Dispositius d'emmagatzematge d'energia cinètica per a la indústria elèctrica
El tema de la millora de l'eficiència energètica probablement mai perdrà la seva rellevància. A causa d'aquest fet, moltes institucions avui estan desenvolupant dispositius d'emmagatzematge d'energia més eficients. I una de les solucions prometedores en aquesta àrea és l'ús d'emmagatzematge d'energia cinètica (en moviment) basat en volants d'alta energia.
Els seus àmbits d'aplicació poden variar des de petites fonts d'alimentació ininterrompuda independents per a llars particulars fins a grans instal·lacions industrials que acumulen energia durant la rotació d'un volant i l'alliberen en el moment adequat al nivell de potència requerit, protegint la xarxa de sobretensions.
L'avantatge d'aquestes unitats és que el volant massiu és capaç de convertir immediatament l'energia cinètica acumulada en energia elèctrica, proporcionant així a l'equip de consum la potència necessària.
Aquests dispositius es caracteritzen per uns costos operatius mínims, un alt grau d'automatització i sense necessitat de manteniment regular.
Després de carregar-se a plena capacitat en pocs minuts, el volant alliberarà l'energia emmagatzemada si cal durant uns segons, mentre que els paràmetres de funcionament normals de la xarxa poden no suportar corrents de punta elevats.
Com funciona
El volant rep la rotació d'una màquina elèctrica a través d'un eix o a través d'un altre mecanisme de transmissió i, si cal, dóna l'energia acumulada a través de l'eix en mode generador, i la màquina que fa girar el mateix volant pot funcionar en aquest moment com a generador.
Un sistema de control automatitzat amb sensors per controlar els paràmetres farà que el procés d'augment de velocitat sigui segur i, en una situació crítica, reaccionarà tant a l'assoliment d'una velocitat perillosa de gir del volant com a la necessitat de canviar immediatament al mode de retorn del energia cinètica acumulada.
Característiques i capacitats
D'aquesta manera, els dispositius d'emmagatzematge cinètic permeten resoldre els problemes d'acumulació, emmagatzematge temporal i posterior conversió d'energia per garantir modes de potència òptims dels equips, fins i tot amb paràmetres extremadament no estàndard. Com a resultat, es cobreix el ventall més ampli d'aplicacions possibles d'aquesta solució tècnica.
Un convertidor electromecànic d'aquest tipus té una sèrie d'avantatges. La intensitat d'energia específica dels dispositius d'emmagatzematge cinètic és superior a la dels condensadors, i pel que fa a la potència específica (corrent) lliurada a la càrrega, estan per davant tant de les bateries d'àcid com de les piles de combustible.
Al mateix temps, els dispositius d'emmagatzematge cinètic són compactes, respectuosos amb el medi ambient, tenen una eficiència d'aproximadament el 90%, tenen una llarga vida útil de més de 10 anys, són fàcils de mantenir i el recurs de treball és pràcticament il·limitat, a més, el El sistema de refrigeració és cent vegades més barat que el dels dispositius d'emmagatzematge per inducció superconductor (SPIN). …
Centres mèdics, instal·lacions nuclears, centres d'emmagatzematge de dades, magatzems bancaris, indústries químiques: allà on es requereixi una còpia de seguretat d'energia per alimentar usuaris crítics, els dispositius d'emmagatzematge cinètic seran útils. Què podem dir sobre la compensació de pics de càrrega per a grans sistemes d'energia, per això hi ha talls de llum a zones urbanes senceres.
El que s'utilitza ara
Durant deu anys, el desenvolupament de dispositius d'emmagatzematge cinètic no s'ha aturat a diverses regions del món, especialment als EUA i Alemanya, i en els darrers anys a Rússia.
L'ATZ d'Alemanya produeix accionaments de 20 MJ capaços de lliurar una potència de fins a 250 kW, equipats amb un sistema de sincronització de xarxa. A més, les dimensions del dispositiu no superen els 1,5 metres.
El volant motriu està fet de fibra de carboni d'alta resistència i està muntat sobre una suspensió de ceràmica HTSC. La màquina elèctrica que accelera el volant de l'ATZ i genera electricitat està completa basat en imants permanents de terres rares.
American Beacon Power produeix dispositius d'emmagatzematge cilíndrics de 6 kWh i 25 kWh que es poden utilitzar en clústers per garantir l'estabilitat dels paràmetres actuals a les xarxes elèctriques industrials del país.
Etapes de disseny KNE
Quan dissenyen un dispositiu d'emmagatzematge cinètic, els desenvolupadors resolen els següents problemes d'enginyeria: calculeu el motor-generador, seleccioneu els coixinets, calculeu el volant, així com els sistemes de refrigeració, monitorització i control, i després procediu a la producció.
En funció del propòsit d'un model d'accionament específic, les màquines elèctriques integrades en ells poden ser diferents en principi. Tanmateix, hi ha un avantatge innegable màquines elèctriques síncrones… A les màquines síncrones, no hi ha escombretes, i els imants permanents del rotor permeten obtenir una gran potència específica del motor-generador.
Els coixinets i les suspensions són els més adequats per a coixinets sense contacte, com els basats en superconductors d'alta temperatura (HTSC).
Tot i que aquests sistemes requereixen un refredament especial, estan tanmateix perfectament estabilitzats sense font d'alimentació: un inductor d'un conjunt d'imants permanents interacciona amb una matriu HTSP en estat superconductor. No hi ha pèrdues per fricció, fins i tot a l'aire, les vibracions són mínimes fins i tot a altes velocitats i l'estructura es centra automàticament durant el funcionament.
Un exemple d'un dispositiu desenvolupat al MAI rus
El camp magnètic dels imants permanents interactua amb els blocs HTSP activats i, després d'instal·lar el suport, el volant simplement s'inclina sobre el criòstat (levita sobre ell a una distància inferior a 1 cm), sense moure's en direcció radial.
La interacció electromagnètica dels pols de l'estator i el rotor crea un parell resultant que accelera el volant i, per tant, energitza l'accionament.I com que no hi ha pèrdues en els suports acumulats en forma cinètica, l'energia s'emmagatzema durant molt de temps i, si cal, es consumeix mitjançant la conversió al mode generador.
En el procés d'acumulació dels 500 kJ nominals complets d'energia, el volant s'accelera en 300 segons fins a 6000 revolucions per minut. Pot subministrar fàcilment una potència de 10 kW durant 25 segons contínuament, ja que la potència nominal presa de la planta és de 250 kJ respectivament, es pot garantir una càrrega d'1 kW durant 4 minuts.
La freqüència de tensió d'entrada quan es carrega és de 50 Hz a una tensió de xarxa estàndard de 220-240 volts. El volant pesa 100 kg i el moment d'inèrcia és d'aproximadament 3,6 kg * m2.
Pel que fa al mode generador, la freqüència actual durant la selecció és de 200 Hz en tres fases a tensions de 160 a 240 volts. La potència nominal màxima per a la selecció és d'11 kW.
Perspectives per a Rússia i la CEI
Més recentment, l'empresa russa Kinetic Power ha creat la seva pròpia versió de dispositius estacionaris d'emmagatzematge d'energia cinètica basats en súper volants. Un d'aquests dispositius d'emmagatzematge és capaç d'emmagatzemar fins a 100 kWh d'energia i proporcionar una potència a curt termini de fins a 300 kW.
En les condicions del mercat rus, un grup de diversos dispositius d'emmagatzematge d'aquest tipus és capaç d'igualitzar l'heterogeneïtat diària de la càrrega elèctrica de tota una regió, substituint les cares i voluminoses centrals elèctriques de bombeig.
A més, com es va assenyalar al principi, els dispositius d'emmagatzematge cinètic es poden utilitzar per proporcionar energia ininterrompuda als equips amb els nivells més alts de responsabilitat.Les propietats úniques d'aquests desenvolupaments asseguren una resposta del dispositiu a nivell de centèsimes de segon, que permet als usuaris no interrompre l'alimentació ni un segon.