電力産業向けの運動エネルギー貯蔵装置

エネルギー効率の向上というテーマは、おそらくその関連性を失うことはありません。この事実により、現在多くの機関がより効率的なエネルギー貯蔵装置を開発しています。そして、この分野における有望な解決策の 1 つは、高エネルギー フライホイールに基づく運動 (運動) エネルギー貯蔵の使用です。

その応用分野は、一般家庭向けの小型の独立した無停電電源装置から、フライホイールの回転中にエネルギーを蓄積し、適切なタイミングで必要な電力レベルでエネルギーを放出してネットワークを電圧サージから保護する大規模な産業設備まで多岐にわたります。

このようなユニットの利点は、巨大なフライホイールが蓄積された運動エネルギーを即座に電気エネルギーに変換できるため、民生機器に必要な電力を供給できることです。

このようなデバイスは、運用コストが最小限に抑えられ、高度な自動化が行われ、定期的なメンテナンスが不要であるという特徴があります。

数分でフル容量まで充電した後、フライホイールは必要に応じて数秒間蓄えられたエネルギーを放出しますが、ネットワークの通常の動作パラメータでは高いピーク電流に耐えられない可能性があります。

使い方

フライホイールは、シャフトまたは別の伝達機構を介して電気機械から回転を受け取り、必要に応じて発電機モードでシャフトを介して蓄積されたエネルギーを与えます。フライホイールを回転させる機械自体は、その瞬間に発電機として機能します。

パラメータを制御するためのセンサーを備えた自動制御システムは、速度を上げるプロセスを安全にし、危機的な状況では、フライホイールの危険な回転速度の達成と、フライホイールを戻すモードに即座に切り替える必要性の両方に反応します。蓄積された運動エネルギー。

特徴と機能

このようにして、キネティックストレージデバイスは、エネルギーの蓄積、一時的な貯蔵、その後の変換の問題を解決し、非常に非標準的なパラメータであっても最適な機器の電力モードを保証します。結果として、この技術ソリューションの可能な応用範囲が最も広範囲にカバーされます。

このタイプの電気機械変換器には多くの利点があります。運動蓄電装置の比エネルギー強度はキャパシタよりも高く、負荷に供給される比電力 (電流) の点では酸電池と燃料電池の両方を上回っています。

同時に、キネティックストレージデバイスはコンパクトで環境に優しく、約90％の効率を持ち、10年以上の長い耐用年数を持ち、メンテナンスが容易で、作業リソースは事実上無制限です。冷却システムは、超電導誘導蓄電装置 (SPIN) よりも 100 倍安価です。 …

医療センター、原子力施設、データストレージセンター、銀行の倉庫、化学産業など、重要なユーザーに電力を供給するためにエネルギーバックアップが必要な場所であればどこでも、キネティックストレージデバイスが役に立ちます。大規模電力システムのピーク負荷を相殺することについては何が言えるでしょうか。都市部全体が停電するのはそのためです。

今使われているもの

10 年間、世界のいくつかの地域、特に米国とドイツ、そして近年ではロシアで、キネティック ストレージ デバイスの開発が止まっていません。

ドイツの ATZ は、グリッド同期システムを備え、最大 250 kW の電力を供給できる 20 台の MJ ドライブを生産しています。また、装置の寸法は 1.5 メートルを超えません。

駆動フライホイールは高強度カーボンファイバー製で、HTSC セラミックサスペンションに取り付けられています。 ATZのフライホイールを加速して発電する電動機が完成 希土類永久磁石をベースにした.

American Beacon Power は、国内の産業用電力網の電流パラメータの安定性を確保するためにクラスターで使用できる 6 kWh および 25 kWh の円筒形蓄電デバイスを製造しています。

KNEの設計段階

運動記憶装置を設計するとき、開発者は次のエンジニアリング上の問題を解決します。モータージェネレーターの計算、ベアリングの選択、フライホイール、冷却、監視、制御システムの計算を行ってから、生産に進みます。

特定の駆動モデルの目的に基づいて、それらに組み込まれる電気機械は原則として異なる場合があります。ただし、否定できない利点もあります 同期電気機械… 同期機にはブラシがなく、ローターの永久磁石によりモーター ジェネレーターの高い比出力を得ることができます。

ベアリングとサスペンションは、高温超電導体 (HTSC) ベースのベアリングなどの非接触ベアリングに最適です。

このようなシステムは特別な冷却を必要としますが、電源なしでも完全に安定します。永久磁石のセットのインダクターが超伝導状態の HTSP マトリックスと相互作用します。空気中でも摩擦損失がなく、高速でも振動が少なく、運転中に自動的に芯出しされる構造です。

ロシアのMAIで開発されたデバイスの例

永久磁石の磁場は活性化された HTSP ブロックと相互作用し、サポートを取り付けた後、フライホイールはクライオスタットの上に傾くだけで (1 cm 未満の距離でクライオスタット上に浮上します)、半径方向には移動しません。

ステーターとローターの磁極の電磁相互作用により、フライホイールを加速する合成トルクが生成され、駆動装置にエネルギーが供給されます。また、運動学的形態で蓄積されたサポートには損失がないため、エネルギーは長期間保存され、必要に応じて発電機モードに変換することで消費されます。

公称 500 kJ のエネルギーをすべて蓄積する過程で、フライホイールは 300 秒で毎分 6000 回転まで加速されます。プラントから取り出す定格電力はそれぞれ250kJであるため、10kWの電力を25秒連続で容易に供給することができ、1kWの負荷であれば4分間の供給が保証できる。

充電時の入力電圧周波数は、標準主電源電圧 220 ～ 240 ボルトで 50 Hz です。フライホイールの重量は 100 kg、慣性モーメントは約 3.6 kg * m2 です。

発電機モードに関しては、選択時の現在の周波数は 3 相、電圧 160 ～ 240 ボルトで 200 Hz です。選択可能な最大定格電力は 11 kW です。

ロシアとCISの展望

最近では、ロシアのキネティック パワー社が、スーパー フライホイールをベースにした独自バージョンの定置型運動エネルギー貯蔵装置を開発しました。このような蓄電装置の 1 つは、最大 100 kWh のエネルギーを蓄え、最大 300 kW の短期電力を供給できます。

ロシア市場の状況では、このようないくつかの蓄電装置のグループは、高価で大型の揚水発電所に代わって、地域全体の電気負荷の毎日の不均一性を均等化することができます。

さらに、最初に述べたように、キネティック ストレージ デバイスを使用して、最高レベルの責任を持つ機器に中断のない電力を供給することができます。これらの開発の独自の特性により、デバイスの応答が 100 分の 1 秒レベルで保証され、ユーザーは 1 秒間も電源を中断することがなくなります。