Kinetikus energiatároló eszközök az energiaipar számára

Az energiahatékonyság javításának témája valószínűleg soha nem veszíti el aktualitását. Ennek köszönhetően manapság sok intézmény fejleszt hatékonyabb energiatároló eszközöket. Ezen a területen pedig az egyik ígéretes megoldás a nagyenergiájú lendkerekekre épülő kinetikus (mozgás közbeni) energiatárolás alkalmazása.

Felhasználási területük a magánháztartások kisméretű, független szünetmentes tápegységeitől a nagy ipari létesítményekig terjedhet, amelyek a lendkerék forgása során energiát halmoznak fel, és a megfelelő időben adják le a szükséges teljesítményszinten, megvédve a hálózatot a feszültségingadozásoktól.

Az ilyen egységek előnye, hogy a masszív lendkerék a felhalmozott mozgási energiát azonnal elektromos energiává tudja alakítani, ezáltal biztosítja a fogyasztói berendezéseket a szükséges teljesítménnyel.

Az ilyen eszközöket minimális üzemeltetési költségek, magas fokú automatizálás és rendszeres karbantartási igény jellemzi.

A lendkerék néhány percen belüli teljes kapacitásra töltés után szükség esetén néhány másodpercig felszabadítja a tárolt energiát, miközben a hálózat normál üzemi paraméterei nem biztos, hogy ellenállnak a nagy csúcsáramoknak.

Hogyan működik

A lendkerék egy elektromos géptől egy tengelyen vagy más erőátviteli mechanizmuson keresztül kap forgást, és szükség esetén generátor üzemmódban adja át a felhalmozott energiát a tengelyen keresztül, és maga a lendkereket forgató gép abban a pillanatban generátorként működhet.

A paraméterek vezérlésére szolgáló érzékelőkkel ellátott automatizált vezérlőrendszer biztonságossá teszi a sebesség növelésének folyamatát, és kritikus helyzetben reagál mind a lendkerék veszélyes forgási sebességének elérésére, mind arra, hogy azonnal át kell váltani a visszaállítás módjára. felhalmozott mozgási energia .

Jellemzők és képességek

Ily módon a kinetikus tárolóeszközök lehetővé teszik az energia felhalmozási, átmeneti tárolási és utólagos átalakítási problémáinak megoldását, hogy biztosítsák a berendezések optimális teljesítményét, még rendkívül nem szabványos paraméterek esetén is. Ennek eredményeként ennek a műszaki megoldásnak a lehető legszélesebb köre elérhető.

Az ilyen típusú elektromechanikus átalakítónak számos előnye van. A kinetikus tárolóeszközök fajlagos energiaintenzitása nagyobb, mint a kondenzátoroké, és a terhelésre leadott fajlagos teljesítmény (áram) tekintetében mind a savas akkumulátorokat, mind az üzemanyagcellákat megelőzik.

Ugyanakkor a kinetikus tárolóeszközök kompaktak, környezetbarátak, hatásfokuk kb. 90%, élettartamuk több mint 10 év, könnyen karbantarthatóak, a munkaerőforrás gyakorlatilag korlátlan, ráadásul a A hűtőrendszer százszor olcsóbb, mint a szupravezető indukciós tárolóeszközöké (SPIN). …

Orvosi központok, nukleáris létesítmények, adattároló központok, banki raktárak, vegyipar – mindenhol, ahol a kritikus felhasználók energiaellátásához szükség van energiamentésre, a kinetikus tárolóeszközök jól jönnek. Mit mondhatunk a nagy áramellátó rendszerek csúcsterhelésének kiegyenlítéséről, ami miatt az egész városi területeken áramkimaradások vannak.

Amit most használnak

Tíz éve nem állt meg a kinetikus tárolóeszközök fejlesztése a világ több régiójában, különösen az USA-ban és Németországban, az utóbbi években pedig Oroszországban.

A német ATZ 20 MJ-os hajtásokat gyárt, amelyek akár 250 kW teljesítmény leadására is képesek, és hálózatszinkronizációs rendszerrel vannak felszerelve. Ezenkívül a készülék mérete nem haladja meg az 1,5 métert.

A hajtó lendkerék nagy szilárdságú szénszálból készült, és HTSC kerámia felfüggesztésre van felszerelve. Elkészült az ATZ lendkerekét gyorsító és áramot termelő elektromos gép állandó ritkaföldfém mágneseken alapul.

Az American Beacon Power 6 kWh és 25 kWh teljesítményű hengeres tárolóeszközöket gyárt, amelyek klaszterekben használhatók az ország ipari elektromos hálózataiban az áramparaméterek stabilitásának biztosítására.

A KNE tervezési szakaszai

A kinetikus tároló berendezés tervezésekor a fejlesztők a következő mérnöki feladatokat oldják meg: a motor-generátor kiszámítása, a csapágyak kiválasztása, a lendkerék, valamint a hűtő-, felügyeleti és vezérlőrendszerek kiszámítása, majd a gyártás megkezdése.

Egy adott hajtásmodell rendeltetése alapján a beléjük épített elektromos gépek elvileg eltérőek lehetnek. Van azonban egy tagadhatatlan előnye szinkron elektromos gépek… A szinkron gépekben nincsenek kefék, és a forgórész állandó mágnesei lehetővé teszik a motor-generátor nagy fajlagos teljesítményének elérését.

A csapágyak és felfüggesztések az érintésmentes csapágyakhoz, például a magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC) alapúakhoz a legalkalmasabbak.

Bár az ilyen rendszerek speciális hűtést igényelnek, áramellátás nélkül is tökéletesen stabilizálódnak: egy állandó mágneskészlet induktora szupravezető állapotban kölcsönhatásba lép a HTSP mátrixszal. Nincsenek súrlódási veszteségek, még levegőben sem, a rezgések nagy sebességnél is minimálisak, a szerkezet működés közben automatikusan központosodik.

Példa az orosz MAI-nál kifejlesztett eszközre

Az állandó mágnesek mágneses tere kölcsönhatásba lép az aktivált HTSP blokkokkal, és a tartó felszerelése után a lendkerék egyszerűen a kriosztát fölé hajlik (1 cm-nél kisebb távolságban levitál felette), miközben nem mozdul el radiális irányban.

Az állórész és a forgórész pólusainak elektromágneses kölcsönhatása olyan eredő nyomatékot hoz létre, amely felgyorsítja a lendkereket, és ezáltal energiát ad a hajtásnak.És mivel a kinetikus formában felhalmozódott támaszokban nincs veszteség, az energia hosszú ideig tárolódik, és szükség esetén generátor üzemmódba való átállással fogyasztható.

A teljes névleges 500 kJ energia felhalmozása során a lendkerék 300 másodperc alatt 6000 fordulat/perc sebességre gyorsul. Könnyedén tud 25 másodpercig folyamatosan 10 kW teljesítményt szolgáltatni, mivel az erőműből vett névleges teljesítmény rendre 250 kJ, 1 kW terhelés esetén garantáltan 4 percen keresztül adható.

A bemeneti feszültség frekvenciája töltéskor 50 Hz normál 220-240 voltos hálózati feszültség mellett. A lendkerék súlya 100 kg, a tehetetlenségi nyomaték pedig körülbelül 3,6 kg * m2.

Ami a generátor üzemmódot illeti, a kiválasztás során az áramfrekvencia 200 Hz három fázison, 160 és 240 volt közötti feszültség mellett. A választható maximális névleges teljesítmény 11 kW.

Oroszország és a FÁK kilátásai

A közelmúltban az orosz Kinetic Power cég megalkotta a szuper lendkerekeken alapuló, helyhez kötött kinetikus energiatároló eszközök saját változatát. Egy ilyen tárolóeszköz akár 100 kWh energia tárolására is képes, és rövid távon akár 300 kW teljesítményt is biztosít.

Az orosz piac körülményei között több ilyen tárolóeszközből álló csoport képes kiegyenlíteni egy egész régió elektromos terhelésének napi heterogenitását, helyettesítve a drága és terjedelmes szivattyús erőműveket.

Ezenkívül, amint az elején megjegyeztük, a kinetikus tárolóeszközök használhatók a legmagasabb szintű felelősséggel rendelkező berendezések megszakítás nélküli áramellátására.E fejlesztések egyedi tulajdonságai biztosítják a készülék századmásodperces válaszadását, ami lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egy másodpercre se szakítsák meg az áramellátást.