Уређаји за складиштење кинетичке енергије за електропривреду

Тема побољшања енергетске ефикасности вероватно никада неће изгубити на актуелности. Због ове чињенице, многе институције данас развијају ефикасније уређаје за складиштење енергије. А једно од обећавајућих решења у овој области је употреба кинетичког (у покрету) складиштења енергије заснованог на високоенергетским замајцима.

Њихова подручја примене могу варирати од малих независних извора непрекидног напајања за приватна домаћинства до великих индустријских инсталација које акумулирају енергију током ротације замајца и у правом тренутку је ослобађају на потребном нивоу снаге, штитећи мрежу од напона.

Предност оваквих јединица је у томе што је масивни замајац у стању да одмах претвори акумулирану кинетичку енергију у електричну енергију, чиме потрошачкој опреми обезбеђује потребну снагу.

Такве уређаје карактеришу минимални оперативни трошкови, висок степен аутоматизације и нема потребе за редовним одржавањем.

Након пуњења до пуног капацитета за неколико минута, замајац ће ослободити ускладиштену енергију ако је потребно неколико секунди, док нормални радни параметри мреже можда неће издржати високе вршне струје.

Како то ради

Замајац прима ротацију од електричне машине преко вратила или преко другог преносног механизма и по потреби даје акумулирану енергију кроз вратило у генераторском режиму, а машина која ротира замајац може у том тренутку да ради као генератор.

Аутоматизовани систем управљања са сензорима за контролу параметара учиниће процес добијања брзине безбедним иу критичној ситуацији реаговаће како на постизање опасне брзине ротације замајца, тако и на потребу да се одмах пређе на режим враћања замајца. акумулирана кинетичка енергија .

Карактеристике и могућности

На овај начин кинетички уређаји за складиштење омогућавају решавање проблема акумулације, привременог складиштења и накнадне конверзије енергије како би се обезбедили оптимални режими напајања опреме, чак и са изузетно нестандардним параметрима. Као резултат, покривен је најшири спектар могућих примена овог техничког решења.

Електромеханички претварач овог типа има низ предности. Специфични енергетски интензитет кинетичких уређаја за складиштење је већи него код кондензатора, а по специфичној снази (струји) испорученој оптерећењу, они су испред и киселих батерија и горивних ћелија.

Истовремено, кинетички уређаји за складиштење су компактни, еколошки прихватљиви, имају ефикасност од око 90%, имају дуг радни век од више од 10 година, лаки су за одржавање, а радни ресурс је практично неограничен, поред тога, систем хлађења је сто пута јефтинији од суперпроводних индукционих уређаја за складиштење података (СПИН). …

Медицински центри, нуклеарна постројења, центри за складиштење података, складишта банака, хемијска индустрија—где је потребна резервна енергија за напајање критичних корисника, кинетички уређаји за складиштење ће добро доћи. Шта тек рећи о компензацији вршних оптерећења за велике електроенергетске системе, због чега долази до нестанка струје у читавим урбаним подручјима.

Оно што се сада користи

Већ десет година развој кинетичких уређаја за складиштење података не престаје у неколико региона света, посебно у САД и Немачкој, а последњих година и у Русији.

Немачки АТЗ производи погоне од 20 МЈ који могу да испоруче снагу до 250 кВ, опремљени системом за синхронизацију мреже. Поред тога, димензије уређаја не прелазе 1,5 метара.

Погонски замајац је направљен од угљеничних влакана високе чврстоће и монтиран је на ХТСЦ керамичку суспензију. Електрична машина која убрзава замајац АТЗ-а и производи електричну енергију је комплетна на основу трајних магнета ретких земаља.

Америцан Беацон Повер производи цилиндричне уређаје за складиштење од 6 кВх и 25 кВх који се могу користити у кластерима како би се осигурала стабилност тренутних параметара у индустријским електричним мрежама земље.

КНЕ фазе пројектовања

Приликом пројектовања кинетичког уређаја за складиштење, програмери решавају следеће инжењерске проблеме: израчунавају мотор-генератор, бирају лежајеве, израчунавају замајац, као и системе за хлађење, надзор и контролу, а затим настављају са производњом.

На основу намене одређеног модела погона, електричне машине интегрисане у њима могу бити у принципу различите. Међутим, постоји неоспорна предност синхроне електричне машине… У синхроним машинама нема четкица, а трајни магнети ротора омогућавају да се добије висока специфична снага мотора-генератора.

Лежајеви и суспензије су најпогоднији за бесконтактне лежајеве, као што су они засновани на високотемпературним суперпроводницима (ХТСЦ).

Иако такви системи захтевају посебно хлађење, они су ипак савршено стабилизовани без напајања: индуктор сета перманентних магнета интерагује са ХТСП матрицом у суперпроводљивом стању. Нема губитака због трења, чак и на ваздуху, вибрације су минималне чак и при великим брзинама, а структура се аутоматски центрира током рада.

Пример уређаја развијеног у руском МАИ

Магнетно поље трајних магнета је у интеракцији са активираним ХТСП блоковима, а након уградње носача, замајац се једноставно нагиње преко криостата (левитира преко њега на удаљености мањој од 1 цм), а притом се не креће у радијалном правцу.

Електромагнетна интеракција полова статора и ротора ствара резултујући обртни момент који убрзава замајац и тиме покреће погон.А пошто нема губитака у носачима акумулираних у кинетичком облику, енергија се чува дуго времена и, ако је потребно, троши се претварањем у генераторски режим.

У процесу акумулације пуних номиналних 500 кЈ енергије, замајац се убрзава за 300 секунди до 6000 обртаја у минути. Може лако да испоручује снагу од 10 кВ током 25 секунди непрекидно, пошто је називна снага која се узима из постројења 250 кЈ респективно, може се гарантовати да ће оптерећење од 1 кВ бити напајано током 4 минута.

Фреквенција улазног напона при пуњењу је 50 Хз при стандардном мрежном напону од 220-240 волти. Замајац је тежак 100 кг, а момент инерције је приближно 3,6 кг * м2.

Што се тиче режима генератора, тренутна фреквенција током избора је 200 Хз на три фазе на напонима од 160 до 240 волти. Максимална називна снага за избор је 11 кВ.

Изгледи за Русију и ЗНД

Недавно је руска компанија Кинетиц Повер креирала сопствену верзију стационарних уређаја за складиштење кинетичке енергије засноване на супер замајцима. Један такав уређај за складиштење је способан да ускладишти до 100 кВх енергије и обезбеди краткорочну снагу до 300 кВ.

У условима руског тржишта, група од неколико таквих уређаја за складиштење је у стању да изједначи дневну хетерогеност електричног оптерећења читавог региона, замењујући скупе и гломазне пумпне електране.

Поред тога, као што је напоменуто на почетку, кинетички уређаји за складиштење могу се користити за обезбеђивање непрекидног напајања опреми са највишим нивоима одговорности.Јединствена својства ових развоја обезбеђују одзив уређаја на нивоу стотих делова секунде, што омогућава корисницима да ни на секунду не прекидају напајање.