Energetikos pramonei skirti kinetinės energijos kaupimo įrenginiai

Energijos vartojimo efektyvumo didinimo tema tikriausiai niekada nepraras savo aktualumo. Dėl šio fakto daugelis įstaigų šiandien kuria efektyvesnius energijos kaupimo įrenginius. Ir vienas iš perspektyvių sprendimų šioje srityje yra kinetinės (judesio) energijos kaupimo naudojimas, pagrįstas didelės energijos smagračiais.

Jų panaudojimo sritys gali būti įvairios – nuo ​​mažų nepriklausomų nepertraukiamo maitinimo šaltinių privatiems namų ūkiams iki didelių pramoninių įrenginių, kurie sukaupia energiją smagračio sukimosi metu ir tinkamu metu išleidžia ją reikiamu galios lygiu, apsaugodami tinklą nuo įtampos šuolių.

Tokių agregatų pranašumas yra tas, kad masyvus smagratis gali iš karto paversti sukauptą kinetinę energiją į elektros energiją, taip aprūpindamas vartotojų įrangą reikiama galia.

Tokie prietaisai pasižymi minimaliomis eksploatavimo sąnaudomis, dideliu automatizavimo laipsniu ir nereikalaujančiu reguliarios priežiūros.

Per kelias minutes įkrovus visu pajėgumu smagratis prireikus kelias sekundes išleis sukauptą energiją, o įprasti tinklo veikimo parametrai gali neatlaikyti didelių piko srovių.

Kaip tai veikia

Smagratis gauna sukimąsi iš elektros mašinos per veleną arba per kitą perdavimo mechanizmą ir, esant reikalui, generatoriaus režimu atiduoda per veleną sukauptą energiją, o mašina, kuri pati suka smagratį, tuo momentu gali dirbti kaip generatorius.

Automatizuota valdymo sistema su jutikliais, skirtais parametrams valdyti, užtikrins saugų greičio didinimo procesą ir kritinėje situacijoje reaguos tiek į pavojingo smagračio sukimosi greičio pasiekimą, tiek į poreikį nedelsiant pereiti į grįžimo režimą. sukaupta kinetinė energija .

Savybės ir galimybės

Tokiu būdu kinetinės saugojimo įrenginiai leidžia išspręsti energijos kaupimo, laikino saugojimo ir vėlesnio konvertavimo problemas, siekiant užtikrinti optimalius įrangos galios režimus net esant itin nestandartiniams parametrams. Dėl to aprėpiamas plačiausias galimas šio techninio sprendimo pritaikymo spektras.

Šio tipo elektromechaninis keitiklis turi nemažai privalumų. Kinetinių kaupimo įrenginių savitasis energijos intensyvumas yra didesnis nei kondensatorių, o pagal apkrovai tiekiamą specifinę galią (srovę) jie lenkia ir rūgštinius akumuliatorius, ir kuro elementus.

Tuo pačiu metu kinetinės saugojimo įrenginiai yra kompaktiški, nekenksmingi aplinkai, jų efektyvumas siekia apie 90%, ilgai tarnauja daugiau nei 10 metų, juos lengva prižiūrėti, o darbo resursai yra praktiškai neriboti, be to, aušinimo sistema yra šimtą kartų pigesnė nei superlaidžių indukcinių saugojimo įrenginių (SPIN). …

Medicinos centrai, branduoliniai įrenginiai, duomenų saugojimo centrai, bankų sandėliai, chemijos pramonė – visur, kur reikalinga atsarginė energijos atsarga, kad būtų galima maitinti svarbiausius vartotojus, kinetinės saugojimo įrenginiai bus naudingi. Ką galime pasakyti apie didelių elektros energijos sistemų didžiausių apkrovų kompensavimą, todėl elektros tiekimas nutrūksta visose miesto zonose.

Kas dabar naudojama

Jau dešimt metų kinetinių saugojimo įrenginių kūrimas nesustojo keliuose pasaulio regionuose, ypač JAV ir Vokietijoje, o pastaraisiais metais – Rusijoje.

Vokietijos ATZ gamina 20 MJ pavaras, galinčias tiekti iki 250 kW galią, turinčias tinklo sinchronizavimo sistemą. Be to, įrenginio matmenys neviršija 1,5 metro.

Varomasis smagratis pagamintas iš didelio stiprumo anglies pluošto ir sumontuotas ant HTSC keraminės pakabos. ATZ smagratį pagreitinanti ir elektros energiją gaminanti elektrinė mašina baigta paremtas nuolatiniais retųjų žemių magnetais.

„American Beacon Power“ gamina cilindrinius 6 kWh ir 25 kWh talpos kaupiklius, kurie gali būti naudojami klasteriuose, siekiant užtikrinti srovės parametrų stabilumą šalies pramoniniuose elektros tinkluose.

KNE projektavimo etapai

Kurdami kinetinį saugojimo įrenginį, kūrėjai sprendžia šias inžinerines problemas: apskaičiuoja variklį-generatorių, parink guolius, apskaičiuoja smagratį, taip pat aušinimo, stebėjimo ir valdymo sistemas, o tada pereina prie gamybos.

Atsižvelgiant į konkretaus pavaros modelio paskirtį, jose integruotos elektros mašinos iš esmės gali skirtis. Tačiau yra neabejotinas pranašumas sinchroninės elektros mašinos… Sinchroninėse mašinose nėra šepečių, o nuolatiniai rotoriaus magnetai leidžia gauti didelę specifinę variklio-generatoriaus galią.

Guoliai ir pakabos geriausiai tinka nekontaktiniams guoliams, pvz., pagamintiems iš aukštos temperatūros superlaidininkų (HTSC).

Nors tokioms sistemoms reikalingas specialus aušinimas, jos vis dėlto puikiai stabilizuojasi be maitinimo: nuolatinių magnetų rinkinio induktorius sąveikauja su superlaidžia HTSP matrica. Net ore nėra trinties nuostolių, vibracijos minimalios net važiuojant dideliu greičiu, o eksploatacijos metu konstrukcija automatiškai centruojama.

Rusijos MAI sukurto įrenginio pavyzdys

Nuolatinių magnetų magnetinis laukas sąveikauja su aktyvuotais HTSP blokeliais, o sumontavus atramą smagratis tiesiog palinksta virš kriostato (levitas virš jo mažesniu nei 1 cm atstumu), nejudėdamas radialine kryptimi.

Statoriaus ir rotoriaus polių elektromagnetinė sąveika sukuria sukimo momentą, kuris pagreitina smagratį ir taip įjungia pavarą.O kadangi kinetine forma sukauptose atramose nėra nuostolių, energija kaupiama ilgą laiką ir, esant reikalui, suvartojama konvertuojant į generatoriaus režimą.

Sukaupus visą nominalią 500 kJ energiją, smagratis per 300 sekundžių įsibėgėja iki 6000 apsisukimų per minutę. Jis gali lengvai tiekti 10 kW galią 25 sekundes nepertraukiamai, nes iš gamyklos paimama vardinė galia yra atitinkamai 250 kJ, todėl 1 kW apkrova gali būti tiekiama 4 minutes.

Įėjimo įtampos dažnis įkraunant yra 50 Hz, esant standartinei 220–240 voltų tinklo įtampai. Smagratis sveria 100 kg, o inercijos momentas yra maždaug 3,6 kg * m2.

Kalbant apie generatoriaus režimą, srovės dažnis pasirinkimo metu yra 200 Hz trijose fazėse, esant įtampai nuo 160 iki 240 voltų. Maksimali pasirinkimo vardinė galia yra 11 kW.

Rusijos ir NVS perspektyvos

Visai neseniai Rusijos įmonė „Kinetic Power“ sukūrė savo stacionarių kinetinės energijos kaupimo įrenginių versiją, pagrįstą super smagračiais. Vienas iš tokių kaupimo įrenginių gali sukaupti iki 100 kWh energijos ir trumpalaikę galią suteikti iki 300 kW.

Rusijos rinkos sąlygomis kelių tokių saugojimo įrenginių grupė gali išlyginti viso regiono kasdienį elektros apkrovos nevienalytiškumą, pakeisdama brangias ir didelių gabaritų siurblines elektrines.

Be to, kaip buvo pažymėta iš pradžių, kinetinės atminties įtaisai gali būti naudojami siekiant užtikrinti nepertraukiamą maitinimą įrangai, kuriai tenka didžiausia atsakomybė.Unikalios šių pokyčių savybės užtikrina įrenginio atsaką šimtųjų sekundės dalių lygiu, o tai leidžia vartotojams sekundei nenutraukti maitinimo.