התקני אחסון אנרגיה קינטית לתעשיית החשמל
הנושא של שיפור היעילות האנרגטית כנראה לעולם לא יאבד את הרלוונטיות שלו. בשל עובדה זו, מוסדות רבים מפתחים כיום התקני אחסון אנרגיה יעילים יותר. ואחד הפתרונות המבטיחים בתחום זה הוא השימוש באגירת אנרגיה קינטית (בתנועה) המבוססת על גלגלי תנופה עתירי אנרגיה.
תחומי היישום שלהם יכולים להשתנות מאספקת אל-פסק קטנים עצמאית למשקי בית פרטיים ועד למתקנים תעשייתיים גדולים שצוברים אנרגיה במהלך סיבוב גלגל התנופה ובזמן הנכון משחררים אותה ברמת ההספק הנדרשת, תוך הגנה על הרשת מפני עליות מתח.
היתרון של יחידות כאלה הוא שגלגל התנופה המאסיבי מסוגל להמיר מיד את האנרגיה הקינטית המצטברת לאנרגיה חשמלית, ובכך לספק לציוד הצרכן את הכוח הדרוש.
מכשירים כאלה מאופיינים בעלויות תפעול מינימליות, רמה גבוהה של אוטומציה וללא צורך בתחזוקה שוטפת.
לאחר טעינה לקיבולת מלאה תוך מספר דקות, גלגל התנופה ישחרר את האנרגיה האצורה במידת הצורך למשך מספר שניות, בעוד שפרמטרי ההפעלה הרגילים של הרשת עשויים שלא לעמוד בזרמי שיא גבוהים.
איך זה עובד
גלגל התנופה מקבל סיבוב ממכונה חשמלית דרך פיר או דרך מנגנון העברה אחר ובמידת הצורך נותן את האנרגיה המצטברת דרך הציר במצב גנרטור, והמכונה המסובבת את גלגל התנופה בעצמה יכולה לעבוד באותו רגע כגנרטור.
מערכת בקרה אוטומטית עם חיישנים לבקרת פרמטרים תהפוך את תהליך השגת המהירות לבטוח ובמצב קריטי תגיב הן להשגת מהירות סיבוב מסוכנת של גלגל התנופה והן לצורך לעבור מיד למצב החזרת הגלגל התנופה. אנרגיה קינטית מצטברת.
תכונות ויכולות
בדרך זו, התקני אחסון קינטיים מאפשרים לפתור את בעיות הצבירה, האחסון הזמני והמרת האנרגיה לאחר מכן כדי להבטיח מצבי הספק אופטימליים של הציוד, גם עם פרמטרים לא סטנדרטיים ביותר. כתוצאה מכך, המגוון הרחב ביותר של יישומים אפשריים של פתרון טכני זה מכוסה.
לממיר אלקטרומכני מסוג זה יש מספר יתרונות. עוצמת האנרגיה הספציפית של התקני אחסון קינטיים גבוהה מזו של קבלים, ומבחינת הספק (זרם) ספציפי המועבר לעומס, הם מקדימים הן את סוללות החומצה והן את תאי הדלק.
יחד עם זאת, התקני אחסון קינטיים הם קומפקטיים, ידידותיים לסביבה, בעלי יעילות של כ-90%, בעלי חיי שירות ארוכים של יותר מ-10 שנים, קלים לתחזוקה ומשאב העבודה הוא כמעט בלתי מוגבל, בנוסף, מערכת הקירור זולה פי מאה מזו של התקני אחסון אינדוקציה מוליכים-על (SPIN). …
מרכזים רפואיים, מתקנים גרעיניים, מרכזי אחסון נתונים, מחסני בנקים, תעשיות כימיות - בכל מקום שנדרש גיבוי אנרגיה כדי להפעיל משתמשים קריטיים, התקני אחסון קינטיים יהיו שימושיים. מה ניתן לומר על קיזוז עומסי שיא למערכות חשמל גדולות, וזו הסיבה שיש הפסקות חשמל לאזורים עירוניים שלמים.
מה משמש עכשיו
במשך עשר שנים, הפיתוח של התקני אחסון קינטי לא נעצר במספר אזורים בעולם, במיוחד בארה"ב ובגרמניה, ובשנים האחרונות ברוסיה.
ATZ הגרמנית מייצרת 20 כונני MJ המסוגלים לספק הספק של עד 250 קילוואט, מצוידים במערכת סנכרון רשת. בנוסף, מידות המכשיר אינן עולות על 1.5 מטר.
גלגל התנופה המניע עשוי מסיבי פחמן בעלי חוזק גבוה ומותקן על מתלה קרמי HTSC. הושלמה המכונה החשמלית שמאיצה את גלגל התנופה של ה-ATZ ומייצרת חשמל מבוסס על מגנטים קבועים של אדמה נדירה.
American Beacon Power מייצרת התקני אחסון גליליים ל-6 קוט"ש ו-25 קוט"ש שניתן להשתמש בהם באשכולות כדי להבטיח את יציבות פרמטרי הזרם ברשתות החשמל התעשייתיות בארץ.
שלבי תכנון KNE
בעת תכנון התקן אחסון קינטי, מפתחים פותרים את הבעיות ההנדסיות הבאות: חישוב המנוע-מחולל, בחר את המיסבים, חישוב גלגל התנופה, כמו גם את מערכות הקירור, הניטור והבקרה, ולאחר מכן המשך לייצור.
בהתבסס על המטרה של דגם כונן ספציפי, המכונות החשמליות המשולבות בהן יכולות להיות שונות באופן עקרוני. עם זאת, יש יתרון שאין להכחישו מכונות חשמליות סינכרוניות... במכונות סינכרוניות, אין מברשות, והמגנטים הקבועים של הרוטור מאפשרים להשיג הספק ספציפי גבוה של מחולל המנוע.
מיסבים ומתלים מתאימים ביותר למיסבים ללא מגע, כגון אלו המבוססים על מוליכים בטמפרטורה גבוהה (HTSC).
למרות שמערכות כאלה דורשות קירור מיוחד, הן בכל זאת מיוצבות בצורה מושלמת ללא אספקת חשמל: משרן של קבוצה של מגנטים קבועים מקיים אינטראקציה עם מטריצת HTSP במצב מוליך-על. אין הפסדי חיכוך, אפילו באוויר, רעידות מינימליות גם במהירויות גבוהות, והמבנה מרוכז אוטומטית במהלך הפעולה.
דוגמה למכשיר שפותח ב-MAI הרוסי
השדה המגנטי של מגנטים קבועים מקיים אינטראקציה עם בלוקי ה-HTSP המופעלים, ולאחר התקנת התמיכה, גלגל התנופה פשוט נשען מעל הקרוסטט (מרחף מעליו במרחק של פחות מ-1 ס"מ), תוך שהוא אינו נע בכיוון הרדיאלי.
האינטראקציה האלקטרומגנטית של עמודי הסטטור והרוטור יוצרת מומנט כתוצאה מאיץ את גלגל התנופה ובכך ממריץ את הכונן.ומכיוון שאין הפסדים בתומכים המצטברים בצורה קינטית, האנרגיה נשמרת לאורך זמן ובמידת הצורך נצרכת על ידי המרה למצב גנרטור.
בתהליך צבירת האנרגיה הנומינלית המלאה של 500 קילו-ג'יי, מואצת גלגל התנופה תוך 300 שניות ל-6000 סיבובים לדקה. הוא יכול לספק בקלות הספק של 10 קילוואט למשך 25 שניות ברציפות, מכיוון שההספק הנקוב מהמפעל הוא 250 קילוואט בהתאמה, ניתן להבטיח אספקת עומס של 1 קילוואט למשך 4 דקות.
תדר מתח הכניסה בעת טעינה הוא 50 הרץ במתח רשת סטנדרטי של 220-240 וולט. גלגל התנופה שוקל 100 ק"ג ומומנט האינרציה הוא כ-3.6 ק"ג * מ"ר.
באשר למצב הגנרטור, תדר הזרם במהלך הבחירה הוא 200 הרץ בשלושה פאזות במתחים מ-160 עד 240 וולט. ההספק המרבי לבחירה הוא 11 קילוואט.
סיכויים לרוסיה ולחבר העמים
לאחרונה, החברה הרוסית Kinetic Power יצרה גרסה משלה של התקני אחסון אנרגיה קינטית נייחים המבוססים על גלגלי תנופה. מכשיר אחסון אחד כזה מסוגל לאחסן עד 100 קילוואט אנרגיה ולספק כוח לטווח קצר של עד 300 קילוואט.
בתנאים של השוק הרוסי, קבוצה של כמה התקני אחסון כאלה מסוגלת להשוות את ההטרוגניות היומית של העומס החשמלי של אזור שלם, תוך החלפת תחנות כוח שאובות יקרות ומגושמות.
בנוסף, כפי שצוין בהתחלה, ניתן להשתמש בהתקני אחסון קינטיים כדי לספק חשמל ללא הפרעה לציוד עם רמות האחריות הגבוהות ביותר.המאפיינים הייחודיים של פיתוחים אלו מבטיחים תגובה של המכשיר ברמה של מאיות השנייה, המאפשרת למשתמשים לא להפריע לשנייה את אספקת החשמל.