Perangkat penyimpanan energi kinetik untuk industri tenaga

Topik peningkatan efisiensi energi mungkin tidak akan pernah kehilangan relevansinya. Karena fakta ini, banyak institusi saat ini sedang mengembangkan perangkat penyimpanan energi yang lebih efisien. Dan salah satu solusi yang menjanjikan di bidang ini adalah penggunaan penyimpanan energi kinetik (bergerak) berdasarkan roda gila berenergi tinggi.

Area penerapannya dapat bervariasi dari catu daya independen kecil yang tidak pernah terputus untuk rumah tangga pribadi hingga instalasi industri besar yang mengakumulasi energi selama rotasi roda gila dan pada waktu yang tepat melepaskannya pada tingkat daya yang diperlukan, melindungi jaringan dari lonjakan tegangan.

Keuntungan dari unit semacam itu adalah roda gila masif dapat segera mengubah energi kinetik yang terakumulasi menjadi energi listrik, sehingga menyediakan peralatan konsumen dengan daya yang diperlukan.

Perangkat semacam itu dicirikan oleh biaya pengoperasian yang minimal, otomatisasi tingkat tinggi, dan tidak perlu perawatan rutin.

Setelah mengisi daya hingga kapasitas penuh dalam beberapa menit, roda gila akan melepaskan energi yang tersimpan jika diperlukan selama beberapa detik, sedangkan parameter operasi normal jaringan mungkin tidak tahan terhadap arus puncak yang tinggi.

Bagaimana itu bekerja

Roda gila menerima putaran dari mesin listrik melalui poros atau melalui mekanisme transmisi lain dan, jika perlu, memberikan energi yang terkumpul melalui poros dalam mode generator, dan mesin yang memutar roda gila itu sendiri dapat bekerja pada saat itu sebagai generator.

Sistem kontrol otomatis dengan sensor untuk mengontrol parameter akan membuat proses perolehan kecepatan aman dan dalam situasi kritis akan bereaksi baik terhadap pencapaian kecepatan putaran roda gila yang berbahaya maupun kebutuhan untuk segera beralih ke mode pengembalian. akumulasi energi kinetik.

Fitur dan kemampuan

Dengan cara ini, perangkat penyimpanan kinetik memungkinkan untuk memecahkan masalah akumulasi, penyimpanan sementara dan konversi energi selanjutnya untuk memastikan mode daya peralatan yang optimal, bahkan dengan parameter yang sangat tidak standar. Akibatnya, kemungkinan aplikasi terluas dari solusi teknis ini tercakup.

Konverter elektromekanis jenis ini memiliki sejumlah keunggulan. Intensitas energi spesifik dari perangkat penyimpanan kinetik lebih tinggi daripada kapasitor, dan dalam hal daya spesifik (arus) yang dikirim ke beban, mereka berada di depan baterai asam dan sel bahan bakar.

Pada saat yang sama, perangkat penyimpanan kinetik kompak, ramah lingkungan, memiliki efisiensi sekitar 90%, memiliki masa pakai lebih dari 10 tahun, mudah dirawat, dan sumber daya kerja praktis tidak terbatas, selain itu, sistem pendingin seratus kali lebih murah daripada perangkat penyimpanan induksi superkonduktor (SPIN). …

Pusat medis, fasilitas nuklir, pusat penyimpanan data, gudang bank, industri kimia—di mana pun cadangan energi diperlukan untuk memberi daya pada pengguna kritis, perangkat penyimpanan kinetik akan berguna. Apa yang dapat kami katakan tentang mengimbangi beban puncak untuk sistem tenaga besar, itulah sebabnya terjadi pemadaman listrik di seluruh wilayah perkotaan.

Apa yang digunakan sekarang

Selama sepuluh tahun, pengembangan perangkat penyimpanan kinetik tidak berhenti di beberapa wilayah dunia, terutama di AS dan Jerman, dan dalam beberapa tahun terakhir di Rusia.

ATZ Jerman menghasilkan 20 MJ drive yang mampu memberikan daya hingga 250 kW, dilengkapi dengan sistem sinkronisasi grid. Selain itu, dimensi perangkat tidak melebihi 1,5 meter.

Roda gila penggerak terbuat dari serat karbon berkekuatan tinggi dan dipasang pada suspensi keramik HTSC. Mesin listrik yang mempercepat roda gila ATZ dan menghasilkan listrik sudah selesai berdasarkan magnet tanah jarang permanen.

American Beacon Power memproduksi perangkat penyimpanan silinder untuk 6 kWh dan 25 kWh yang dapat digunakan secara berkelompok untuk memastikan stabilitas parameter arus di jaringan listrik industri negara tersebut.

Tahapan desain KNE

Saat merancang perangkat penyimpanan kinetik, pengembang memecahkan masalah teknik berikut: menghitung generator motor, memilih bantalan, menghitung roda gila, serta sistem pendingin, pemantauan dan kontrol, dan kemudian melanjutkan ke produksi.

Berdasarkan tujuan model penggerak tertentu, mesin listrik yang terintegrasi di dalamnya pada prinsipnya dapat berbeda. Namun, ada keuntungan yang tak terbantahkan mesin listrik sinkron… Pada mesin sinkron, tidak ada sikat, dan magnet permanen rotor memungkinkan untuk memperoleh daya spesifik yang tinggi dari generator motor.

Bantalan dan suspensi paling cocok untuk bantalan non-kontak, seperti yang didasarkan pada superkonduktor suhu tinggi (HTSC).

Meskipun sistem seperti itu memerlukan pendinginan khusus, namun sistem tersebut distabilkan dengan sempurna tanpa catu daya: induktor dari sekumpulan magnet permanen berinteraksi dengan matriks HTSP dalam keadaan superkonduktor. Tidak ada kerugian gesekan, bahkan di udara, getaran minimal bahkan pada kecepatan tinggi, dan struktur secara otomatis terpusat selama pengoperasian.

Contoh perangkat yang dikembangkan di MAI Rusia

Medan magnet magnet permanen berinteraksi dengan blok HTSP yang diaktifkan, dan setelah memasang penyangga, roda gila hanya bersandar di atas cryostat (melayang di atasnya pada jarak kurang dari 1 cm), tanpa bergerak ke arah radial.

Interaksi elektromagnetik kutub stator dan rotor menciptakan torsi yang dihasilkan yang mempercepat roda gila dan dengan demikian memberi energi pada penggerak.Dan karena tidak ada kerugian pada penyangga yang terakumulasi dalam bentuk kinetik, energi disimpan untuk waktu yang lama dan, jika perlu, dikonsumsi dengan konversi ke mode generator.

Dalam proses mengumpulkan energi 500 kJ nominal penuh, roda gila dipercepat dalam 300 detik menjadi 6000 putaran per menit. Ini dapat dengan mudah memasok daya 10 kW selama 25 detik terus menerus, karena daya pengenal yang diambil dari pembangkit masing-masing adalah 250 kJ, beban 1 kW dapat dijamin disuplai selama 4 menit.

Frekuensi tegangan input saat pengisian adalah 50 Hz pada tegangan listrik standar 220-240 volt. Roda gila berbobot 100 kg dan momen inersia kira-kira 3,6 kg * m2.

Adapun mode generator, frekuensi saat ini selama pemilihan adalah 200 Hz pada tiga fase pada tegangan 160 hingga 240 volt. Daya pengenal maksimum untuk pemilihan adalah 11 kW.

Prospek untuk Rusia dan CIS

Baru-baru ini, perusahaan Rusia Kinetic Power telah menciptakan perangkat penyimpanan energi kinetik stasioner versinya sendiri berdasarkan roda gila super. Salah satu perangkat penyimpanan tersebut mampu menyimpan energi hingga 100 kWh dan menyediakan daya jangka pendek hingga 300 kW.

Dalam kondisi pasar Rusia, sekelompok beberapa perangkat penyimpanan semacam itu mampu menyamakan heterogenitas harian beban listrik di seluruh wilayah, menggantikan pembangkit listrik yang dipompa yang mahal dan besar.

Selain itu, seperti disebutkan di awal, perangkat penyimpanan kinetik dapat digunakan untuk menyediakan daya tanpa gangguan ke peralatan dengan tingkat tanggung jawab tertinggi.Sifat unik dari perkembangan ini memastikan respons perangkat pada tingkat seperseratus detik, yang memungkinkan pengguna untuk tidak mengganggu catu daya sedetik pun.