Thiết bị lưu trữ động năng cho ngành điện

Chủ đề cải thiện hiệu quả năng lượng có lẽ sẽ không bao giờ mất đi sự liên quan của nó. Do thực tế này, nhiều tổ chức ngày nay đang phát triển các thiết bị lưu trữ năng lượng hiệu quả hơn. Và một trong những giải pháp hứa hẹn trong lĩnh vực này là sử dụng lưu trữ năng lượng động học (trong chuyển động) dựa trên bánh đà năng lượng cao.

Các lĩnh vực ứng dụng của chúng có thể khác nhau, từ nguồn cung cấp năng lượng liên tục độc lập nhỏ cho các hộ gia đình tư nhân đến các cơ sở công nghiệp lớn tích lũy năng lượng trong quá trình quay của bánh đà và giải phóng năng lượng vào đúng thời điểm ở mức năng lượng cần thiết, bảo vệ mạng khỏi sự tăng điện áp.

Ưu điểm của các đơn vị như vậy là bánh đà khổng lồ có thể chuyển đổi ngay động năng tích lũy thành năng lượng điện, từ đó cung cấp năng lượng cần thiết cho thiết bị tiêu dùng.

Các thiết bị như vậy được đặc trưng bởi chi phí vận hành tối thiểu, mức độ tự động hóa cao và không cần bảo trì thường xuyên.

Sau khi sạc đầy công suất trong vài phút, bánh đà sẽ giải phóng năng lượng dự trữ nếu cần trong vài giây, trong khi các thông số hoạt động bình thường của mạng có thể không chịu được dòng điện cực đại.

Làm thế nào nó hoạt động

Bánh đà nhận chuyển động quay từ máy điện qua trục hoặc qua cơ cấu truyền động khác và nếu cần, sẽ cung cấp năng lượng tích lũy qua trục ở chế độ máy phát điện và máy tự quay bánh đà có thể hoạt động tại thời điểm đó như một máy phát điện.

Một hệ thống điều khiển tự động với các cảm biến để kiểm soát các thông số sẽ giúp quá trình tăng tốc trở nên an toàn và trong tình huống nguy cấp sẽ phản ứng với cả việc đạt được tốc độ quay nguy hiểm của bánh đà và yêu cầu chuyển ngay sang chế độ quay trở lại động năng tích lũy.

Tính năng và khả năng

Bằng cách này, các thiết bị lưu trữ động học cho phép giải quyết các vấn đề tích lũy, lưu trữ tạm thời và chuyển đổi năng lượng tiếp theo để đảm bảo các chế độ năng lượng thiết bị tối ưu, ngay cả với các thông số cực kỳ phi tiêu chuẩn. Do đó, phạm vi ứng dụng rộng nhất có thể của giải pháp kỹ thuật này được bao phủ.

Một bộ chuyển đổi cơ điện loại này có một số ưu điểm. Cường độ năng lượng cụ thể của các thiết bị lưu trữ động học cao hơn so với tụ điện và về công suất cụ thể (dòng điện) cung cấp cho tải, chúng vượt trội hơn cả pin axit và pin nhiên liệu.

Đồng thời, các thiết bị lưu trữ động học nhỏ gọn, thân thiện với môi trường, hiệu suất khoảng 90%, tuổi thọ cao hơn 10 năm, dễ bảo trì và nguồn lực làm việc thực tế là không giới hạn, ngoài ra, hệ thống làm mát rẻ hơn hàng trăm lần so với các thiết bị lưu trữ cảm ứng siêu dẫn (SPIN). …

Các trung tâm y tế, cơ sở hạt nhân, trung tâm lưu trữ dữ liệu, kho ngân hàng, công nghiệp hóa chất—bất cứ nơi nào cần dự phòng năng lượng để cung cấp năng lượng cho những người dùng quan trọng, các thiết bị lưu trữ động học sẽ có ích. Chúng ta có thể nói gì về việc bù đắp phụ tải cao điểm cho các hệ thống điện lớn, đó là lý do tại sao có sự cố mất điện cho toàn bộ khu vực đô thị.

Những gì được sử dụng bây giờ

Trong mười năm, sự phát triển của các thiết bị lưu trữ động học đã không dừng lại ở một số khu vực trên thế giới, đặc biệt là ở Hoa Kỳ và Đức, và trong những năm gần đây ở Nga.

ATZ của Đức sản xuất 20 ổ đĩa MJ có khả năng cung cấp công suất lên tới 250 kW, được trang bị hệ thống đồng bộ hóa lưới điện. Ngoài ra, kích thước của thiết bị không vượt quá 1,5 mét.

Bánh đà truyền động được làm bằng sợi carbon có độ bền cao và được gắn trên hệ thống treo gốm HTSC. Máy điện tăng tốc bánh đà của ATZ và tạo ra điện đã hoàn thành dựa trên nam châm đất hiếm vĩnh cửu.

American Beacon Power sản xuất các thiết bị lưu trữ hình trụ cho 6 kWh và 25 kWh có thể được sử dụng theo cụm để đảm bảo sự ổn định của các thông số hiện tại trong lưới điện công nghiệp của đất nước.

Giai đoạn thiết kế KNE

Khi thiết kế một thiết bị lưu trữ động học, các nhà phát triển giải quyết các vấn đề kỹ thuật sau: tính toán động cơ-máy phát điện, chọn ổ trục, tính toán bánh đà, cũng như hệ thống làm mát, giám sát và điều khiển, sau đó tiến hành sản xuất.

Dựa trên mục đích của một mô hình ổ đĩa cụ thể, các máy điện được tích hợp trong chúng có thể khác nhau về nguyên tắc. Tuy nhiên, có một lợi thế không thể phủ nhận máy điện đồng bộ… Trong các máy đồng bộ, không có chổi than và nam châm vĩnh cửu của rôto giúp có thể thu được công suất riêng cao của động cơ-máy phát.

Vòng bi và hệ thống treo phù hợp nhất cho các vòng bi không tiếp xúc, chẳng hạn như các vòng bi dựa trên chất siêu dẫn nhiệt độ cao (HTSC).

Mặc dù các hệ thống như vậy yêu cầu làm mát đặc biệt, nhưng chúng vẫn hoàn toàn ổn định mà không cần nguồn điện: một cuộn cảm của một bộ nam châm vĩnh cửu tương tác với ma trận HTSP ở trạng thái siêu dẫn. Không có tổn thất ma sát, ngay cả trong không khí, độ rung ở mức tối thiểu ngay cả ở tốc độ cao và cấu trúc được tự động định tâm trong quá trình vận hành.

Một ví dụ về thiết bị được phát triển tại MAI của Nga

Từ trường của nam châm vĩnh cửu tương tác với các khối HTSP đã kích hoạt và sau khi lắp đặt giá đỡ, bánh đà chỉ cần nghiêng qua bộ điều nhiệt (bay qua nó ở khoảng cách dưới 1 cm), đồng thời không di chuyển theo hướng xuyên tâm.

Tương tác điện từ giữa các cực của stato và rôto tạo ra một mô-men xoắn tổng hợp làm tăng tốc bánh đà và do đó cung cấp năng lượng cho bộ truyền động.Và vì không có tổn thất trong các giá đỡ được tích lũy ở dạng động học, năng lượng được lưu trữ trong một thời gian dài và, nếu cần, được tiêu thụ bằng cách chuyển đổi sang chế độ máy phát điện.

Trong quá trình tích lũy toàn bộ năng lượng danh nghĩa 500 kJ, bánh đà được tăng tốc trong 300 giây lên 6000 vòng quay mỗi phút. Nó có thể dễ dàng cung cấp công suất 10 kW trong 25 giây liên tục, vì công suất định mức lấy từ nhà máy tương ứng là 250 kJ, có thể đảm bảo cung cấp cho tải 1 kW trong 4 phút.

Tần số điện áp đầu vào khi sạc là 50 Hz ở điện áp nguồn tiêu chuẩn là 220-240 vôn. Bánh đà nặng 100 kg và mômen quán tính xấp xỉ 3,6 kg * m2.

Đối với chế độ máy phát, tần số hiện tại trong quá trình lựa chọn là 200 Hz trên ba pha ở điện áp từ 160 đến 240 vôn. Công suất định mức tối đa để lựa chọn là 11 kW.

Triển vọng cho Nga và CIS

Gần đây hơn, công ty Kinetic Power của Nga đã tạo ra phiên bản thiết bị lưu trữ động năng cố định của riêng mình dựa trên siêu bánh đà. Một thiết bị lưu trữ như vậy có khả năng lưu trữ năng lượng lên tới 100 kWh và cung cấp năng lượng ngắn hạn lên tới 300 kW.

Trong điều kiện của thị trường Nga, một nhóm gồm nhiều thiết bị lưu trữ như vậy có thể cân bằng sự không đồng nhất hàng ngày của phụ tải điện của toàn bộ khu vực, thay thế các nhà máy điện bơm đắt tiền và cồng kềnh.

Ngoài ra, như đã lưu ý ngay từ đầu, các thiết bị lưu trữ động học có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng liên tục cho thiết bị có mức trách nhiệm cao nhất.Các thuộc tính độc đáo của những phát triển này đảm bảo phản hồi của thiết bị ở mức phần trăm giây, cho phép người dùng không làm gián đoạn nguồn điện trong một giây.