전력 산업용 운동 에너지 저장 장치

에너지 효율 개선이라는 주제는 아마도 관련성을 잃지 않을 것입니다. 이 사실로 인해 오늘날 많은 기관에서 보다 효율적인 에너지 저장 장치를 개발하고 있습니다. 그리고 이 분야에서 유망한 솔루션 중 하나는 고에너지 플라이휠을 기반으로 하는 운동(움직이는) 에너지 저장 장치를 사용하는 것입니다.

적용 범위는 개인 가정을 위한 소형 독립 무정전 전원 공급 장치에서 플라이휠이 회전하는 동안 에너지를 축적하고 적시에 필요한 전력 수준에서 방출하여 전압 서지로부터 네트워크를 보호하는 대규모 산업 설비에 이르기까지 다양합니다.

이러한 장치의 장점은 거대한 플라이휠이 축적된 운동 에너지를 전기 에너지로 즉시 변환하여 소비자 장비에 필요한 전력을 공급할 수 있다는 것입니다.

이러한 장치는 최소한의 운영 비용, 높은 수준의 자동화 및 정기적인 유지 관리가 필요하지 않다는 특징이 있습니다.

몇 분 안에 전체 용량으로 충전한 후 플라이휠은 필요한 경우 몇 초 동안 저장된 에너지를 방출하지만 네트워크의 정상 작동 매개변수는 높은 피크 전류를 견디지 ​​못할 수 있습니다.

작동 방식

플라이휠은 샤프트 또는 다른 전달 메커니즘을 통해 전기 기계로부터 회전을 받고 필요에 따라 발전기 모드에서 샤프트를 통해 축적된 에너지를 제공하며 플라이휠 자체를 회전시키는 기계는 그 순간 발전기로 작동할 수 있습니다.

매개 변수 제어를 위한 센서가 있는 자동 제어 시스템은 속도를 확보하는 프로세스를 안전하게 만들고 중요한 상황에서 플라이휠의 위험한 회전 속도 달성과 즉시 복귀 모드로 전환해야 하는 필요성에 반응합니다. 축적된 운동 에너지 .

기능 및 기능

이러한 방식으로 키네틱 저장 장치는 극도로 비표준 매개변수가 있는 경우에도 최적의 장비 전원 모드를 보장하기 위해 축적, 임시 저장 및 후속 에너지 변환 문제를 해결할 수 있습니다. 결과적으로 이 기술 솔루션의 가능한 가장 광범위한 응용 분야를 다룹니다.

이러한 유형의 전기기계식 변환기에는 여러 가지 장점이 있습니다. 운동 저장 장치의 비에너지 강도는 커패시터보다 높으며 부하에 전달되는 특정 전력(전류) 측면에서 산성 배터리와 연료 전지 모두 앞서 있습니다.

동시에 키네틱 저장 장치는 소형이고 환경 친화적이며 약 90%의 효율을 가지며 10년 이상의 긴 사용 수명을 가지며 유지 관리가 쉽고 작업 자원이 실질적으로 무제한입니다. 냉각 시스템은 초전도 유도 저장 장치(SPIN)보다 100배 저렴합니다. …

의료 센터, 원자력 시설, 데이터 저장 센터, 은행 창고, 화학 산업 등 중요한 사용자에게 전력을 공급하기 위해 에너지 백업이 필요한 모든 곳에서 키네틱 저장 장치가 유용할 것입니다. 대규모 전력 시스템의 최대 부하를 상쇄하는 것에 대해 무엇을 말할 수 있습니까? 이것이 전체 도시 지역에 정전이 발생하는 이유입니다.

지금 사용하는 것

10년 동안 키네틱 저장 장치의 개발은 세계 여러 지역, 특히 미국과 독일, 최근에는 러시아에서 멈추지 않았습니다.

독일의 ATZ는 그리드 동기화 시스템이 장착된 최대 250kW의 전력을 공급할 수 있는 20개의 MJ 드라이브를 생산합니다. 또한 장치의 크기는 1.5m를 초과하지 않습니다.

드라이브 플라이휠은 고강도 탄소 섬유로 만들어졌으며 HTSC 세라믹 서스펜션에 장착됩니다. ATZ의 플라이휠을 가속시켜 전기를 생산하는 전기기계 완성 영구 희토류 자석 기반.

American Beacon Power는 국가의 산업 전기 그리드에서 현재 매개변수의 안정성을 보장하기 위해 클러스터에서 사용할 수 있는 6kWh 및 25kWh용 원통형 저장 장치를 생산합니다.

KNE 설계 단계

키네틱 저장 장치를 설계할 때 개발자는 모터 발전기 계산, 베어링 선택, 플라이휠 계산, 냉각, 모니터링 및 제어 시스템과 같은 엔지니어링 문제를 해결한 다음 생산을 진행합니다.

특정 구동 모델의 목적에 따라 여기에 통합된 전기 기계는 원칙적으로 다를 수 있습니다. 그러나 부인할 수 없는 이점이 있습니다. 동기 전기 기계… 동기식 기계에는 브러시가 없으며 로터의 영구 자석을 사용하면 모터 발전기의 높은 비동력을 얻을 수 있습니다.

베어링 및 서스펜션은 고온 초전도체(HTSC) 기반 베어링과 같은 비접촉식 베어링에 가장 적합합니다.

이러한 시스템에는 특수 냉각이 필요하지만 그럼에도 불구하고 전원 공급 장치 없이도 완벽하게 안정화됩니다. 영구 자석 세트의 인덕터는 초전도 상태에서 HTSP 매트릭스와 상호 작용합니다. 공기 중에도 마찰 손실이 없고, 고속에서도 진동이 최소화되며, 구조가 작동 중에 자동으로 중앙에 위치합니다.

러시아 MAI에서 개발된 장치의 예

영구 자석의 자기장은 활성화된 HTSP 블록과 상호 작용하고 지지대를 설치한 후 플라이휠은 방사형 방향으로 움직이지 않고 단순히 저온 유지 장치 위로 기울어집니다(1cm 미만의 거리에서 부상).

고정자와 회전자 극의 전자기적 상호 작용은 플라이휠을 가속하는 결과적인 토크를 생성하여 드라이브에 에너지를 공급합니다.그리고 키네틱 형태로 축적된 지지체에는 손실이 없기 때문에 에너지가 장기간 저장되며 필요에 따라 발전기 모드로 전환하여 소모된다.

공칭 500kJ의 전체 에너지를 축적하는 과정에서 플라이휠은 300초에서 분당 6000회전까지 가속됩니다. 10kW의 전력을 25초 동안 연속적으로 쉽게 공급할 수 있으며, 플랜트에서 가져온 정격 전력이 각각 250kJ이므로 1kW의 부하가 4분 동안 공급되는 것을 보장할 수 있습니다.

충전 시 입력 전압 주파수는 220-240볼트의 표준 주전원 전압에서 50Hz입니다. 플라이휠의 무게는 100kg이고 관성 모멘트는 약 3.6kg * m2입니다.

발전기 모드의 경우 선택 중 현재 주파수는 160 ~ 240V의 전압에서 3상에서 200Hz입니다. 선택을 위한 최대 정격 전력은 11kW입니다.

러시아와 CIS에 대한 전망

최근에는 러시아 회사인 Kinetic Power가 슈퍼 플라이휠을 기반으로 하는 자체 버전의 고정식 운동 에너지 저장 장치를 만들었습니다. 이러한 저장 장치 중 하나는 최대 100kWh의 에너지를 저장하고 최대 300kW의 단기 전력을 제공할 수 있습니다.

러시아 시장의 상황에서 이러한 여러 저장 장치 그룹은 비싸고 부피가 큰 양수 발전소를 대체하여 전체 지역의 전기 부하의 일일 이질성을 균등화 할 수 있습니다.

또한 서두에서 언급한 바와 같이 키네틱 저장 장치를 사용하여 최고 수준의 책임을 지는 장비에 중단 없는 전력을 공급할 수 있습니다.이러한 개발의 고유한 특성은 사용자가 1초 동안 전원 공급을 중단하지 않도록 하는 100분의 1초 수준의 장치 응답을 보장합니다.