Dispositivos de almacenamiento de energía cinética para la industria energética
El tema de la mejora de la eficiencia energética probablemente nunca perderá su relevancia. Debido a este hecho, muchas instituciones hoy en día están desarrollando dispositivos de almacenamiento de energía más eficientes. Y una de las soluciones prometedoras en esta área es el uso de almacenamiento de energía cinética (en movimiento) basada en volantes de alta energía.
Sus áreas de aplicación pueden variar desde pequeños sistemas de alimentación ininterrumpida independientes para viviendas particulares hasta grandes instalaciones industriales que acumulan energía durante la rotación de un volante y en el momento adecuado la liberan al nivel de potencia requerido, protegiendo la red de sobretensiones.
La ventaja de tales unidades es que el volante masivo puede convertir inmediatamente la energía cinética acumulada en energía eléctrica, proporcionando así al equipo de consumo la potencia necesaria.
Dichos dispositivos se caracterizan por costos operativos mínimos, un alto grado de automatización y sin necesidad de mantenimiento regular.
Después de cargar a plena capacidad en unos minutos, el volante liberará la energía almacenada si es necesario durante unos segundos, mientras que los parámetros de funcionamiento normales de la red pueden no soportar picos de corriente elevados.
Cómo funciona
El volante recibe el giro de una máquina eléctrica a través de un eje o de otro mecanismo de transmisión y, si es necesario, cede la energía acumulada a través del eje en modo generador, y la propia máquina que hace girar el volante puede funcionar en ese momento como generador.
Un sistema de control automatizado con sensores para controlar los parámetros hará que el proceso de ganar velocidad sea seguro y en una situación crítica reaccionará tanto a la consecución de una velocidad peligrosa de rotación del volante como a la necesidad de cambiar inmediatamente al modo de retorno del energía cinética acumulada.
Características y capacidades
De esta forma, los dispositivos de almacenamiento cinético permiten resolver los problemas de acumulación, almacenamiento temporal y posterior conversión de energía para asegurar modos de alimentación óptimos de los equipos, incluso con parámetros extremadamente no estándar. Como resultado, se cubre la gama más amplia de posibles aplicaciones de esta solución técnica.
Un convertidor electromecánico de este tipo tiene una serie de ventajas. La intensidad de energía específica de los dispositivos de almacenamiento cinético es mayor que la de los capacitores y, en términos de potencia específica (corriente) entregada a la carga, están por delante tanto de las baterías de ácido como de las celdas de combustible.
Al mismo tiempo, los dispositivos de almacenamiento cinético son compactos, respetuosos con el medio ambiente, tienen una eficiencia de alrededor del 90 %, tienen una larga vida útil de más de 10 años, son fáciles de mantener y el recurso de trabajo es prácticamente ilimitado, además, el El sistema de refrigeración es cien veces más barato que el de los dispositivos de almacenamiento por inducción superconductores (SPIN). …
Centros médicos, instalaciones nucleares, centros de almacenamiento de datos, depósitos bancarios, industrias químicas: en cualquier lugar donde se requiera respaldo de energía para alimentar a usuarios críticos, los dispositivos de almacenamiento cinético serán útiles. ¿Qué podemos decir sobre la compensación de las cargas máximas para los grandes sistemas de energía, razón por la cual hay cortes de energía en áreas urbanas enteras?
que se usa ahora
Desde hace diez años, el desarrollo de dispositivos de almacenamiento cinético no se ha detenido en varias regiones del mundo, especialmente en EE. UU. y Alemania, y en los últimos años en Rusia.
ATZ de Alemania produce unidades de 20 MJ capaces de entregar energía hasta 250 kW, equipados con un sistema de sincronización de red. Además, las dimensiones del dispositivo no superan los 1,5 metros.
El volante motor está hecho de fibra de carbono de alta resistencia y está montado sobre una suspensión cerámica HTSC. La máquina eléctrica que acelera el volante de la ATZ y genera electricidad está completa basado en imanes permanentes de tierras raras.
American Beacon Power produce dispositivos de almacenamiento cilíndrico para 6 kWh y 25 kWh que se pueden utilizar en clústeres para garantizar la estabilidad de los parámetros actuales en las redes eléctricas industriales del país.
Etapas de diseño de KNE
Al diseñar un dispositivo de almacenamiento cinético, los desarrolladores resuelven los siguientes problemas de ingeniería: calcular el motor-generador, seleccionar los cojinetes, calcular el volante, así como los sistemas de enfriamiento, monitoreo y control, y luego proceder a la producción.
Según el propósito de un modelo de accionamiento específico, las máquinas eléctricas integradas en ellos pueden ser diferentes en principio. Sin embargo, hay una ventaja innegable máquinas eléctricas síncronas… En las máquinas síncronas no existen escobillas y los imanes permanentes del rotor permiten obtener una elevada potencia específica del motor-generador.
Los rodamientos y las suspensiones son los más adecuados para los rodamientos sin contacto, como los basados en superconductores de alta temperatura (HTSC).
Aunque tales sistemas requieren un enfriamiento especial, están perfectamente estabilizados sin fuente de alimentación: un inductor de un conjunto de imanes permanentes interactúa con una matriz HTSP en un estado superconductor. No hay pérdidas por fricción, incluso en el aire, las vibraciones son mínimas incluso a altas velocidades y la estructura se centra automáticamente durante la operación.
Un ejemplo de un dispositivo desarrollado en el MAI ruso.
El campo magnético de los imanes permanentes interactúa con los bloques HTSP activados y, después de instalar el soporte, el volante simplemente se inclina sobre el criostato (levita sobre él a una distancia de menos de 1 cm), sin moverse en la dirección radial.
La interacción electromagnética de los polos del estator y del rotor crea un par resultante que acelera el volante y, por lo tanto, energiza la transmisión.Y dado que no hay pérdidas en los soportes acumulados en forma cinética, la energía se almacena durante mucho tiempo y, si es necesario, se consume por conversión a modo generador.
En el proceso de acumular los 500 kJ nominales completos de energía, el volante se acelera en 300 segundos a 6000 revoluciones por minuto. Fácilmente puede suministrar una potencia de 10 kW durante 25 segundos de forma continua, ya que la potencia nominal extraída de la planta es de 250 kJ respectivamente, se puede garantizar el suministro de una carga de 1 kW durante 4 minutos.
La frecuencia del voltaje de entrada durante la carga es de 50 Hz a un voltaje de red estándar de 220-240 voltios. El volante pesa 100 kg y el momento de inercia es de aproximadamente 3,6 kg * m2.
En cuanto al modo generador, la frecuencia de corriente durante la selección es de 200 Hz en tres fases a tensiones de 160 a 240 voltios. La potencia nominal máxima para la selección es de 11 kW.
Perspectivas para Rusia y la CEI
Más recientemente, la empresa rusa Kinetic Power ha creado su propia versión de dispositivos estacionarios de almacenamiento de energía cinética basados en súper volantes. Uno de estos dispositivos de almacenamiento es capaz de almacenar hasta 100 kWh de energía y proporcionar una potencia a corto plazo de hasta 300 kW.
En las condiciones del mercado ruso, un grupo de varios dispositivos de almacenamiento de este tipo puede igualar la heterogeneidad diaria de la carga eléctrica de toda una región, reemplazando las costosas y voluminosas centrales eléctricas de bombeo.
Además, como se señaló al principio, los dispositivos de almacenamiento cinético se pueden usar para proporcionar energía ininterrumpida a los equipos con los más altos niveles de responsabilidad.Las propiedades únicas de estos desarrollos aseguran una respuesta del dispositivo al nivel de las centésimas de segundo, lo que permite a los usuarios no interrumpir el suministro eléctrico ni por un segundo.