Zařízení pro ukládání kinetické energie pro energetiku

Téma zlepšování energetické účinnosti pravděpodobně nikdy neztratí na aktuálnosti. Díky této skutečnosti dnes mnoho institucí vyvíjí účinnější zařízení pro ukládání energie. A jedním ze slibných řešení v této oblasti je využití kinetického (v pohybu) akumulace energie na bázi vysokoenergetických setrvačníků.

Oblasti jejich použití se mohou lišit od malých nezávislých nepřerušitelných zdrojů napájení pro soukromé domácnosti až po velké průmyslové instalace, které akumulují energii během otáčení setrvačníku a ve správný čas ji uvolňují na požadované úrovni výkonu, čímž chrání síť před napěťovými rázy.

Výhodou těchto jednotek je, že masivní setrvačník je schopen okamžitě přeměnit nahromaděnou kinetickou energii na energii elektrickou, čímž dodá spotřebnímu zařízení potřebný výkon.

Taková zařízení se vyznačují minimálními provozními náklady, vysokým stupněm automatizace a bez nutnosti pravidelné údržby.

Po nabití na plnou kapacitu během několika minut setrvačník v případě potřeby na několik sekund uvolní uloženou energii, zatímco běžné provozní parametry sítě nemusí odolat vysokým špičkovým proudům.

Jak to funguje

Setrvačník přijímá rotaci od elektrického stroje přes hřídel nebo přes jiný převodový mechanismus a v případě potřeby dává nahromaděnou energii přes hřídel v generátorovém režimu a stroj, který otáčí setrvačníkem sám, může v tu chvíli pracovat jako generátor.

Automatizovaný řídicí systém se senzory pro řízení parametrů zajistí proces nabírání rychlosti a v kritické situaci bude reagovat jak na dosažení nebezpečné rychlosti otáčení setrvačníku, tak na nutnost okamžitého přechodu do režimu vracení motoru. akumulovaná kinetická energie.

Vlastnosti a možnosti

Kinetická akumulační zařízení tak umožňují řešit problémy akumulace, dočasného skladování a následné přeměny energie pro zajištění optimálních výkonových režimů zařízení i při extrémně nestandardních parametrech. Tím je pokryto nejširší spektrum možných aplikací tohoto technického řešení.

Elektromechanický měnič tohoto typu má řadu výhod. Měrná energetická náročnost kinetických zásobníků je vyšší než u kondenzátorů a co do měrného výkonu (proudu) dodávaného do zátěže předstihují jak kyselinové baterie, tak palivové články.

Kinetická skladovací zařízení jsou přitom kompaktní, ekologická, mají účinnost cca 90 %, mají dlouhou životnost více než 10 let, snadno se udržují a pracovní zdroje jsou prakticky neomezené, navíc chladicí systém je stokrát levnější než u supravodivých indukčních úložných zařízení (SPIN). …

Zdravotnická centra, jaderná zařízení, centra pro ukládání dat, bankovní sklady, chemický průmysl – všude tam, kde je potřeba zálohování energie pro napájení kritických uživatelů, přijdou vhod kinetická paměťová zařízení. Co můžeme říci o kompenzaci špičkového zatížení pro velké energetické systémy, což je důvod, proč dochází k výpadkům elektřiny v celých městských oblastech.

Co se nyní používá

Vývoj kinetických paměťových zařízení se po deset let nezastavil v několika regionech světa, zejména v USA a Německu a v posledních letech i v Rusku.

Německý ATZ vyrábí 20 MJ pohony schopné dodat výkon až 250 kW, vybavené systémem synchronizace sítě. Rozměry zařízení navíc nepřesahují 1,5 metru.

Hnací setrvačník je vyroben z vysoce pevných uhlíkových vláken a je uložen na keramickém závěsu HTSC. Elektrický stroj, který zrychluje setrvačník ATZ a vyrábí elektřinu, je hotový na bázi permanentních magnetů vzácných zemin.

American Beacon Power vyrábí válcová úložná zařízení pro 6 kWh a 25 kWh, která lze použít v klastrech pro zajištění stability aktuálních parametrů v průmyslových elektrických sítích v zemi.

Fáze návrhu KNE

Při navrhování kinetického skladovacího zařízení řeší vývojáři následující technické problémy: vypočítat motor-generátor, vybrat ložiska, vypočítat setrvačník, stejně jako chladicí, monitorovací a řídicí systémy a poté pokračovat ve výrobě.

Na základě účelu konkrétního modelu pohonu se mohou elektrické stroje v nich integrované v principu lišit. Existuje však nesporná výhoda synchronní elektrické stroje… U synchronních strojů nejsou žádné kartáče a permanentní magnety rotoru umožňují získat vysoký měrný výkon motorgenerátoru.

Ložiska a závěsy jsou nejvhodnější pro bezkontaktní ložiska, jako jsou ložiska na bázi vysokoteplotních supravodičů (HTSC).

I když takové systémy vyžadují speciální chlazení, jsou bez napájení dokonale stabilizované: induktor soustavy permanentních magnetů interaguje s HTSP matricí v supravodivém stavu. Nedochází ke ztrátám třením ani na vzduchu, vibrace jsou minimální i při vysokých rychlostech a konstrukce se za provozu automaticky vystředí.

Příklad zařízení vyvinutého v ruské MAI

Magnetické pole permanentních magnetů interaguje s aktivovanými bloky HTSP a po instalaci podpěry se setrvačník jednoduše nakloní nad kryostat (levituje nad ním ve vzdálenosti menší než 1 cm), přičemž se nepohybuje v radiálním směru.

Elektromagnetická interakce pólů statoru a rotoru vytváří výsledný točivý moment, který zrychluje setrvačník a tím dodává energii do pohonu.A protože nedochází k žádným ztrátám v podpěrách akumulovaných v kinetické podobě, energie se dlouho skladuje a v případě potřeby spotřebovává konverzí do generátorového režimu.

V procesu akumulace plných nominálních 500 kJ energie se setrvačník zrychlí za 300 sekund na 6000 otáček za minutu. Může snadno dodávat výkon 10 kW po dobu 25 sekund nepřetržitě, protože jmenovitý výkon odebraný z elektrárny je 250 kJ, lze zaručit dodávku zátěže 1 kW po dobu 4 minut.

Frekvence vstupního napětí při nabíjení je 50 Hz při standardním síťovém napětí 220-240 voltů. Setrvačník váží 100 kg a moment setrvačnosti je přibližně 3,6 kg * m2.

Pokud jde o režim generátoru, aktuální frekvence při výběru je 200 Hz na třech fázích při napětí od 160 do 240 voltů. Maximální jmenovitý výkon pro výběr je 11 kW.

Perspektivy Ruska a SNS

Nedávno ruská společnost Kinetic Power vytvořila svou vlastní verzi stacionárních zařízení pro ukládání kinetické energie na bázi super setrvačníků. Jedno takové akumulační zařízení je schopno uložit až 100 kWh energie a poskytnout krátkodobý výkon až 300 kW.

V podmínkách ruského trhu je skupina několika takových akumulačních zařízení schopna vyrovnat denní heterogenitu elektrického zatížení celého regionu a nahradit drahé a objemné přečerpávací elektrárny.

Navíc, jak bylo uvedeno na začátku, kinetická paměťová zařízení lze použít k zajištění nepřerušovaného napájení zařízení s nejvyšší úrovní odpovědnosti.Jedinečné vlastnosti tohoto vývoje zajišťují odezvu zařízení na úrovni setin sekundy, což uživatelům umožňuje nepřerušit napájení ani na sekundu.