Uređaji za pohranu kinetičke energije za elektroprivredu

Tema poboljšanja energetske učinkovitosti vjerojatno nikada neće izgubiti na važnosti. Zbog te činjenice mnoge institucije danas razvijaju učinkovitije uređaje za pohranu energije. A jedno od obećavajućih rješenja u ovom području je korištenje kinetičke (u pokretu) pohrane energije temeljene na visokoenergetskim zamašnjacima.

Područja njihove primjene mogu varirati od malih neovisnih besprekidnih izvora napajanja za privatna kućanstva do velikih industrijskih instalacija koje akumuliraju energiju tijekom rotacije zamašnjaka i u pravo vrijeme je oslobađaju na potrebnoj razini snage, štiteći mrežu od prenapona.

Prednost takvih jedinica je u tome što masivni zamašnjak može odmah pretvoriti akumuliranu kinetičku energiju u električnu energiju, čime potrošačka oprema dobiva potrebnu snagu.

Takve uređaje karakteriziraju minimalni operativni troškovi, visok stupanj automatizacije i nepotrebno redovito održavanje.

Nakon punjenja do punog kapaciteta u nekoliko minuta, zamašnjak će po potrebi osloboditi pohranjenu energiju na nekoliko sekundi, dok normalni radni parametri mreže možda neće izdržati visoke vršne struje.

Kako radi

Zamašnjak prima rotaciju od električnog stroja preko osovine ili preko drugog prijenosnog mehanizma i po potrebi predaje akumuliranu energiju preko osovine u generatorskom načinu rada, a sam stroj koji vrti zamašnjak može u tom trenutku raditi kao generator.

Automatizirani sustav upravljanja sa senzorima za kontrolu parametara učinit će proces dobivanja brzine sigurnim iu kritičnoj situaciji reagirati kako na postizanje opasne brzine vrtnje zamašnjaka, tako i na potrebu hitnog prebacivanja u način vraćanja akumulirana kinetička energija .

Značajke i mogućnosti

Na taj način kinetički uređaji za pohranu omogućuju rješavanje problema akumulacije, privremenog skladištenja i naknadne pretvorbe energije kako bi se osigurali optimalni načini napajanja opreme, čak i s iznimno nestandardnim parametrima. Time je pokriven najširi raspon mogućih primjena ovog tehničkog rješenja.

Elektromehanički pretvarač ove vrste ima niz prednosti. Specifični energetski intenzitet kinetičkih spremnika veći je od kondenzatora, au pogledu specifične snage (struje) predane potrošaču ispred su i kiselinskih baterija i gorivih ćelija.

Istodobno, kinetički uređaji za pohranu su kompaktni, ekološki prihvatljivi, imaju učinkovitost od oko 90%, imaju dug radni vijek od više od 10 godina, lako se održavaju, a radni resurs je praktički neograničen, osim toga, rashladni sustav je stotinu puta jeftiniji od supravodljivih indukcijskih uređaja za pohranu (SPIN). …

Medicinski centri, nuklearna postrojenja, centri za pohranu podataka, bankarska skladišta, kemijska industrija—gdje god je potrebna energetska rezerva za napajanje kritičnih korisnika, kinetički uređaji za pohranu dobro će doći. Što tek reći o kompenzaciji vršnih opterećenja za velike elektroenergetske sustave, zbog čega dolazi do nestanka struje cijelim urbanim područjima.

Što se sada koristi

Deset godina razvoj kinetičkih uređaja za pohranu ne prestaje u nekoliko regija svijeta, posebice u SAD-u i Njemačkoj, a posljednjih godina iu Rusiji.

Njemački ATZ proizvodi pogone od 20 MJ koji mogu isporučiti snagu do 250 kW, opremljeni sustavom sinkronizacije mreže. Osim toga, dimenzije uređaja ne prelaze 1,5 metara.

Pogonski zamašnjak izrađen je od karbonskih vlakana visoke čvrstoće i postavljen je na HTSC keramički ovjes. Električni stroj koji ubrzava zamašnjak ATZ-a i proizvodi električnu energiju je završen na temelju trajnih magneta rijetkih zemalja.

American Beacon Power proizvodi cilindrične uređaje za pohranu od 6 kWh i 25 kWh koji se mogu koristiti u klasterima kako bi se osigurala stabilnost strujnih parametara u industrijskim električnim mrežama zemlje.

KNE faze projektiranja

Prilikom projektiranja kinetičkog uređaja za pohranu, programeri rješavaju sljedeće inženjerske probleme: izračunavaju motor-generator, odabiru ležajeve, izračunavaju zamašnjak, kao i sustave hlađenja, nadzora i upravljanja, a zatim nastavljaju s proizvodnjom.

Ovisno o namjeni pojedinog modela pogona, električni strojevi ugrađeni u njih mogu biti načelno različiti. Međutim, postoji neosporna prednost sinkroni električni strojevi… Kod sinkronih strojeva nema četkica, a stalni magneti rotora omogućuju postizanje visoke specifične snage motor-generatora.

Ležajevi i ovjesi najprikladniji su za beskontaktne ležajeve, poput onih koji se temelje na visokotemperaturnim supravodičima (HTSC).

Iako takvi sustavi zahtijevaju posebno hlađenje, oni su ipak savršeno stabilizirani bez napajanja: induktor skupa trajnih magneta u interakciji je s HTSP matricom u supravodljivom stanju. Nema gubitaka zbog trenja, čak ni u zraku, vibracije su minimalne čak i pri velikim brzinama, a struktura se automatski centrira tijekom rada.

Primjer uređaja razvijenog u ruskom MAI-u

Magnetsko polje permanentnih magneta u interakciji je s aktiviranim HTSP blokovima, a nakon postavljanja nosača, zamašnjak se jednostavno naginje nad kriostat (lebdi nad njim na udaljenosti manjoj od 1 cm), pritom se ne pomiče u radijalnom smjeru.

Elektromagnetska interakcija polova statora i rotora stvara rezultirajući okretni moment koji ubrzava zamašnjak i tako pokreće pogon.A budući da nema gubitaka u nosačima akumuliranim u kinetičkom obliku, energija se dugo skladišti i, ako je potrebno, troši pretvaranjem u generatorski način rada.

U procesu akumuliranja punih nazivnih 500 kJ energije, zamašnjak se za 300 sekundi ubrzava do 6000 okretaja u minuti. Može lako isporučiti snagu od 10 kW tijekom 25 sekundi neprekidno, budući da je nazivna snaga preuzeta iz postrojenja 250 kJ, odnosno, može se jamčiti da će opterećenje od 1 kW biti opskrbljeno 4 minute.

Frekvencija ulaznog napona pri punjenju je 50 Hz pri standardnom mrežnom naponu od 220-240 volti. Zamašnjak je težak 100 kg, a moment tromosti je približno 3,6 kg * m2.

Što se tiče načina generatora, trenutna frekvencija tijekom odabira je 200 Hz na tri faze pri naponu od 160 do 240 volti. Najveća nazivna snaga za odabir je 11 kW.

Izgledi za Rusiju i CIS

Nedavno je ruska tvrtka Kinetic Power stvorila vlastitu verziju stacionarnih uređaja za pohranu kinetičke energije temeljenih na super zamašnjacima. Jedan takav uređaj za pohranu može pohraniti do 100 kWh energije i pružiti kratkotrajnu snagu do 300 kW.

U uvjetima ruskog tržišta, skupina od nekoliko takvih uređaja za pohranu može izjednačiti dnevnu heterogenost električnog opterećenja cijele regije, zamjenjujući skupe i glomazne pumpne elektrane.

Dodatno, kao što je navedeno na početku, kinetički uređaji za pohranu mogu se koristiti za pružanje neprekidnog napajanja opremi s najvišom razinom odgovornosti.Jedinstvena svojstva ovih razvoja osiguravaju odziv uređaja na razini stotinki sekunde, što korisnicima omogućuje da ni na sekundu ne prekidaju napajanje.