อุปกรณ์จัดเก็บพลังงานจลน์สำหรับอุตสาหกรรมไฟฟ้า

หัวข้อของการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานอาจจะไม่เคยสูญเสียความเกี่ยวข้อง ด้วยเหตุนี้ ปัจจุบันสถาบันหลายแห่งจึงพัฒนาอุปกรณ์กักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และหนึ่งในโซลูชั่นที่มีแนวโน้มในด้านนี้คือการใช้ระบบกักเก็บพลังงานจลน์ (ขณะเคลื่อนที่) โดยใช้ฟลายวีลพลังงานสูง

ขอบเขตการใช้งานอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่เครื่องสำรองไฟฟ้าอิสระขนาดเล็กสำหรับครัวเรือนส่วนบุคคลไปจนถึงการติดตั้งทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่สะสมพลังงานระหว่างการหมุนมู่เล่และปล่อยพลังงานในระดับพลังงานที่ต้องการในเวลาที่เหมาะสม ปกป้องเครือข่ายจากไฟกระชาก

ข้อได้เปรียบของหน่วยดังกล่าวคือมู่เล่ขนาดใหญ่สามารถเปลี่ยนพลังงานจลน์ที่สะสมเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ทันทีดังนั้นจึงให้พลังงานที่จำเป็นแก่อุปกรณ์ผู้บริโภค

อุปกรณ์ดังกล่าวมีต้นทุนการดำเนินงานที่ต่ำ ระบบอัตโนมัติในระดับสูง และไม่จำเป็นต้องบำรุงรักษาเป็นประจำ

หลังจากชาร์จจนเต็มในเวลาไม่กี่นาที มู่เล่จะปล่อยพลังงานที่เก็บไว้หากจำเป็นเป็นเวลาสองสามวินาที ในขณะที่พารามิเตอร์การทำงานปกติของเครือข่ายอาจไม่ทนต่อกระแสสูงสุดที่สูง

มันทำงานอย่างไร

มู่เล่รับการหมุนจากเครื่องไฟฟ้าผ่านเพลาหรือผ่านกลไกการส่งอื่น และถ้าจำเป็น จะให้พลังงานสะสมผ่านเพลาในโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และเครื่องที่หมุนมู่เล่เองก็สามารถทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้ในขณะนั้น

ระบบควบคุมอัตโนมัติพร้อมเซ็นเซอร์สำหรับควบคุมพารามิเตอร์จะทำให้กระบวนการเพิ่มความเร็วปลอดภัยและในสถานการณ์วิกฤตจะตอบสนองทั้งต่อความสำเร็จของการหมุนมู่เล่ด้วยความเร็วที่เป็นอันตรายและความต้องการเปลี่ยนโหมดการกลับทันที พลังงานจลน์สะสม .

คุณสมบัติและความสามารถ

ด้วยวิธีนี้ อุปกรณ์จัดเก็บแบบจลนศาสตร์ช่วยให้สามารถแก้ปัญหาการสะสม การจัดเก็บชั่วคราว และการแปลงพลังงานในภายหลัง เพื่อให้แน่ใจว่าโหมดพลังงานของอุปกรณ์เหมาะสมที่สุด แม้จะมีพารามิเตอร์ที่ไม่ได้มาตรฐานอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ โซลูชันทางเทคนิคนี้จึงครอบคลุมการใช้งานที่หลากหลายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

ตัวแปลงไฟฟ้าประเภทนี้มีข้อดีหลายประการ ความเข้มของพลังงานเฉพาะของอุปกรณ์เก็บข้อมูลจลนศาสตร์สูงกว่าของตัวเก็บประจุ และในแง่ของพลังงานเฉพาะ (กระแส) ที่ส่งไปยังโหลด พวกมันนำหน้าทั้งแบตเตอรี่กรดและเซลล์เชื้อเพลิง

ในขณะเดียวกัน อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลจลนศาสตร์ก็มีขนาดกะทัดรัด เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีประสิทธิภาพประมาณ 90% มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 10 ปี บำรุงรักษาง่าย และทรัพยากรในการทำงานแทบไม่มีขีดจำกัด นอกจากนี้ ระบบระบายความร้อนมีราคาถูกกว่าอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบเหนี่ยวนำยิ่งยวด (SPIN) ร้อยเท่า …

ศูนย์การแพทย์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ศูนย์จัดเก็บข้อมูล คลังสินค้าของธนาคาร อุตสาหกรรมเคมี—ทุกที่ที่ต้องการการสำรองพลังงานเพื่อจ่ายไฟให้กับผู้ใช้ที่สำคัญ อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบจลนศาสตร์จะมีประโยชน์ เราสามารถพูดอะไรได้บ้างเกี่ยวกับการชดเชยโหลดไฟฟ้าสูงสุดสำหรับระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ไฟฟ้าดับทั่วทั้งเขตเมือง

ตอนนี้ใช้อะไรอยู่

เป็นเวลาสิบปีแล้วที่การพัฒนาอุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบจลนศาสตร์ไม่ได้หยุดลงในหลายภูมิภาคของโลก โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกาและเยอรมนี และในรัสเซียในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

ATZ ของเยอรมนีผลิตไดรฟ์ 20 MJ ที่สามารถส่งพลังงานได้สูงสุด 250 กิโลวัตต์ พร้อมกับระบบซิงโครไนซ์กริด นอกจากนี้ขนาดของอุปกรณ์ไม่เกิน 1.5 เมตร

มู่เล่ขับเคลื่อนทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ที่มีความแข็งแรงสูงและติดตั้งบนระบบกันสะเทือนเซรามิก HTSC เครื่องไฟฟ้าที่เร่งมู่เล่ของ ATZ และสร้างกระแสไฟฟ้าเสร็จสมบูรณ์แล้ว ขึ้นอยู่กับแม่เหล็กโลกที่หายากถาวร.

American Beacon Power ผลิตอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทรงกระบอกขนาด 6 กิโลวัตต์ชั่วโมงและ 25 กิโลวัตต์ชั่วโมงที่สามารถใช้ในคลัสเตอร์เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของพารามิเตอร์ปัจจุบันในกริดไฟฟ้าอุตสาหกรรมของประเทศ

ขั้นตอนการออกแบบ KNE

เมื่อออกแบบอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลจลนศาสตร์ นักพัฒนาได้แก้ปัญหาทางวิศวกรรมต่อไปนี้: คำนวณมอเตอร์-เครื่องกำเนิด เลือกตลับลูกปืน คำนวณมู่เล่ และระบบทำความเย็น การตรวจสอบและควบคุม จากนั้นจึงดำเนินการผลิต

ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของรุ่นไดรฟ์เฉพาะ เครื่องจักรไฟฟ้าที่รวมอยู่ในนั้นอาจแตกต่างกันในหลักการ อย่างไรก็ตาม มีข้อได้เปรียบที่ไม่อาจปฏิเสธได้ เครื่องซิงโครนัสไฟฟ้า… ในเครื่องซิงโครนัสนั้นไม่มีแปรงถ่าน และแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ทำให้สามารถรับพลังงานจำเพาะสูงของมอเตอร์เจนเนอเรเตอร์ได้

ตลับลูกปืนและระบบกันสะเทือนเหมาะที่สุดสำหรับตลับลูกปืนแบบไม่สัมผัส เช่น ตลับลูกปืนที่ใช้ตัวนำยิ่งยวดอุณหภูมิสูง (HTSC)

แม้ว่าระบบดังกล่าวต้องการการระบายความร้อนแบบพิเศษ แต่ก็ยังมีความเสถียรอย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องจ่ายไฟ: ตัวเหนี่ยวนำของชุดแม่เหล็กถาวรทำปฏิกิริยากับเมทริกซ์ HTSP ในสถานะตัวนำยิ่งยวด ไม่มีการสูญเสียแรงเสียดทานแม้ในอากาศ การสั่นสะเทือนจะน้อยที่สุดแม้ในความเร็วสูง และโครงสร้างจะอยู่ตรงกลางโดยอัตโนมัติระหว่างการทำงาน

ตัวอย่างอุปกรณ์ที่พัฒนาโดย MAI ของรัสเซีย

สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรมีปฏิสัมพันธ์กับบล็อก HTSP ที่เปิดใช้งานและหลังจากติดตั้งส่วนรองรับแล้วมู่เล่จะเอนตัวเหนือเครื่องแช่แข็ง (ลอยอยู่เหนือมันในระยะน้อยกว่า 1 ซม.) ในขณะที่ไม่เคลื่อนที่ในแนวรัศมี

การทำงานร่วมกันของแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์และขั้วโรเตอร์ทำให้เกิดแรงบิดที่เร่งมู่เล่และทำให้มีพลังงานขับเคลื่อนและเนื่องจากไม่มีการสูญเสียในการรองรับที่สะสมในรูปแบบจลน์ศาสตร์ พลังงานจึงถูกเก็บไว้เป็นเวลานาน และหากจำเป็น จะถูกใช้โดยการแปลงเป็นโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในกระบวนการสะสมพลังงานเต็ม 500 กิโลจูล มู่เล่จะถูกเร่งใน 300 วินาทีเป็น 6,000 รอบต่อนาที สามารถจ่ายพลังงาน 10 กิโลวัตต์เป็นเวลา 25 วินาทีอย่างต่อเนื่องได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากพิกัดพลังงานที่ได้รับจากโรงงานคือ 250 กิโลจูลตามลำดับ จึงรับประกันได้ว่าโหลด 1 กิโลวัตต์จะจ่ายได้ 4 นาที

ความถี่ของแรงดันไฟฟ้าอินพุตเมื่อทำการชาร์จคือ 50 Hz ที่แรงดันไฟหลักมาตรฐาน 220-240 โวลต์ มู่เล่มีน้ำหนัก 100 กก. และโมเมนต์ความเฉื่อยประมาณ 3.6 กก. * ตร.ม.

สำหรับโหมดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ความถี่ปัจจุบันระหว่างการเลือกคือ 200 Hz ในสามเฟสที่แรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 160 ถึง 240 โวลต์ กำลังไฟสูงสุดสำหรับการเลือกคือ 11 กิโลวัตต์

อนาคตของรัสเซียและ CIS

เมื่อเร็ว ๆ นี้ บริษัท Kinetic Power ของรัสเซียได้สร้างอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานจลน์แบบอยู่กับที่โดยใช้ซุปเปอร์ฟลายวีล อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหนึ่งเครื่องสามารถจัดเก็บพลังงานได้สูงสุด 100 กิโลวัตต์ชั่วโมง และให้พลังงานระยะสั้นได้สูงสุด 300 กิโลวัตต์

ในเงื่อนไขของตลาดรัสเซียกลุ่มของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลหลายตัวสามารถปรับระดับความแตกต่างของโหลดไฟฟ้าของทั้งภูมิภาคในแต่ละวันให้เท่ากันโดยแทนที่โรงไฟฟ้าแบบสูบที่มีราคาแพงและมีขนาดใหญ่

นอกจากนี้ ตามที่ระบุไว้ในตอนต้น อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแบบจลนศาสตร์สามารถใช้เพื่อให้พลังงานต่อเนื่องแก่อุปกรณ์ที่มีความรับผิดชอบในระดับสูงสุดคุณสมบัติเฉพาะของการพัฒนาเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการตอบสนองของอุปกรณ์ที่ระดับหนึ่งในร้อยของวินาที ซึ่งทำให้ผู้ใช้ไม่ต้องหยุดการจ่ายไฟแม้แต่วินาทีเดียว