أجهزة تخزين الطاقة الحركية لصناعة الطاقة
ربما لن يفقد موضوع تحسين كفاءة الطاقة أهميته أبدًا. نتيجة لهذه الحقيقة ، تقوم العديد من المؤسسات اليوم بتطوير أجهزة تخزين طاقة أكثر كفاءة. وأحد الحلول الواعدة في هذا المجال هو استخدام تخزين الطاقة الحركية (المتحركة) على أساس الحذافات عالية الطاقة.
يمكن أن تختلف مجالات تطبيقها من مصادر طاقة صغيرة مستقلة غير منقطعة للمنازل الخاصة إلى منشآت صناعية كبيرة تجمع الطاقة أثناء دوران دولاب الموازنة وفي الوقت المناسب حررها عند مستوى الطاقة المطلوب ، مما يحمي الشبكة من ارتفاع الجهد.
وتتمثل ميزة هذه الوحدات في أن دولاب الموازنة الضخمة قادرة على تحويل الطاقة الحركية المتراكمة على الفور إلى طاقة كهربائية ، وبالتالي تزويد المعدات الاستهلاكية بالطاقة اللازمة.
تتميز هذه الأجهزة بتكاليف تشغيل منخفضة ودرجة عالية من الأتمتة ولا تحتاج إلى صيانة دورية.
بعد الشحن إلى السعة الكاملة في بضع دقائق ، ستطلق دولاب الموازنة الطاقة المخزنة إذا لزم الأمر لبضع ثوان ، في حين أن معلمات التشغيل العادية للشبكة قد لا تصمد أمام تيارات الذروة العالية.
كيف تعمل
تستقبل دولاب الموازنة الدوران من آلة كهربائية من خلال عمود أو من خلال آلية نقل أخرى ، وإذا لزم الأمر ، فإنها تعطي الطاقة المتراكمة عبر العمود في وضع المولد ، ويمكن للآلة التي تقوم بتدوير دولاب الموازنة نفسها أن تعمل في تلك اللحظة كمولد.
إن نظام التحكم الآلي المزود بأجهزة استشعار للتحكم في المعلمات سيجعل عملية اكتساب السرعة آمنة وفي المواقف الحرجة سوف يتفاعل مع تحقيق سرعة دوران خطيرة للعجلة الموازنة والحاجة إلى التبديل الفوري إلى وضع إعادة الطاقة الحركية المتراكمة.
الميزات والإمكانيات
وبهذه الطريقة ، تسمح أجهزة التخزين الحركية بحل مشاكل التراكم والتخزين المؤقت والتحويل اللاحق للطاقة لضمان أوضاع الطاقة المثلى للمعدات ، حتى مع وجود معلمات غير قياسية للغاية. نتيجة لذلك ، يتم تغطية أكبر مجموعة من التطبيقات الممكنة لهذا الحل التقني.
يحتوي المحول الكهروميكانيكي من هذا النوع على عدد من المزايا. كثافة الطاقة المحددة لأجهزة التخزين الحركية أعلى من المكثفات ، ومن حيث الطاقة المحددة (التيار) التي يتم توصيلها للحمل ، فهي متقدمة على كل من البطاريات الحمضية وخلايا الوقود.
في الوقت نفسه ، تكون أجهزة التخزين الحركية مضغوطة ، وصديقة للبيئة ، ولها كفاءة تبلغ حوالي 90 ٪ ، ولها عمر خدمة طويل يزيد عن 10 سنوات ، ويسهل صيانتها ، ومورد العمل غير محدود عمليًا ، بالإضافة إلى يعد نظام التبريد أرخص بمئة مرة من نظام أجهزة التخزين التعريفي فائقة التوصيل (SPINs). ...
المراكز الطبية ، والمرافق النووية ، ومراكز تخزين البيانات ، ومستودعات البنوك ، والصناعات الكيماوية - في أي مكان يكون فيه النسخ الاحتياطي للطاقة مطلوبًا لتشغيل المستخدمين المهمين ، ستكون أجهزة التخزين الحركية في متناول اليد. ماذا يمكننا أن نقول عن موازنة أحمال الذروة لأنظمة الطاقة الكبيرة ، وهذا هو سبب انقطاع التيار الكهربائي عن مناطق حضرية بأكملها.
ما يتم استخدامه الآن
منذ عشر سنوات ، لم يتوقف تطوير أجهزة التخزين الحركية في عدة مناطق من العالم ، خاصة في الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا ، وفي السنوات الأخيرة في روسيا.
تنتج ATZ الألمانية 20 محركًا MJ قادرًا على توفير طاقة تصل إلى 250 كيلوواط ، ومجهزة بنظام تزامن الشبكة. بالإضافة إلى أن أبعاد الجهاز لا تتجاوز 1.5 متر.
حذافة القيادة مصنوعة من ألياف الكربون عالية القوة ومثبتة على تعليق سيراميك HTSC. اكتملت الآلة الكهربائية التي تعمل على تسريع حذافة ATZ وتوليد الكهرباء يعتمد على مغناطيسات أرضية نادرة دائمة.
تنتج شركة American Beacon Power أجهزة تخزين أسطوانية بقدرة 6 كيلو وات في الساعة و 25 كيلو وات في الساعة والتي يمكن استخدامها في مجموعات لضمان استقرار المعلمات الحالية في الشبكات الكهربائية الصناعية في البلاد.
مراحل تصميم KNE
عند تصميم جهاز تخزين حركي ، يحل المطورون المشكلات الهندسية التالية: حساب مولد المحرك ، واختيار المحامل ، وحساب دولاب الموازنة ، بالإضافة إلى أنظمة التبريد والمراقبة والتحكم ، ثم الانتقال إلى الإنتاج.
بناءً على الغرض من نموذج محرك محدد ، يمكن أن تكون الآلات الكهربائية المدمجة فيها مختلفة من حيث المبدأ. ومع ذلك ، هناك ميزة لا يمكن إنكارها آلات كهربائية متزامنة... في الآلات المتزامنة ، لا توجد فرش ، والمغناطيسات الدائمة للدوار تجعل من الممكن الحصول على طاقة نوعية عالية لمولد المحرك.
تعتبر المحامل والمعلقات هي الأنسب للمحامل غير المتصلة ، مثل تلك المعتمدة على الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية (HTSC).
على الرغم من أن مثل هذه الأنظمة تتطلب تبريدًا خاصًا ، إلا أنها مع ذلك مستقرة تمامًا بدون مصدر طاقة: يتفاعل مغو لمجموعة من المغناطيسات الدائمة مع مصفوفة HTSP في حالة فائقة التوصيل. لا توجد خسائر احتكاكية ، حتى في الهواء ، تكون الاهتزازات في حدها الأدنى حتى عند السرعات العالية ، ويتم توسيط الهيكل تلقائيًا أثناء التشغيل.
مثال على جهاز تم تطويره في MAI الروسي
يتفاعل المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم مع كتل HTSP المنشطة ، وبعد تثبيت الدعامة ، تميل دولاب الموازنة ببساطة فوق ناظم البرد (ترفرف فوقه على مسافة أقل من 1 سم) ، بينما لا تتحرك في الاتجاه الشعاعي.
ينتج عن التفاعل الكهرومغناطيسي للجزء الثابت والقطب الدوار عزم دوران ناتج يعمل على تسريع دولاب الموازنة وبالتالي تنشيط المحرك.ونظرًا لعدم وجود خسائر في الدعامات المتراكمة في شكل حركي ، يتم تخزين الطاقة لفترة طويلة ، وإذا لزم الأمر ، يتم استهلاكها عن طريق التحويل إلى وضع المولد.
في عملية تجميع 500 كيلو جول من الطاقة الاسمية ، يتم تسريع دولاب الموازنة في 300 ثانية إلى 6000 دورة في الدقيقة. يمكنه بسهولة توفير طاقة 10 كيلوواط لمدة 25 ثانية متواصلة ، نظرًا لأن الطاقة المقدرة المأخوذة من المصنع تبلغ 250 كيلو جول على التوالي ، يمكن ضمان توفير حمولة تبلغ 1 كيلو واط لمدة 4 دقائق.
تردد جهد الدخل عند الشحن هو 50 هرتز عند جهد كهربائي قياسي يتراوح بين 220 و 240 فولت. تزن دولاب الموازنة 100 كجم ولحظة القصور الذاتي حوالي 3.6 كجم * م 2.
بالنسبة لوضع المولد ، فإن التردد الحالي أثناء الاختيار هو 200 هرتز على ثلاث مراحل بجهد من 160 إلى 240 فولت. الحد الأقصى للطاقة المقدرة للاختيار هو 11 كيلو واط.
آفاق روسيا ورابطة الدول المستقلة
في الآونة الأخيرة ، أنشأت الشركة الروسية Kinetic Power نسختها الخاصة من أجهزة تخزين الطاقة الحركية الثابتة القائمة على الحذافات الفائقة. أحد أجهزة التخزين هذه قادر على تخزين ما يصل إلى 100 كيلو واط في الساعة من الطاقة وتوفير طاقة قصيرة المدى تصل إلى 300 كيلو واط.
في ظروف السوق الروسية ، يمكن لمجموعة من العديد من أجهزة التخزين موازنة عدم التجانس اليومي للحمل الكهربائي لمنطقة بأكملها ، لتحل محل محطات توليد الطاقة الضخمة والمكلفة.
بالإضافة إلى ذلك ، كما لوحظ في البداية ، يمكن استخدام أجهزة التخزين الحركية لتوفير طاقة غير منقطعة للمعدات ذات أعلى مستويات المسؤولية.تضمن الخصائص الفريدة لهذه التطورات استجابة الجهاز بمستوى أجزاء من المئات من الثانية ، مما يسمح للمستخدمين بعدم مقاطعة مصدر الطاقة لثانية واحدة.