Kinētiskās enerģijas uzkrāšanas ierīces enerģētikas nozarei

Energoefektivitātes uzlabošanas tēma, iespējams, nekad nezaudēs savu aktualitāti. Pateicoties šim faktam, daudzas iestādes mūsdienās izstrādā efektīvākas enerģijas uzglabāšanas ierīces. Un viens no daudzsološajiem risinājumiem šajā jomā ir kinētiskās (kustībā) enerģijas uzkrāšanas izmantošana, kuras pamatā ir lielas enerģijas spararati.

To pielietojuma jomas var atšķirties no maziem neatkarīgiem nepārtrauktās barošanas avotiem privātām mājsaimniecībām līdz lielām industriālām iekārtām, kas spararata griešanās laikā akumulē enerģiju un īstajā brīdī atbrīvo to vajadzīgajā jaudas līmenī, pasargājot tīklu no sprieguma pārspriegumiem.

Šādu agregātu priekšrocība ir tāda, ka masīvais spararats spēj nekavējoties pārvērst uzkrāto kinētisko enerģiju elektroenerģijā, tādējādi nodrošinot patērētāja aprīkojumu ar nepieciešamo jaudu.

Šādām ierīcēm ir raksturīgas minimālas ekspluatācijas izmaksas, augsta automatizācijas pakāpe un nav nepieciešama regulāra apkope.

Pēc uzlādes līdz pilnai jaudai dažu minūšu laikā spararats nepieciešamības gadījumā uz dažām sekundēm atbrīvos uzkrāto enerģiju, savukārt normālie tīkla darbības parametri var neizturēt lielas maksimālās strāvas.

Kā tas strādā

Spararats saņem rotāciju no elektriskās mašīnas caur vārpstu vai caur citu transmisijas mehānismu un, ja nepieciešams, uzkrāto enerģiju dod caur vārpstu ģeneratora režīmā, un mašīna, kas griež pašu spararatu, tajā brīdī var strādāt kā ģenerators.

Automatizēta vadības sistēma ar sensoriem parametru kontrolei padarīs ātruma iegūšanas procesu drošu un kritiskā situācijā reaģēs gan uz bīstamā spararata griešanās ātruma sasniegšanu, gan uz nepieciešamību nekavējoties pārslēgties uz atgriešanas režīmu. uzkrātā kinētiskā enerģija.

Funkcijas un iespējas

Tādā veidā kinētiskās uzglabāšanas ierīces ļauj atrisināt enerģijas uzkrāšanas, pagaidu uzglabāšanas un sekojošas pārveidošanas problēmas, lai nodrošinātu optimālus iekārtu jaudas režīmus pat ar ārkārtīgi nestandarta parametriem. Rezultātā tiek aptverts visplašākais iespējamais šī tehniskā risinājuma pielietojuma klāsts.

Šāda veida elektromehāniskajam pārveidotājam ir vairākas priekšrocības. Kinētiskās uzglabāšanas ierīču īpatnējā enerģijas intensitāte ir lielāka nekā kondensatoriem, un slodzei piegādātās īpatnējās jaudas (strāvas) ziņā tās apsteidz gan skābes akumulatorus, gan kurināmā elementus.

Tajā pašā laikā kinētiskās uzglabāšanas ierīces ir kompaktas, videi draudzīgas, to efektivitāte ir aptuveni 90%, to kalpošanas laiks ir vairāk nekā 10 gadi, tās ir viegli kopjamas, un darba resurss ir praktiski neierobežots, turklāt dzesēšanas sistēma ir simts reižu lētāka nekā supravadošās indukcijas atmiņas ierīces (SPIN). …

Medicīnas centri, kodoliekārtas, datu uzglabāšanas centri, banku noliktavas, ķīmiskā rūpniecība — visur, kur nepieciešama enerģijas rezerves, lai nodrošinātu kritisko lietotāju enerģiju, noderēs kinētiskās atmiņas ierīces. Ko mēs varam teikt par maksimālās slodzes kompensēšanu lielām energosistēmām, tāpēc visās pilsētu teritorijās ir strāvas padeves pārtraukumi.

Kas tiek izmantots tagad

Jau desmit gadus vairākos pasaules reģionos, īpaši ASV un Vācijā, pēdējos gados Krievijā neapstājas kinētisko datu glabāšanas ierīču attīstība.

Vācijas ATZ ražo 20 MJ piedziņas, kas spēj nodrošināt jaudu līdz 250 kW un ir aprīkotas ar tīkla sinhronizācijas sistēmu. Turklāt ierīces izmēri nepārsniedz 1,5 metrus.

Piedziņas spararats ir izgatavots no augstas stiprības oglekļa šķiedras un ir uzstādīts uz HTSC keramikas balstiekārtas. Elektriskā mašīna, kas paātrina ATZ spararatu un ģenerē elektrību, ir pabeigta pamatojoties uz pastāvīgiem retzemju magnētiem.

American Beacon Power ražo cilindriskas atmiņas ierīces 6 kWh un 25 kWh, ko var izmantot klasteros, lai nodrošinātu pašreizējo parametru stabilitāti valsts industriālajos elektriskajos tīklos.

KNE projektēšanas posmi

Izstrādājot kinētiskās uzglabāšanas ierīci, izstrādātāji atrisina šādas inženiertehniskās problēmas: aprēķina motora ģeneratoru, izvēlas gultņus, aprēķina spararatu, kā arī dzesēšanas, uzraudzības un vadības sistēmas un pēc tam pāriet uz ražošanu.

Pamatojoties uz konkrēta piedziņas modeļa mērķi, tajās integrētās elektriskās mašīnas principā var atšķirties. Tomēr ir nenoliedzama priekšrocība sinhronās elektriskās mašīnas… Sinhronajās mašīnās nav birstes, un rotora pastāvīgie magnēti ļauj iegūt lielu motora ģeneratora īpatnējo jaudu.

Gultņi un balstiekārtas ir vislabāk piemērotas bezkontakta gultņiem, piemēram, tiem, kuru pamatā ir augstas temperatūras supravadītāji (HTSC).

Lai gan šādām sistēmām nepieciešama īpaša dzesēšana, tās tomēr ir lieliski stabilizētas bez barošanas avota: pastāvīgo magnētu komplekta induktors mijiedarbojas ar HTSP matricu supravadītājā stāvoklī. Nav berzes zudumu pat gaisā, vibrācijas ir minimālas pat lielā ātrumā, un konstrukcija tiek automātiski centrēta ekspluatācijas laikā.

Ierīces piemērs, kas izstrādāta Krievijas MAI

Pastāvīgo magnētu magnētiskais lauks mijiedarbojas ar aktivizētajiem HTSP blokiem, un pēc balsta uzstādīšanas spararats vienkārši noliecas pār kriostatu (levitē pāri mazāk nekā 1 cm attālumā), vienlaikus nekustoties radiālā virzienā.

Statora un rotora polu elektromagnētiskā mijiedarbība rada griezes momentu, kas paātrina spararatu un tādējādi iedarbina piedziņu.Un tā kā kinētiskā formā uzkrātajos balstos nav zudumu, enerģija tiek uzkrāta ilgu laiku un, ja nepieciešams, tiek patērēta, pārvēršot ģeneratora režīmā.

Pilnas nominālās 500 kJ enerģijas uzkrāšanas procesā spararats tiek paātrināts 300 sekundēs līdz 6000 apgriezieniem minūtē. Tas var viegli nodrošināt 10 kW jaudu 25 sekundes nepārtraukti, jo no iekārtas nominālā jauda ir attiecīgi 250 kJ, var garantēt, ka 1 kW slodze tiks piegādāta 4 minūtes.

Ieejas sprieguma frekvence uzlādes laikā ir 50 Hz pie standarta tīkla sprieguma 220-240 volti. Spararats sver 100 kg, un inerces moments ir aptuveni 3,6 kg * m2.

Kas attiecas uz ģeneratora režīmu, strāvas frekvence atlases laikā ir 200 Hz trīs fāzēs pie sprieguma no 160 līdz 240 voltiem. Maksimālā nominālā jauda izvēlei ir 11 kW.

Perspektīvas Krievijai un NVS valstīm

Pavisam nesen Krievijas uzņēmums Kinetic Power ir izveidojis savu versiju stacionārām kinētiskās enerģijas uzkrāšanas ierīcēm, kuru pamatā ir super spararati. Viena šāda uzglabāšanas ierīce spēj uzglabāt līdz 100 kWh enerģijas un nodrošināt īslaicīgu jaudu līdz 300 kW.

Krievijas tirgus apstākļos vairāku šādu uzglabāšanas ierīču grupa spēj izlīdzināt visa reģiona elektriskās slodzes ikdienas neviendabīgumu, aizstājot dārgas un apjomīgas sūknējamās elektrostacijas.

Turklāt, kā minēts sākumā, kinētiskās atmiņas ierīces var izmantot, lai nodrošinātu nepārtrauktu barošanu iekārtām ar visaugstāko atbildības līmeni.Šo izstrādņu unikālās īpašības nodrošina ierīces reakciju sekundes simtdaļu līmenī, kas ļauj lietotājiem ne uz sekundi nepārtraukt strāvas padevi.