kapasitörlere göre daha yüksektir ve yüke verilen özgül güç (akım) açısından hem asitli pillerin hem de yakıt pillerinin önündedirler.

Aynı zamanda, kinetik depolama cihazları kompakttır, çevre dostudur, yaklaşık %90 verimliliğe sahiptir, 10 yıldan uzun bir hizmet ömrüne sahiptir, bakımı kolaydır ve çalışma kaynağı pratik olarak sınırsızdır. soğutma sistemi, süper iletken indüksiyon depolama cihazlarından (SPIN'ler) yüz kat daha ucuzdur. …

Tıp merkezleri, nükleer tesisler, veri depolama merkezleri, banka depoları, kimya endüstrileri—kritik kullanıcılara güç sağlamak için enerji yedeklemesinin gerekli olduğu her yerde, kinetik depolama cihazları kullanışlı olacaktır. Büyük güç sistemleri için pik yükleri dengelemek hakkında ne söyleyebiliriz, bu nedenle tüm kentsel alanlarda elektrik kesintileri oluyor.

şimdi ne kullanılıyor

On yıldır kinetik depolama cihazlarının gelişimi başta ABD ve Almanya olmak üzere dünyanın çeşitli bölgelerinde ve son yıllarda Rusya'da durmadı.

Alman ATZ, bir şebeke senkronizasyon sistemi ile donatılmış, 250 kW'a kadar güç sağlayabilen 20 MJ sürücü üretiyor. Ayrıca cihazın boyutları 1,5 metreyi geçmiyor.

Tahrik volanı, yüksek mukavemetli karbon fiberden yapılmıştır ve bir HTSC seramik süspansiyon üzerine monte edilmiştir. ATZ'nin volanını hızlandıran ve elektrik üreten elektrikli makine tamamlandı kalıcı nadir toprak mıknatıslarına dayalı.

American Beacon Power, ülkenin endüstriyel elektrik şebekelerinde mevcut parametrelerin istikrarını sağlamak için kümelerde kullanılabilen 6 kWh ve 25 kWh'lik silindirik depolama cihazları üretmektedir.

KNE tasarım aşamaları

Bir kinetik depolama cihazı tasarlarken, geliştiriciler aşağıdaki mühendislik problemlerini çözerler: motor jeneratörünü hesaplayın, yatakları seçin, volanı ve ayrıca soğutma, izleme ve kontrol sistemlerini hesaplayın ve ardından üretime geçin.

Belirli bir tahrik modelinin amacına bağlı olarak, bunlara entegre edilen elektrikli makineler prensip olarak farklı olabilir. Ancak, inkar edilemez bir avantaj var senkron elektrik makineleri… Senkron makinelerde fırça yoktur ve rotorun sabit mıknatısları, motor-jeneratörün yüksek özgül gücünü elde etmeyi mümkün kılar.

Yataklar ve süspansiyonlar, yüksek sıcaklık süper iletkenlerine (HTSC) dayalı olanlar gibi temassız yataklar için en uygun olanlardır.

Bu tür sistemler özel soğutma gerektirmesine rağmen, yine de güç kaynağı olmadan mükemmel bir şekilde stabilize edilirler: bir dizi kalıcı mıknatısın bir indüktörü, süper iletken bir durumda bir HTSP matrisi ile etkileşime girer. Havada bile sürtünme kayıpları yoktur, yüksek hızlarda bile titreşimler minimumdur ve çalışma sırasında yapı otomatik olarak merkezlenir.

Rus MAI'de geliştirilen bir cihaz örneği

Kalıcı mıknatısların manyetik alanı, aktifleştirilmiş HTSP bloklarıyla etkileşime girer ve desteği taktıktan sonra, volan, radyal yönde hareket etmezken, kriyostatın üzerine eğilir (üzerinde 1 cm'den daha az bir mesafede yükselir).

Stator ve rotor kutuplarının elektromanyetik etkileşimi, volanı hızlandıran ve böylece sürücüye enerji veren bir bileşke tork oluşturur.Ve kinetik formda biriken mesnetlerde herhangi bir kayıp olmadığı için enerji uzun süre depolanır ve gerekirse jeneratör moduna dönüştürülerek tüketilir.

Tam nominal 500 kJ enerjiyi biriktirme sürecinde, volan 300 saniyede hızlandırılarak dakikada 6000 devire çıkar. 10 kw lık gücü 25 sn sürekli olarak rahatlıkla verebilmektedir, santralden çekilen anma gücü sırasıyla 250 kj olduğundan 1 kw lık yükün 4 dakikada verilmesi garanti edilebilmektedir.

Şarj sırasındaki giriş voltajı frekansı, 220-240 voltluk standart bir şebeke voltajında ​​50 Hz'dir. Volanın ağırlığı 100 kg ve atalet momenti yaklaşık 3,6 kg*m2'dir.

Jeneratör moduna gelince, seçim sırasında akım frekansı 160 ila 240 volt arasındaki üç fazda 200 Hz'dir. Seçim için maksimum anma gücü 11 kW'dır.

Rusya ve BDT için Beklentiler

Daha yakın zamanlarda, Rus şirketi Kinetic Power, süper volanlara dayalı sabit kinetik enerji depolama cihazlarının kendi versiyonunu yarattı. Böyle bir depolama cihazı, 100 kWh'ye kadar enerji depolayabilir ve 300 kW'a kadar kısa süreli güç sağlayabilir.

Rusya pazarı koşullarında, bu tür birkaç depolama cihazından oluşan bir grup, pahalı ve hacimli pompalanan enerji santrallerinin yerini alarak tüm bölgenin elektrik yükünün günlük heterojenliğini eşitleyebilir.

Ek olarak, başta belirtildiği gibi, kinetik depolama cihazları, en yüksek sorumluluk seviyelerine sahip ekipmanlara kesintisiz güç sağlamak için kullanılabilir.Bu geliştirmelerin benzersiz özellikleri, cihazın saniyenin yüzde biri düzeyinde yanıt vermesini sağlayarak kullanıcıların güç kaynağını bir saniye bile kesmemelerini sağlar.