Energie regenerabilă - energie regenerabilă - stocare electromecanică a energiei

Pentru o lungă perioadă de timp, dispozitivele de stocare a energiei mecanice pe baza unui volant nu erau utilizate pe scară largă. Acest lucru a fost facilitat de indicatorii de performanță care nu sunt foarte performanți ai activității lor. Dar, în ultimele decenii, datorită introducerii de noi tehnologii, situația sa schimbat, iar acum se constată o creștere a aplicării în diverse domenii, inclusiv în sectorul energetic.

În momentul de față, pentru acumularea energiei, se folosesc în continuare pe scară largă diferite tipuri de dispozitive electrochimice de stocare, care au propriile neajunsuri, printre care se poate identifica durata scurtă de viață. Prin urmare, este foarte important să găsim o alternativă la astfel de unități care să îndeplinească anumite cerințe - este durabilitate, fiabilitate, dimensiuni.

Una dintre ele poate fi o unitate mecanică bazată pe un volant, combinată cu o mașină electrică care funcționează atât ca motor cât și ca generator (stocare electromecanică).

Un astfel de dispozitiv este capabil să stocheze și să stocheze energie mecanică, dar și să-l transforme și să-l dăruie sub formă de energie electrică pentru o utilizare ulterioară. De regulă, energia cinetică a mișcării de rotație a volantului este stocată, care, atunci când acumulatorul electromecanic este încărcată, este stocată de la sursa de energie mecanică. Când este descărcat, energia mecanică stocată este transformată în energie electrică de către un motor electric care funcționează în modul generator. Se pare că unitatea electromecanică este formată din trei componente integrate structural - un volant, un motor electric și un generator.

Avantajul drive-urilor electromecanice constă în înaltul mediu de viață și durabilitate, simplitatea întreținerii și cea mai mare putere specifică de la toate tipurile de acumulatori de energie.

Dispozitivele de acționare mecanică, combinate cu o mașină electrică, au început să fie studiate începând cu sfârșitul anilor 70 ai secolului XX. În acest timp au apărut materiale grele și ușoare, caracteristicile magneților permanenți, rulmenților magnetici și electronicii au crescut. Aceasta conduce la faptul că unitățile mecanice moderne au o capacitate mare de energie și capacitatea de a renunța rapid la energie. Utilizarea acestor tehnologii permite integrarea unităților electromecanice în diverse dispozitive.

Conform studiilor efectuate la Laboratorul Livermore, dispozitivele moderne de stocare a energiei electrice au un avantaj semnificativ față de alte tipuri de sisteme de stocare în eficiența recuperării energiei (kWh per descărcare în raport cu kWh per încărcare). Eficiența în ele depășește 95%, ceea ce este mult mai bun decât orice baterie plumb-acid. Valoarea specifică a energiei stocate poate ajunge la 5-10 kW, care este de câteva zeci de ori mai mare decât cea a bateriilor electrochimice.

Principalele avantaje ale mecanismelor mecanice care utilizează volantul în proiectarea lor pot fi identificate:

• - putere specifică ridicată;
• - densitate specifică înaltă a energiei stocate;
• - lipsa influenței ciclurilor de încărcare-descărcare pentru o durată de funcționare, o durată lungă de viață a volantului;
• - nu este necesară întreținerea periodică;
• - scalabilitate;
• - impact redus asupra mediului.

Tabelul prezintă conținutul energetic specific al unor dispozitive moderne de stocare a energiei:

După cum se poate observa din tabel, aplicând tehnologii moderne, inclusiv materiale puternice și ușoare, rulmenți magnetici, este posibil să se atingă valori serioase ale conținutului energetic specific al dispozitivelor mecanice de stocare.

În prezent, există deja aplicații comerciale de dispozitive de stocare a energiei mecanice în tehnologiile spațiale, în transportul rutier, în surse de alimentare neîntreruptibile (UPS), în transporturi, în sisteme de îmbunătățire a calității rețelei electrice, în sistemele de alimentare autonome.

Pentru autovehicule, se dezvoltă mecanisme mecanice pentru optimizarea centralei electrice și pentru recuperarea energiei. Nevoia pentru acest lucru a fost mult așteptată, dar a fost în mare măsură limitată. Pe de o parte, acest lucru a fost limitat de investiții mari de capital și, pe de altă parte, de un nivel tehnologic insuficient de dezvoltare a unor sisteme de stocare și recuperare a energiei ecologice și suficient de spațioase.

Un interes deosebit este utilizarea stocării electromecanice pentru sistemele de alimentare cu energie autonomă. Se știe că o caracteristică comună a surselor de energie regenerabilă, cum ar fi energia eoliană și solară, este instabilitatea lor în mărime și în timp. Deci, fluxul de vânt se caracterizează prin instabilitate în direcție și viteză, ceea ce poate conduce, de exemplu, la fluctuațiile pe termen scurt ale parametrilor curentului electric. Același lucru se observă și în cazul energiei solare, care este asociată cu schimbările de zi și de noapte, precum și cu influența condițiilor meteorologice.

Prin urmare, este logic să economisiți energie în timpul dezvoltării sale și apoi să o utilizați pentru al furniza continuu consumatorului atunci când nu se realizează producția. Acest lucru este valabil mai ales pentru sistemele de alimentare cu energie autonomă care permit consumatorilor să furnizeze curent electric acolo unde este dificil, în mod obișnuit, printr-o rețea electrică comună.

Principiul funcționării unui astfel de sistem este următorul. Energia excesivă este furnizată motorului electric, care scade volumul, în care este stocată energia. După ce consumatorul și-a recuperat capacitatea de a utiliza energia electrică primită, generatorul convertește energia de rotație în energie electrică. Dacă luăm în considerare faptul că motoarele electrice moderne și generatoare au o eficiență ridicată, precum și pierderea utilizării tehnologiilor și materialelor moderne în proiectarea de antrenare este minimă, se poate concluziona că utilizarea unei unități electrodinamică coroborat producător-consumator în sistemele de alimentare autonome este o soluție promițătoare.

Următoarea figură prezintă schema unui sistem autonom de alimentare cu energie, dezvoltat de ENERCON (Germania), în care sunt instalate ca legături intermediare un generator diesel, o baterie reîncărcabilă și o unitate de stocare a energiei mecanice.

Pentru a îmbunătăți parametrul de curent electric, sistemul poate fi bazat pe controlerul de compensare statică sincronă de distribuție (DSTATCOM), combinat cu o unitate electromecanică. Sistemul permite reducerea fluctuațiilor de tensiune și putere de la diferite sisteme de generare a energiei electrice, inclusiv centrale eoliene.

Așa cum se arată în figură, utilizarea unui astfel de dispozitiv în sistem face posibilă îmbunătățirea parametrilor curentului electric.

Următoarea figură prezintă mecanismul de stocare mecanică POWERBRIDGE de 1100 kW / 4,6 kW de la Piller, care servește ca o legătură intermediară pentru trecerea unui consumator de mare putere de la o sursă de alimentare la un generator diesel. Masa sa este de 6000 kg, viteza de rotație este de 1800-3600 rpm.

Figura următoare prezintă o unitate mecanică de 300 W care poate funcționa la viteze de până la 40000 rpm. În proiectarea sa, la supraconductori se folosesc rulmenți magnetici, care necesită un sistem de răcire.

Conform studiilor efectuate la Laboratorul Livermore, dispozitivele moderne de stocare a energiei electrice au un avantaj semnificativ față de alte tipuri de sisteme de stocare în eficiența recuperării energiei (kWh per descărcare în raport cu kWh per încărcare). Eficiența în ele depășește 95%, ceea ce este mult mai bun decât orice baterie plumb-acid. Valoarea specifică a energiei stocate poate ajunge la 5-10 kW, care este de câteva zeci de ori mai mare decât cea a bateriilor electrochimice.

Cu o putere specifică ridicată, transmisiile mecanice sunt capabile să transfere și să stocheze rapid energia, ceea ce contribuie la introducerea ulterioară a acestora.