[Реклама] ИБП на базе кинетических накопителей энергии. Аккумулятор кинетический


От идеи - к конструкции

Для рекуперации энергии наиболее подходят аккумуляторы в виде высоко деформируемых упругих тел (как твердых, так и газообразных) и маховики.В аккумуляторах первого типа запасание энергии происходит при деформации эластичных тел, например, резины. Авиамоделисты хорошо знают, что при одном и том же весе с пружиной резиновый двигатель запасает в десятки раз больше энергии (правда, резина возвращает не всю запасенную энергию; какая-то часть пропадает в резине, вызывая ее нагрев).Вернемся снова к нашему примеру с автобусом. Для поглощения полутора миллионов джоулей потребовалось бы около 100-150 кг резины хорошего качества. Это хоть и многовато, но в десятки раз меньше массы пружины, которая справилась бы с такой задачей.Принцип действия рекуператора с резиновым аккумулятором:

Рекуператор

При торможении колесо транспортной машины через муф­ту торможения соединяется с резиновым аккумулятором; резиновые элементы растя­гиваются, накапливая кинетическую энер­гию, и машина останавливается. Пауза (стоянка машины) сопровождается фикса­цией резинового аккумулятора с набранной энергией: включены тормоза, запрещающие разгон (тормоз выхода) и торможение (тормоз входа). При разгоне энергия, накопленная в аккумуляторе, передается че­рез муфту разгона колесу.

Резино-кинетический аккумулятор. Махо­вик из эластичного материала, например, резины, вращаясь, растягивается центро­бежными силами; при этом он, помимо по­тенциальной энергии растяжения, запасает кинетическую энергию, как маховик.При использовании резины в качестве накопителя энергии надо стремиться, возможно, полнее нагрузить всю ее массу, что­бы не осталось мертвых, то есть неработа­ющих участков. Конечно, предпочтительнее всего растягивать резину, так как при сжа­тии легко теряется устойчивость. Попробуй­те сжать, например, тонкий резиновый жгут, — ничего не получится, а вот растя­нуть этот жгут можно настолько, что длина его увеличится не менее чем в 5 раз. При кручении упругого стержня области около его центральной оси остаются не загружен­ными, и поэтому их масса не используется. Можно, конечно, изготовить резиновый элемент без центральных областей — в ви­де трубы.При создании резинового рекуператора основная задача состоит в том, чтобы при заданной его массе не резиновые детали имели минимальную, а сама резина макси­мальную массу. Одна из таких конструкций, предложенная автором, показана на рисун­ке

Принцип ее работы следующий. На ва­лу сидят две щеки, одна жестко, другая свободно. Между ними протянуты резино­вые жгуты. Кроме того, между щеками на валу свободно посажены легкие диски, под­держивающие жгуты. При вращении вала в какую-либо сторону одна щека поворачи­вается относительно другой: при этом жгу­ты наматываются на поддерживающие их диски по спирали, растягиваются и тем са­мым запасают энергию. Таким образом удается преобразовать вращательное дви­жение вала в растяжение жгутов.

Опыты по накоплению кинетической энергии в резиновых аккумуляторах пока­зали, что для небольших автомобилей этот метод вполне приемлем. Резиновые акку­муляторы могут накопить до 10 тысяч джоу­лей энергии в килограмме резины. Значит, для торможения и разгона автомобиля массой в 1 т до скорости 40 км в час достаточно менее 10 кг резины. Но в дей­ствительности конструкция аккумулятора оказывается намного тяжелее, так как на килограмм резины приходится столько же других, не резиновых деталей.

В Курском политехническом институте разработан резино-кинетический аккумуля­тор, почти целиком состоящий из резины. На вал насаживается резиновый диск. Его деформируют — растягивают — центро­бежные силы, возникающие при вращении вала, поэтому не требуется никаких вспо­могательных деталей. В таком диске не только запасается «упругая» энергия, но еще и накапливается «своя» кинетическая энергия, как в любом маховике.

Как ни хороша резина для рекупериро­вания, но она недолговечна, и к тому же займет большой объем. Да и масса аккуму­лятора, необходимая для создания значи­тельного запаса энергии, не так уж мала.

zaccaria.info

Механические батареи — Naked Science

Чем больше мобильных устройств появляется в мире, чем дешевле становятся электромобили ? тем выше потребность в портативных накопителях энергии. И пока одни инженеры совершенствуют электрохимические батареи, другие считают, что будущее ? за накопителями совершенно иного типа. Механическими.

 

Быстро вращающийся на оси диск ? маховик ? сохраняет энергию в своем движении. Это, наверное, одно из древнейших устройств, известных человечеству. Во всяком случае, каменный диск гончары использовали уже много тысяч лет назад: при достаточной тяжести он смягчал неравномерность вращения, которое придавали ему ногой. Похожее устройство используется и в современных автомобилях, сглаживая рывки от движения поршней двигателя.

 

Механические батареи

Маховик фабричной стационарной паровой машины

©wikimedia/ Витольд Муратов

 

Однако даже современные технологии далеко не исчерпывают всех возможностей маховика. Теория предсказывает, что при достаточно быстром вращении он может накапливать очень внушительное количество кинетической энергии, которую легко не только наращивать, но и использовать, превратив маховик в электромеханический аккумулятор.

 

По расчетам, емкость такой батареи будет исключительно высокой. Классический кислотно-свинцовый аккумулятор способен накапливать до 30-40 Вт*ч на килограмм собственного веса, а электромеханический ? до 100-130 Вт*ч/кг. При этом маховик способен и набирать, и отдавать эту энергию на любой скорости, в том числе ? очень быстро ? не разрушаясь и не повреждаясь. Вдобавок, они почти нечувствительны к экстремальным температурам, а срок их жизни может составлять не годы, а десятки лет.

 

Механические батареи

Маховик со старой фабрики

©wikimedia/ Rajesh Dhawan

 

Так что вряд ли удивительно, что если широкой публике электромеханические накопители еще не знакомы, и военные, и крупные компании весьма серьезно присматриваются к их возможностям и перспективам. В электросетях они способны сглаживать скачки напряжения, позволят эффективно хранить большие резервы энергии. В технологию вкладывается и NASA: пара противоположно вращающихся маховиков позволит создать уникальное устройство, которое способно не только накапливать, хранить и отдавать энергию, но и будет работать в качестве гироскопа.

 

Впрочем, самые большие перспективы от использования маховиков ждут в области автомобильного транспорта. Здесь вращающиеся накопители смотрятся совершенно естественно ? и более того, подобные средства передвижения создавались уже десятки лет назад. В Швейцарии и Бельгии в 1950-х годах курсировали автобусы Gyrobus, в которых использовался 3-тонный стальной маховик, связанный с бесшумным электромотором. На заряжающей станции маховик разгонялся до 3000 об./мин, а в поездке работал как ротор генератора электроэнергии для двигателя. «Зарядка» занимала от 30 сек до 3 мин, и до следующей станции Gyrobus мог проехать более 10 км на скорости до 60 км/ч.

 

Механические батареи

Gyrobus G3 - единственный в мире сохранившийся гиробус

©wikimedia/ Vitaly Volkov

 

К сожалению, эксперимент был признан неудачным: закрепленный на стандартном автобусном шасси мощный маховик быстро разрушал его. Изрядная часть энергии терялась при вибрациях и трении, заставляя водителей заезжать на станции для подзарядки слишком часто. Словом, Gyrobus оказался совершенно неоправдан экономически.

 

Механические батареи

Моторное отделение гиробуса. Справа виден трtхфазный двигатель, ниже него - картер маховика

©wikimedia/ Vitaly Volkov

 

С тех пор практически все инженерно-технические проблемы, от которых страдал Gyrobus, решены. Например, сегодня имеются подходы, позволяющие в разы снизить вес маховика. Принцип простой: чем больше масса тела ? тем больше энергии в его вращении можно накопить. Но эта емкость растет с массой линейно, зато со скоростью вращения ? пропорционально ее квадрату (в соответствии с известной формулой расчета кинетической энергии). Современные материалы ? прочнее и легче стали ? позволяют разогнать его до нужных скоростей. Маховик из углеволокна может накопить в 20 раз больше энергии, чем стальной той же массы.

 

Современные маховики вращаются в воздухе, а то и в вакуумной камере, подвешенные системой электромагнитов, что позволяет почти полностью избавиться от потерь энергии на трение. В некоторых лабораторных установках экспериментальные системы после раскручивания сохраняли энергию, вращаясь месяцами и даже годами. Немудрено, что уже в 1990-е стали появляться новые прототипы электромобилей «на механической тяге».

 

Механические батареи

Маховик на тракторе Landini VL30

©Sp?th Chr

 

Система, предложенная тогда разработчиками US Flywheel Systems, использовала углепластиковый, левитирующий в магнитном поле маховик, вращающийся в вакууме на скорости до 100 тыс. об./мин ? все это весило меньше 50 кг и стабильно выдавало на двигатель 20 л.с. 16 таких батарей инженеры вмонтировали в автомобиль обычных размеров, обеспечив его 800 л.с. и пробегом до 500 км без подзарядки. К сожалению, развернуть проект во что-либо массовое, авторам не удалось.

 

В самом деле, проекты автомобилей на электромеханической тяге сталкиваются со множеством сложностей и сегодня. Например, до сих пор крайне трудно добиться стабильности вращения подвешенного в вакууме маховика при тряске и в движении. Магнитные «подвески» должны моментально реагировать на каждое сотрясение, торможение или разгон, удерживая маховик в нужном положении.

 

Другую проблему представляет гироскопический эффект, из-за которого вращающийся ротор сопротивляется изменению ориентации своей оси. Иначе говоря, тяжелый маховик будет довольно успешно мешать автомобилю повернуть даже в положенном месте. Отдельные опасения вызывает безопасность. Автомобиль, подобный тому, что предлагала US Flywheel Systems, несет «на борту» кинетической энергии не меньше мчащегося танка, и при разрушении вся она будет моментально высвобождена. Кстати, уже в процессе разработки электромеханических батарей, несмотря на то, что они так и не дошли до массового пользователя, это стало причиной не одной смерти.

 

Стоит сказать, что инженеры смотрят в будущее таких систем с оптимизмом. Ни одна из перечисленных проблем не выглядит нерешаемой. Магнитные «подвески» быстро совершенствуются, с гироскопическим эффектом есть способы бороться (например, сочетая пары маховиков с противоположными направлениями вращения), над вопросами безопасности тоже можно поработать. Одним словом, чтобы маховики вошли в нашу жизнь и сделали ее еще немного лучше, нужно то же, что и для любой другой технологии: заинтересованность, финансирование, человеческая изобретательность и какое-то время.

 

К сожалению, не со всеми этими пунктами у маховиков в порядке. Автомобильные гиганты так и не решились финансировать подобные проекты в полном объеме, и их разработчики ? такие как US Flywheel Systems ? либо свернули деятельность, либо переключились на системы для выполнения задач космонавтики и электроэнергетики. Это переключение, впрочем, наверняка позволит набрать опыта и создать решения, на которые «клюнут» и автогиганты. В конце концов, в современном мире, требующем отхода от углеводородов в качестве основного источника энергии, выбор у них не так велик.

 

naked-science.ru

Кинетический Накопитель Энергии |НПК ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Обзор существующих технологий накопления электроэнергии

В настоящее время проблема эффективного использования электрической энергии является актуальной задачей для всех сфер деятельности. Одним из путей повышения эффективности энергопользования может стать применение систем, аккумулирующих энергию генератора и выдающие ее в сеть по мере такой необходимости. Современные системы накопителей энергии способны решить различные задачи хранения и преобразования энергии, реализации оптимальных режимов работы оборудования, питания потребителей с нестандартными параметрами.

Среди ключевых функций накопителей можно выделить:
  • Способность выравнивания графиков нагрузки в сети;
  • Реализация системной надежности потребителей;
  • Обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций;
  • Сглаживание колебаний мощности, стабилизации работы малоинерционных систем распределенной генерации.

Обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций

Накопители электрической энергии в будущем станут важнейшим элементом интеллектуальных (активно-адаптивных) сетей нового поколения, без которых невозможен дальнейший качественный рост экономики.

Основные типы накопителей:

В настоящее время существует множество различных классификаций накопителей электрической энергии. Однако, с практической точки зрения, наиболее точной представляется классификация накопителей на электрохимические и физические. Первые – преобразуют электрическую энергию в химическую энергию веществ, вторые – в механическую энергию.

К электрохимическим накопителям энергии относятся:

  • аккумуляторные батареи;

  • накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов.

К физическим накопителям электроэнергии относятся два вида комплексов:

Электрохимические накопители энергии

Свинцово-кислотные аккумуляторы

Данная электрохимическая система является одной из самых распространенных среди аккумуляторов в виду своей дешевизны, отработанной технологии производства и большому опыту эксплуатации. В свинцово-кислотных аккумуляторных батареях ( далее СКА) электролитом является раствор серной кислоты, активным веществом положительных пластин – двуокись свинца РbО2, отрицательных пластин – губчатый свинец Рb.

Свинцово-кислотные аккумуляторы достаточно широко распространены, однако, наряду с достоинствами, обладают и существенными недостатками – малой энергоемкостью (на уровне 10–30 Вт·ч/кг), малым количеством циклов заряд/разряд и низкой допустимой глубиной разряда у большинства их разновидностей.

В настоящее время доступны аккумуляторы с улучшенными ресурсными характеристиками, достигающими 3000 циклов при глубине разряда 50 %. Однако и цена таких аккумуляторов выше, чем у стандартных систем.

Никель-кадмиевые аккумуляторы

Никель-кадмиевые аккумуляторы также известны достаточно давно. Принцип действия основан на формировании гидроокиси кадмия на аноде и гидроокиси никеля – на катоде. Их энергоемкость почти в два раза выше, чем у СКА, они работоспособны при низких температурах, при этом допустимые токи заряда и разряда также существенно выше. Эти достоинства позволили никель-кадмиевым аккумуляторам найти широкое применение на транспорте, в авиации и стационарных системах, несмотря на то, что они более дороги.

Однако, никель-кадмиевым аккумуляторам присущ такой недостаток как эффект памяти – их энергоемкость резко падает при не полном разряде или заряде, для ее восстановления требуются специальные алгоритмы заряда. Также они наиболее критичны из всех типов электрохимических аккумуляторов к точному соблюдению требований по правильной эксплуатации.

Натрий-серные аккумуляторы

Энергоемкость данной системы может достигать 925 Вт·ч/кг, однако в реальности достигнуты гораздо меньшие цифры, 100–150 Вт·ч/кг. Есть ряд существенных нюансов – электролит в данной системе керамический, что обуславливает высокую рабочую температуру аккумулятора (290–360 °С).

Сегодня достигнутые на практике ресурсные характеристики натрий-серных аккумуляторов демонстрируют значения от 2000 до 4000 циклов при глубине разряда до 80-90 %. Наибольших успехов в разработке и производстве высокотемпературных аккумуляторов достигла японская компания NGK Insulators LTD.

Несмотря на неспособность хранить запасенную энергию в течение длительного времени (вся она будет израсходована на поддержание рабочей температуры электролитов), натрий-серные аккумуляторы оказались востребованы для регулирования графиков выдачи мощности и поддержания частоты переменного тока в крупных сетях Японии и США, как для возобновляемой, так и централизованной энергетики. Отсутствие дорогостоящих материалов привело к тому, что стоимость запасенной энергии для данной системы находится на уровне СКА.

Литий-ионные аккумуляторы.

Для данного типа аккумуляторов характерны высокая энергоемкость, глубокие циклы заряда разряда (70–80 %), отсутствие эффекта памяти. В то же время ресурс и стоимость таких аккумуляторов зависят от типа электрохимических систем, применяемых на катоде и аноде, а также от температуры и режимов эксплуатации.

Основной причиной незначительного распространения данного типа аккумуляторных батарей стала их взрывоопасность. Вероятность короткого замыкания и взрыва ограничивала применение литий-ионных аккумуляторов большого размера – например, в масштабах, необходимых для питания электротранспорта или применения в качестве сетевых накопителей энергии, где нужны тысячи киловатт-часов энергии.

Новое поколение данных аккумуляторных батарей, использующих ферро-фосфат лития (LiFePO4) в качестве катодного материала появилось лишь в 2003 году. . Ферро-фосфат лития оказался очень удачным материалом для использования в аккумуляторах. Он способен отдать практически весь накопленный литий, оставаясь устойчивым. При этом сохраняется главное свойство литий-ионных аккумуляторов – большая удельная емкость.

Суперконденсаторы.

Суперконденсатор представляет собой импульсное электрохимическое устройство, предназначенное для компенсации быстрых переходных процессов в различных электрических схемах. От аккумуляторов различных типов он отличается существенно меньшей энергоемкостью (единицы Вт·ч/кг) и повышенной удельной мощностью (2–10 кВт/кг). Процесс запасания энергии в суперконденсаторах осуществляется за счет разделения заряда на двух электродах с достаточно большой разностью потенциалов между ними.

Так как химических превращений веществ в процессе работы суперконденсатора не происходит (если не допускать превышения зарядных напряжений), ресурс системы достаточно велик и может превышать 100 000 циклов заряда разряда. Учитывая вышеупомянутые особенности суперконденсаторов, целесообразно их использование в гибридных схемах с аккумуляторами. В этом случае суперконденсатор реагирует на короткие пики генерации или потребления электроэнергии, увеличивая ресурс аккумулятора и снижая время отклика всей системы на внешние воздействия.

Стоит отметить, что все представленные электрохимические накопители энергии (кроме Суперконденсаторов) имеют общие существенные недостатки, в т.ч.:

  • Высокая удельная стоимость систем.

  • Необходимость соблюдения регламента зарядки/разрядки.

  • Специальные экологические требования к размещению и утилизации.

  • Необходимость регулярного обслуживания и проверки системы.

  • Ограниченный цикл заряда/разряда.

  • Невозможность реагировать на короткие всплески потребления (кроме суперконденсаторов).

Накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов

Молекулярные накопители являются новым продуктом в сфере накопителей и в настоящее время проходят стадию создания и испытания опытных образцов.

Среди данного класса накопителей практическое применение в настоящее время нашёл лишь Сверпроводниковый Индуктивный Накопитель Энергии (СПИНЭ) небольшой энергоемкости (до 106 Дж.).

При этом промышленное внедрение СПИНЭ станет возможным лишь после разработки и создания СПИНЭ на базе высокотемпературных сверхпроводников.

СПИНЭ могут находить применение в электроэнергетике как одно из эффективных средств повышения режимной надежности и устойчивости электроэнергетических систем. При этом выделяются такие свойства индуктивных накопителей, как быстродействие, высокий КПД, возможность полной автоматизации ввода и вывода энергии, большая удельная энергоемкость, регулирование активной и реактивной мощности.

Ожидается, что к 2016-2020 гг. на базе СПИНЭ будут созданы недорогие системы хранения энергии достаточной энергоемкости, но пока технические решения по ним все еще в стадии разработки.

Физические накопители электроэнергии

Среди физических накопителей электроэнергии, получивших практическое применение в энергетике можно выделить накопители, использующие естественную гравитацию – к ним относятся Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) и накопители, использующие кинетическую энергию вращения маховика – так называемые накопители кинетической энергии (НКЭ).

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).

ГАЭС являются одной из самых ранних технологий запасания больших объемов энергии. Основными факторами, определяющими возможность постройки ГАЭС, её максимальную емкость и стоимость, являются особенности рельефа местности, а также необходимость затопления значительных территорий.

Применение ГАЭС может оказаться эффективным в том случае, когда регулируется работа не одной электростанции на основе традиционных технологий или возобновляемых источников энергии, а более крупной энергосистемы, как например энергосеть крупного мегаполиса.

Строительство ГАЭС осуществляется в мире уже более 100 лет. Первая ГАЭС — Леттем (Швейцария), мощностью около 100 кВт, была введена в эксплуатацию в 1882 году. Сейчас общее количество ГАЭС в мире составляет более 460 станций, а их суммарная мощность превышает 300 млн. киловатт.

Гидроаккумулирующая электростанция является уникальным гидроэнергетическим сооружением, посредством которого удается аккумулировать (запасать) электрическую энергию, возвращая её в энергосистему по мере необходимости. В часы, когда в энергосистеме избыток электрической энергии, (преимущественно — ночью), гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве насосов и, потребляя дешевую избыточную электроэнергию, перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний аккумулирующий бассейн на высоту несколько десятков или сотен метров. В часы, когда в энергосистеме образуется дефицит генерирующей мощности, преимущественно — в утренние и вечерние часы, гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве генераторов и превращают энергию потока воды — в электрическую. Она поступает в объединенную систему.

Учитывая высокую маневренность гидроэнергетического оборудования, число пусков обратимых гидроагрегатов ГАЭС, в отличие от обычных ГЭС, достигает нескольких сот (500-700) в месяц, а иногда составляет около 30 пусков в сутки.

На сегодняшний день в России таких станций всего 2: Загорская ГАЭС в Подмосковье и Ставропольская ГАЭС на трассе Большого Ставропольского канала (БСК).

Основным предназначением Загорской ГАЭС является автоматическое регулирование частоты и перетоков мощности, а также покрытие суточных пиковых нагрузок в Московской и Центральной энергосистемах.

Первая очередь Загорской ГАЭС мощностью 1200 МВт была построена в 1980—2003 годах, с 2007 года ведётся строительство второй очереди мощностью 840 МВт.

1-ая и 2-ая очередь Загорской ГАЭС способны лишь частично компенсировать дефицит маневренной регулирующей мощности в Центральном регионе России, которая сейчас составляет более 3,0 млн. кВт, в том числе в Москве и Московской области — около 2 млн. кВт.

Существенными недостатками ГАЭС являются:

  • Малая удельная энергоемкость,

  • низкий КПД,

  • высокие требования к месту установки,

  • необходимость существенного вмешательства в экологию района,

  • чрезвычайно высокая удельная стоимость строительства

(свыше 2 000 долл. за 1 кв. электрической мощности).

Накопители кинетической энергии (НКЭ)

Среди физических накопителей энергии на сегодняшний день наиболее перспективными являются агрегаты, работающие на принципе накопления кинетической энергии во вращающихся маховиках. Такие установки носят название накопителей кинетической энергии (НКЭ).

В качестве вращающегося и накапливающего энергию элемента могут быть использованы классические (монолитные) маховики или более современные и перспективные супермаховики. Супермаховик – это маховик высокой удельной энергоемкости, изготовленный методом навивки с натягом на упругий центр материалов с высокой одноосной прочностью – проволок, лент, волокон со связкой (склейкой). Эксплуатируется супермаховик не в воздушной среде, а в среде с пониженными сопротивлениями вращению, например вакууме.

В мире получило распространение применение модулей НКЭ, состоящих из нескольких агрегатов, для резервирования питания ответственных потребителей электроэнергии (таких как медицинские центры, банковские хранилища, атомные объекты и т.д.), а также для чистотного регулирования и сглаживания графика нагрузок в сети.

Накопители кинетической энергии имеют ряд преимуществ перед вышеуказанными системами электрохимических и физических накопителей. Их отличает:

  • высокая удельная объемная энергоемкость;
  • высокая, недостижимая другими накопителями, удельная мощность;
  • разрыво- и взрывобезопасность. Экологическая безопасность;
  • не требуется специальных защитных сооружений для установки;
  • возможность работы в широком температурном диапазоне -40 — +80;
  • простота эксплуатации и обслуживания;
  • срок эксплуатации свыше 20 лет.
Сравнительная характеристика представленных накопителей энергии представлена ниже:

Параметры \

накопители

НКЭ на основе супермаховика

Супер

Конденсаторы

(ионисторы)

Аккумуляторы

с жидким

электролитом

Натрий-серные (горячие) аккумулятор

Удельная мощность (без сопутствующих устройств), Вт/кг

>10000

>1000

80-200

150

Удельная массовая энергоемкость(без сопутствующих устройств), Вт-ч/кг.

Удельная объемная энергоемкость(без сопутствующих устройств), Вт-ч/куб. дм.

15-300

60-550

10-30

15-45

20-100

30-150

200

300

Срок службы, лет

> 20

< 15

До 10 000

циклов

До 4 000

Циклов

Удельная стоимость стр-ва,( долл. США за 1 кВтч)

800 — 1200

1450

3500

2500

Удельная стоимость обслуживания, ( долл. США за 1 кВт в год)

80

85

800

600

Как показывает сравнительная таблица, Накопители кинетической энергии (НКЭ) являются наиболее «гибкими» системами, отличающимися высокими эксплуатационными характеристиками, при этом обладающие самым низким удельным показателем стоимости строительства и обслуживания.

В большинстве случаев, накопители кинетической энергии (НКЭ), могут стать экономичным и выгодным решением, замещающим использование электрохимических систем накопления.

mig-energo.ru

Какие существуют накопители энергии? :: SYL.ru

Концепции рационального расхода энергии становятся все более актуальными на общем фоне технологического развития. Связано это с тем, что энергоэффективность как таковая перешла из разряда дополнительных и зачастую эксклюзивных свойств в ранг одной из ключевых потребительских характеристик продукта. Достаточно вспомнить простейшие аккумуляторы, которые используются в цифровой технике, электрооборудовании, оснащении силового инструмента и т. д. Существуют и более масштабные сферы применения аккумулирующих энергию систем, для которых особенно важна экономность энергопотребления. И этот запрос находит отклик у специализированных производителей, которые выпускают накопители энергии с улучшенными эксплуатационными качествами.

накопители энергии

Общие сведения об энергетических накопителях

В природе немало постоянных и неисчерпаемых источников энергии, которая и применяется для обслуживания различных потребностей человечества. Но для конечного ее использования она должна пройти много этапов переработки и аккумуляции. Эту функцию выполняют энергостанции и подстанции. В список их непосредственных задач входит генерация энергии с приемлемыми для использования характеристиками, а также ее преобразование и распределение. Основная инфраструктура энергообеспечения жилых домов, объектов промышленности, инженерного оборудования и других ответственных потребителей реализуется через стационарные электросети. В них осуществляется постоянное снабжение, но сегодня стабильно растет спрос на автономное оборудование, устройства и электроприборы. Специально для таких потребителей используется емкостной накопитель энергии, который является независимым источником питания, но условно – с определенными интервалами он должен и сам заряжаться от тех же стационарных сетей. Простейшим примером такого накопителя является телефонная батарея. К примеру, элемент Li-Ion может иметь емкость порядка 2000-3000 мАч. Ее будет достаточно на несколько часов или дней автономной работы обслуживаемого устройства в зависимости от его модели. Но после исчерпания этого объема аккумулятор должен подключаться к розетке на 220 В для восстановления.

емкостной накопитель энергии

Механические накопители

Данная категория накопителей имеет самую долгую историю существования. Для иллюстрации таких устройств можно привести в пример гравитационные системы. Сегодня уже почти не используются, но прежде были широко распространены подъемно-поворотные ворота с противовесами. В них используется энергия груза, которая аккумулируется и в нужный момент возвращается в той или иной форме – это зависит от конструкционного исполнения накопителя. Помимо обычных грузов, в качестве активного аккумулирующего элемента выступает и жидкость. К достоинствам таких систем можно отнести конструкционную гибкость. Инженеры могли использовать разветвленные сети трубопроводов, проходя через которые вода отдавала энергию сопряженным резервуарам. В наше время подобные накопители энергии представлены в виде гидроаккумулирующих станций. Правда, жидкостные накапливающие устройства характеризуются небольшим временем хранения, так как вода испаряется и требует регулярного обновления.

накопители электрической энергии

Кинетические накопители

Эту группу в основном представляют колебательные механизмы, в которых процесс аккумуляции реализуется через возвратно-поступательные, вращательные или линейные движения того же груза. Особенностью таких конструкций является то, что при необходимости возврат энергии будет осуществляться так же не беспрерывно, а порциями – тактами. Классическим примером кинетического накопителя являются механические часы. В данном случае «заряд» производится посредством завода механизма, после чего следует постепенная отдача энергии от пружинного маятника. Более современную интерпретацию кинетических механизмов представляет гироскопический аккумулятор. Накопитель энергии в этом случае базируется на вращающемся маховике с ударной функцией. Такие системы находят применение в гидравлической и пневматической технике.

Тепловые накопители

накопитель энергии для телефона

С технологической точки зрения это простейший пример аккумуляции энергии, с процессами которого человек встречается повсюду. Нагретый под прямыми лучами солнца металлический забор уже становится аккумулятором тепла, так как сохраняет его в своей структуре. Также и другие материалы могут выступать накопителями тепла. Эффективность их работы в этом качестве будет зависеть от удельной и объемной теплоемкости. К примеру, теплоемкость воды составляет 4,2 кДж, а у стали она небольшая – лишь 0,46 кДж. И все же когда речь идет о целенаправленной аккумуляции, то чаще используют металлические накопители тепловой энергии или масляные. Это решение оправдано стремлением к оптимизации конструкции. Современные конвекторы и радиаторы преимущественно изготавливаются из стали и алюминия. Опять же, некоторые модели наполняются более выгодными в показателях удержания тепловой энергии материалами.

Электрические накопители энергии

Самый массовый вид энергии – электричество. Поэтому данная категория развивается наиболее активно, предлагая все новые и более совершенные решения. На данный момент самым распространенным аккумулятором электроэнергии является радиотехнический конденсатор. Он характеризуется высокой скоростью отдачи и накопления энергии, не ограничивая рабочие процессы окружающими условиями. Например, большинство моделей могут использоваться в условиях повышенных или крайне низких температур. И опять же, в целях оптимизации электрические накопители энергии наполняются специальными электролитическими элементами с высокой удельной емкостью.

Химические накопители

аккумулятор накопитель энергии

В процессе работы таких накопителей происходит химическая реакция. Источником энергии в данном случае будет сама организация условий для этой реакции и обеспечение активности задействованных компонентов. Причем на выходе может образовываться энергия разных типов. Например, из воды может выделяться водород в ходе прямого электролиза. Чаще всего при таких способах накопления выделяется именно топливо. Оно может быть преобразовано внутри комплекса обеспечения химической реакции или же передаваться потребителю в первоначальном виде. Поэтому накопители энергии могут выступать и преобразователями, хотя подобное расширение функций технически усложняет систему.

Электрохимические накопители

накопители тепловой энергии

Этот вид накопителей, как видно из названия, является комбинированным или гибридным. Поскольку химические реакции отличаются высокой степенью эффективности и дешевизной, их логично объединили с задачей выработки наиболее востребованного типа энергии – электричеством. Активным элементом в таких устройствах выступает электролит. В частности, накопитель энергии для телефона обычно изготавливается на основе литий-ионных или литий-полимерных элементов. Это же касается аккумуляторных блоков для электроинструмента. По характеристикам это вполне выгодные элементы питания, отличающиеся достойной производительностью, высокой емкостью и небольшими размерами. Но электрохимические батареи имеют ограниченное число циклов заряда-разряда, в чем и заключается их главный минус.

Современные решения

Передовые компании, занимающиеся разработкой высоких технологий, продвигают и направление емкостных аккумуляторов. Так, например, инженеры Tesla создали блок Powerwall 2 массой 122 кг, основанный на тех же литий-ионных батареях. Данная установка является модульной и способна хранить порядка 13,5 кВт*ч. Аналогичные разработки предлагает LG. Например, система Chem RESU вмещает порядка 10 кВт*ч, но в остальных эксплуатационных качествах не уступает блоку Tesla. Данный аккумулятор является универсальным накопителем энергии, который можно использовать как в быту, так и в промышленности на производствах. Главное, чтобы мощности соответствовали требованиям к потребляющим системам.

универсальным накопителем энергии

Заключение

В сегменте энергетических накопителей также выделяются разные направления технологического развития. Объединяются они лишь одним – соответствием требованиям конечных потребителей. К примеру, накопители электрической энергии для малогабаритной аппаратуры и оборудования должны отвечать требованиям надежности и безотказности. Широкий рынок цифровой техники скорее ориентирован на компактные размеры накопителей и повышение их емкости. Очевидно, что совместить в одном устройстве все перечисленные качества непросто, поэтому разработчики все же стремятся изначально ориентировать свою продукцию на конкретные области применения.

www.syl.ru

Аккумулятор кинетической энергии

 

О П И С А Н Ж k- "

Союз Советскик

Социалистических

Республик л

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЮЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 010279 (21) 2736951/25-28 (51)М с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

F 16 F 15/30

F H 33/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.1180. Бюллетень ¹ 44

Дата опубликования описания 30.11.80 (53) УДК 621, 851.,059,2-755 (088.8) (72) Авторы и з обретен и я

Н,В.Гулиа, М,Ю.Очан и И,Д.Юдовский

Государственный научно-исследовательский институт машиноведения им. акад. А,А. Благонравова и Завод — ВТУЗ при ЗИЛе (71) Заявители (54) АККУМУЛЯТОР КИНЕТИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к машино- строению, в частности к аккумуляторам механической энергии, содержащим маховик и предназначенным для накопления значительного количества энергии, например избыточной энергии электростанций для последующего покрытия за счет нее пиковых нагрузок в сети °

16

Известен супермаховик, содержащий обод из концентрических колец, установленный на ступице, поддерживаемой магнитной подвеской (1) .

Недостатком этой конструкции явля- 15 ется то, что нагрузка от центробежных сил, возникающих при вращении, воспринимается самим телом маховика, прочность которого ограничена, что ограничивает удельную- энергоемкость. 2О

Невозможно также изготовление маховиков больших диаметров из-за наличия элементов, связывающих обод с центром маховика, Наиболее- близким по технической 25 сущности к изобретению является аккумулятор кинетической энергии, содержащий кольцевой корпус, размещенные в нем кольцевой обод, магнитные .опоры и линейный мотор-генератор (2) . 30

Недостатком конструкции является то, что нагрузку от центробежных сил воспринимает сам обод, что из-за ограниченности его прочности налагает предел на энергоемкость маховика.

Целью изобретения является повышение энергоемкости °

Указанная цель достигается тем, что в известном аккумуляторе на поверхности корпуса, обращенной к кольцевому ободу, установлены магнитыла кольцевой обод выполнен из соединенных.между собой магнитов, взаимодействующих с магнитами корпуса.

Кроме того, магниты корпуса установлены с возможностью радиального перемещения, Такое выполнение аккумулирующего элемента позволяет значительно повысить энергоемкость кольцевого обода благодаря его разгрузке от действия центробежных сил магнитами, установ-, ленными в неподвижном корпусе, При этом следует заметить, что величина центростремительного ускорения W, возникающего при вращении обода, уменьшается с возрастанием радиуса

R при постоянной линейной скорости обода V по закону ЧЧ «\ (К, т,е.

;8 $575

Формула КЗ Обретения

Б}}ИИП}} Заказ 8" 3/39 Тираж 1095 Подписное г. Ужгород« ул. Проектная,4

Фи"нал ППП "Патент" для заданной удельной энергоемко,":H, прОпорциОнальнОй V i ьсеГда нмее ся радиус обода, прк котором центробеж-ные силы достаточно маль1 для уравна= ве}«}икания КK к;агнитами «Б кольцевом ободе с ваз Оастанием радиус а цек Too= бефнь|е силы также уб61вают H o !TBH этОМ ВОзрастает УГОЛ между Hатяжекием B соседних элементах ОбоДа v поэтому Величины натяжения or радиуса не зависят « йа чертеже представлена устройст, бший в««д

Аккумулятор кикети:.еской энергии содержит кольцевой Обод l, H r!oëíe"-! Hûr} из соединенных между собой магнитов

2 р и распОложе нный в установлеHHCN на: 2 фундаменте 3 кольцевом корпусе 4 8

KopI«усе 4 распОложены магнитные опо, 5 и линейные мотор-гек"=-ратары

}-} а по з е рх н ос т н к ар пу с а 4, а б р а ше к " кой к кольцевому ободу 3 Р распаложе- 26 ны с ВОЗ можн Остью радиальнОГО пе реме Шекия взаимодействуюшие с ма "HHTB

2 магниты. 7, для управления катарымк имеется следяшая сисTе 1а 8.

Аккумулятор работает следуюшим Сор«а 3 ам, Гри врашекии кольцезoão аб д;=.. магнкть1 2, отталкиваясь От магнитов

7, разгружают обад оТ цЕктрабеикой нЙГрузки «передавая ее (ил большую ее часть ) на н еподвижный коль:.:.езы и корпус 4„

}в Э Та«„«ВЕЛИЧИНВ 3 аэ О;-. следовательно. c!Ir p а-..: Б -;-.«и «1-действия, регулируется следяшей сис: р, мОЙ 8 В зависимости оТ скОрости кОль"" цев ОГО махОвик а 3 по мере BB умен ьшения Величина 3 аз Ора Ваз рас тает н сжи акм" е аоод силы Убывают, - аэ -а .I u торможение Обода осушестз«1яе "c; лиHBA- 4О

>ипы мотор- генератором, и подвешивание — . л магкктных or!Opax, Преимушество предлагаемой конструкции состоит в сушествекном позьмеКИИ ЭНЕРГОЕМКОСТИ БО шаю»} ЕГOC.Я аККУмулируюшегo элемента благодаря зыпол:;"екию кольцевого обода с магнитами, атталкиваюшкмися CT магнитов., установле .нных з Kopпусe с ВОзможнocтью ocеБОГО перемеше ки я Величина котОРОГО

pBI улкруетс я Б зависимости oT c KopocTH

ОбаДа ПОДобные KОнстpукцик !IpHмени

; ь: для накопления больших количеств нергии Б стационарных установках, 1. Аккумулятор ккH=-тической энергии,. содержаШий кольцевой корпус, размешекные з кем кольцевой обад, магнитные . Опоры и л«п»ейные MGTop Генер

=..Оры,, о т л и ч а ю ш и и с я тем„что„ с целью повышения энергоемкости, к а поверхности корпуса, абращенкой к кольцевом» Ободу уст ак Овл ены ма Гни . ы а кольцевой обод Выполнен из соединенных между собой магнитов, ВэаЧМодЕйстзуюших с магнитами корпуса.

2, Ак куя}улятар по I, 1 о т л к ч аю ш H и с я тем,, чта маГ«иты кОрпуса установлены с Возможностью радиалькоГО ПЕРЕМЕШЕНК Я, }ic тoч ни кH Hнфорр/ ции

I ьККЯT6IB ЗО Б Кнмо HHiP ПРИ 3 КС ПЕРТИ3 Е

1, Гулка Н, В. !1ахазиHH6ie двигатели, }" „, машкнсстроение, ".976 „

".. „.78-80, рНС.51.

2, ЭркесT B,Êëêá "H. Проблемы аккумулирования кк".етической энергии, — Сборник трудов симпозиума, Беркли, 1975.Перевод Р 3719 ., д, }",„1977 (IPO OTNП)

Аккумулятор кинетической энергии Аккумулятор кинетической энергии 

www.findpatent.ru

[Реклама] ИБП на базе кинетических накопителей энергии / Хабр

Применение источников бесперебойного питания кажется обыденным для персональных компьютеров. Ещё большую обоснованность они имеют в ЦОДах. Тем более, что это прописано в святая святых – в правилах создания и эксплуатации дата-центров. В т.ч. и приснопамятных TIER. И уже довольно давно для мощных серверных используют вместо ИБП с химическими аккумуляторами другой тип накопителей – кинетических, в которых накопителем энергии служат вращающиеся маховики. image Для чего нужен источник бесперебойного питания? Для того, чтобы в тот момент, когда пропало напряжение в сети, или случился глубокий обвал его, быстро подхватить энергоснабжение серверов и охладительной инфраструктуры ЦОДа и обеспечить питание до выхода резервного дизель-генератора на свой рабочий режим. Обычно такие системы рассчитаны на мощность в сотни киловатт и на поддержание энергоснабжения от нескольких секунд до нескольких минут. Далее, после отработки своего жтапа ИПБ, уже ДГУ будет питать потребляющее оборудование. Но в этих секундах и минутах до раскрутки вала дизеля и заключается самый страшный риск для ЦОДа. Поэтому источникам бесперебойного питания и уделяется столь большое внимание при их создании. В сравнении с аккумуляторными решениями, маховичные ИБП обладают рядом весомых преимуществ. Для них не требуется специальное помещение с жёстко поддерживаемым там микроклиматом. При равных мощности и энергоёмкости маховичные ИБП занимают на 40-50 процентов меньшую площадь. Эксплуатационные затраты являются существенно меньшими. Отсутствует риск разлива электролита. Более высокая надежность агрегата и несравнимо более длинный ресурс работы – 20 и более лет. На мировом рынке присутствует немного компаний, поставляющих подобные решения. Среди наиболее известных и продаваемых марок можно назвать европейские Hitec, Hitzinger, Piller, американскую компанию ActivePower и. пожалуй, всё. Остальные, которых можно «выловить» в интернете, находятся или на стадии исследований и разработок, или на стадии вечного выхода на рынок или банкротства. Последние – это те, которые пошли по весьма рискованному пути применения высокооборотных супермаховиков. Наиболее известная из таких компаний – американская BeaconPower, которая пошла с молотка несмотря на государственные вливания в размере 34 млн. долларов. Однако европейские компании живут неплохо и постепенно, тихой сапой, на волне бума строительства ЦОДов, втягиваются в российский рынок. Например, ИБП с кинетическими накопителями используются в ЦОДе компании «Крок», в известном крупном проекте «Билайн» в Ярославле и во многих других проектах. Однако за последние два года в России уже успели подрасти и отечественные технологии, применяющие в своих решениях накопители кинетической энергии. Речь идёт о проекте компании «Русский сверхпроводник», которая разрабатывает кинетические накопители большой мощности и энергоёмкости. Кстати говоря, научным руководителем разработки выступил известный учёный профессор Нурбей Гулиа, являющийся непревзойденным авторитетом в области механики маховиков и автором сотен патентов в этой области. Специалисты из «Русского сверхпроводника» не так давно заявили об успешном испытании накопителя кинетической энергии, энергоёмкость которого составляет 4 МДж. Ими был применен для этой модели генератор мощностью 22 кВт. Представители компании заявляют, что они разработали модульную конструкцию, позволяющую кратно увеличивать энергоёмкость своего накопителя до 30-ти раз. Кроме того, мощность используемого мотор-генератора также может варьироваться в широких пределах – от 5 до 500 кВт. Как отметили в компании, объём рынка мощных ИБП в России весьма большой и в настоящее время удовлетворяется лишь химическими аккумуляторами и в небольшом пока количестве зарубежными маховичными агрегатами. Среди преимуществ своей техники отмечают: большую удельную энергоёмкость, большую удельную мощность, существенно более низкие цены, высокие эксплуатационные качества. Срок службы ИБП НКЭ более 20-ти лет. В планах компании завершение испытаний серийного образца изделия и выход на рынок ИБП уже в 2014 году.

geektimes.com

РАЗРАБОТКА НАКОПИТЕЛЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МАХОВИКОВОГО ТИПА НА МАГНИТНЫХ ОСЯХ | Опубликовать статью РИНЦ

Руденок А. И.1, Руди Д.Ю.1, Халитов Н.А.1, Нурахмет Е.Е.1, Шарков Н.В.1 Нифонтова Л.С.1, Бубенчиков А.А.2

1 Магистрант, 2 Кандидат технических наук, Омский государственный технический университет

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16-08-00243 а

РАЗРАБОТКА НАКОПИТЕЛЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МАХОВИКОВОГО ТИПА НА МАГНИТНЫХ ОСЯХ

Аннотация

В данной статье автор рассматривает альтернативу повседневному источнику бесперебойного питания. Значительное внимание уделяется накопителям кинетической энергии маховикового типа на магнитных осях. В статье выяснены особенности этого вида источника бесперебойного питания. Также был проведён сравнительный анализ накопителя относительно электрохимического типа хранения энергии. Прослеживается процесс разработки данного типа, источника бесперебойного питания, и прогресс нескольких компаний работающих в этом направлении.

Ключевые слова: Кинетический накопитель, маховик.

 

Rudenok A.I.1, Rudi D.Yu.1, Khalitov N.A.1, Nurakhmet Y.Y.1, Sharkov N.V.1, Nifontova L.S.1, Bubenchikov A.A.2

1Undergraduate student, 2PhD in Engineering, Omsk State Technical University

DEVELOPMENT DRIVE KINETIC ENERGY OF THE FLYWHEEL TYPE MAGNETIC AXES

Abstract

In this article the author examines the everyday alternative to an uninterruptible power supply. Considerable attention is paid to the kinetic energy of the flywheel storage devices such as magnetic axes. The article clarified the features of this type of uninterruptible power supply. Also, a comparative analysis of the drive with respect to electrochemical energy storage type was held. The author traces the process of developing this type of uninterruptible power supply, and the progress of several companies working in this direction.

Keywords: Kinetic drive, flywheel.

В настоящее время большое распространение получают системы автономного, резервного и дополнительного питания на основе ветровой и солнечной энергии [1-3]. Одной из главных проблем, эффективной и надёжной работы, электрической системы — это хранение электрической энергии. На сегодняшний день широко используется электрохимический тип хранения, у которых присутствует весомый недостаток – недолговечность. Поэтому наиважнейшая цель найти альтернативный накопитель, который соблюдал важным требованиям – это живучесть, высоконадёжность, размеры.

Первостепенным для такой роли подходит Кинетический накопитель маховикового типа на магнитных осях, совместно с электрической машиной, работающая как двигатель, так и генератором.

Это устройство предназначено для запаса и хранения механической энергии для дальнейшего его преобразования в форме электрической энергии. Пополнение запаса происходит благодаря кинетической энергии вращательного движения маховика, который заряжаясь, раскручивается от источника механической энергии. При отключении источника запасённая механическая энергия трансформируется в электрическую благодаря электродвигателю, на рисунке 1 показана кинематический накопитель от компании VYCON [4]

image001

Рис. 1 – Кинематический накопитель от компании VYCON

Основное достоинство кинетического накопителя заключается простота технического обслуживания, высокая экологичность и живучесть (приблизительно до 10 лет), и огромной удельной мощности из всех типов аккумуляторов энергии [4]. В начале устройство не было конкурентно способно с электрохимическими аккумуляторами. За прошедшее время появились сверхпрочные и легкие материалы, повысились характеристики постоянных магнитов, магнитных подшипников, электроники. Благодаря им современные кинетические накопители наделены большой энергоёмкостью и способностью моментально отдавать запас энергии. А также у накопителя отсутствует влияние циклов заряда – разряда на срок эксплуатации и протяжённый эксплуатационный срок махового колеса. [5]

image002

Рис. 2 – Сравнительная характеристика КПД некоторых типов накопителей.

В таблице 1 приведены значения удельного энергосодержания некоторых современных накопителей энергии [5]/

Таблица 1 – Удельное энергосодержание накопителей энергии

Накопитель энергии Удельная энергосодержание, Вт*час/кг
Электрические конденсаторы До 5
Кислотно-свинцовые аккумуляторы 40
Никелевые металл-гидридные аккумуляторы 80
Жидкий азот 100-200
Литые стальные маховики До 15
Супермаховики из углепластиков, стальных лент 100-200

Уже сегодня кинематические накопители нашли применение в разных отраслях начиная от космических технологиях заканчивая автономным электроснабжением потребителя. Ни для кого не секрет, что возобновляемые источники энергии, такие как энергия солнца и ветра, неустойчивы по величине и по времени. Следовательно, есть смысл накопить энергию во время  её выработки, и потом использовать для бесперебойного питания потребителей, когда выработка отсутствует. Такое применение очень хорошо себя проявит в автономных электроснабжениях, где потребитель находится далеко от основного источника питания.

Компанией ENERCON была приведена схема системы автономного электроснабжения, показанная на рисунке 3 [6].

image003

Рис. 3 – Схема системы автономного электроснабжения.

Принцип работы такой схемы прост. Избыток электроэнергии подаётся на электродвигатель накопителя, который раскручивает маховик, в котором запасается энергия. После того, как потребитель возобновил способность потреблять полученную энергию, генератор преобразовывает энергию вращения обратно в электроэнергию [6].

image004 image005
Рис. 4 – POWERBRIDGE 110 Рис. 5 – MLC 200

На сегодняшний день появилось много компаний которые уже изготавливают кинетические накопители. Компания Piller разработала накопитель POWERBRIDGE 110 кВт/4,6 кВт (рисунок 4), являющимся последовательным звеном при переходе потребителя большой мощности от сетевого питания к дизель-генератору. Масса равна 6000 кг, скорость вращения 1800-3600 об/мин [7]ю Также Williams Advanced Engineering создала систему MLC 200 High Power (рисунок 5), которая может выработать от 500 кВт до 6 МВт параллельно с несколькими маховиками [8]. Сильным конкурентом этой системы стала компактный кинетический накопитель энергии (КНЭ) (рисунок 6) от немецкой компании ATZ. По их данным аппарат может запасать энергию до 20 МДж и выдавать мощность 250 кВт, при этом размеры накопителя составляют порядка 1,5 м. [9] На рынке также присутствует отечественный КНЭ от компании КИНЕМАК совместно с корпорацией «Русский сверхпроводник». Данный накопитель может выработать мощность от 22 до 350 кВт. Также накопитель несёт дополнительные функции при работе в сети потребителя, а именно:

  • возможна реализация полной гальванической развязки от сети
  • обеспечивает качество энергоснабжения по ГОСТ 13109-97
  • фильтрует искажения гармоник и скачки напряжения
  • устраняет микро-перебои тока длительностью менее 50 мсек
  • способен выдерживать повторяющиеся пропадания сети [10].

image006

Рис.6 – КНЭ от ATZ

С каждым годом КНЭ становится наиболее актуальной заменой аккумуляторным ИБП. Особенно это доказала компания Beacon Power, установив завод по хранению энергии из 200 КНЭ на основе маховика. Данная компания на 2015 год установила 3 завода: Tyngsboro, Massachusetts; Stephentown, New York; Hazle Township, Pennsylvania. [11] (дата обращения: 10.04.2016.) В одной из выставок проведённые в России был представлен КНЭ от корпорации «Русский сверхпроводник», где он использовался как накопитель регенерационной энергии при торможении железнодорожного транспорта. [10]

При всех преимуществах данного ИБП есть значительный минус – цена. Да на сегодня КНЭ моховидного типа является очень дорогим удовольствием, тем более с использование магнитных подшипников. Но эта цена окупается на середине сроке службы (около 10 лет), при этом затраты на ремонтные работы минимальны. Также можно выделить ещё один недостаток. Мощность накопителя зависит от размеров и массы маховика. Пока невозможно чтоб один накопитель выработал больше 1 МВт. Однако в 2012 году F. Wie и коллеги Университета Цинхуа, в Китае, вырастили углеродную нано трубку, которая позволяет хранить механическую энергию с плотностью выше, чем 1125 Вт/кг и плотностью энергии 144 МВт/кг. Следовательно, дальнейшее развитие углеродных нанотрубок поможет увеличить мощность установки при том же весе. [12]

В заключении можно подвести итог. Кинетический накопитель энергии на основе маховикового типа с использованием магнитных осей является одним их основных альтернатив аккумуляторным источникам бесперебойного питания. В будущем накопитель будет очень сильно распространён с системами, работающими от возобновляемых источников энергии, так как они очень хорошо сказываются на качестве электроэнергии, выработанные от источников ветра и солнца.

Литература

  1. Бубенчиков А.А., Николаев М.И., Киселёв Г.Ю., Есипович Н.В., Феофанов М.К., Шкандюк Д.О. Возможность применения солнечной энергии на территории россии и омской области // Современная наука и практика. 2015. № 4 (4). С. 85-89.
  2. Бубенчиков А.А., Артамонова Е.Ю., Р.А. Дайчман Р.А., Файфер Л.А., Катеров Ф.В., Бубенчикова Т.В. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 5-2 (36). С. 39-43.
  3. Бубенчиков А.А., Киселёв Г.Ю., Киселёв Б.Ю., Есипович Н.В., Николаев М.И. Целесообразность применения гелиоустановок // Современная наука и практика. 2015. № 4 (4). С. 77-80.
  4. [Электронный ресурс] http://www.calnetix.com/ (дата обращения: 10.04.2016.)
  5. [Электронный ресурс] http://eef.misis.ru/sites/default/files/lectures/1-3-6.pdf (дата обращения: 10.04.2016.)
  6. [Электронный ресурс] http://www.enercon.de/en/home/ (дата обращения: 10.04.2016.)
  7. [Электронный ресурс] http://www.piller.com/en-GB/205/energy-storage (дата обращения: 10.04.2016.)
  8. [Электронный ресурс] http://www.worldfutureenergysummit.com/Portal/ (дата обращения: 10.04.2016.)
  9. [Электронный ресурс] http://www.atz-gmbh.com/Products/HTS_bearing/Flywheel/body_flywheel.html (дата обращения: 10.04.2016.)
  10. [Электронный ресурс] http://rhsc.ru/ (дата обращения: 10.04.2016.)
  11. [Электронный ресурс] http://beaconpower.com/ (дата обращения: 10.04.2016.)
  12. [Электронный ресурс] http://www.portalchina.ru/universities/tsinghua.html (дата обращения: 10.04.2016.)

References

  1. Bubenchikov A.A., Nikolaev M.I., Kiselyov G.YU., Esipovich N.V., Feofanov M.K., SHkandyuk D.O. Vozmozhnost’ primeneniya solnechnoj ehnergii na territorii rossii i omskoj oblasti // Sovremennaya nauka i praktika. 2015. № 4 (4). S. 85-89.
  2. Bubenchikov A.A., Artamonova E.YU., R.A. Dajchman R.A., Fajfer L.A., Katerov F.V., Bubenchikova T.V. Problemy primeneniya vetroehnergeticheskih ustanovok v regionah s maloj vetrovoj nagruzkoj // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel’skij zhurnal. 2015. № 5-2 (36). S. 39-43.
  3. Bubenchikov A.A., Kiselyov G.YU., Kiselyov B.YU., Esipovich N.V., Nikolaev M.I. Celesoobraznost’ primeneniya gelioustanovok // Sovremennaya nauka i praktika. 2015. № 4 (4). S. 77-80. [electronic resource] http://www.calnetix.com/ (reference date: 10/04/2016.)
  4. [electronic resource] http://eef.misis.ru/sites/default/files/lectures/1-3-6.pdf (reference date: 04/10/2016.)
  5. [electronic resource] http://www.enercon.de/en/home/ (reference date: 10/04/2016.)
  6. [electronic resource] http://www.piller.com/en-GB/205/energy-storage (reference date: 10/04/2016.)
  7. [Electronic resource] http://www.worldfutureenergysummit.com/Portal/ (reference date: 10/04/2016.)
  8. [Electronic resource] http://www.atz-gmbh.com/Products/HTS_bearing/Flywheel/body_flywheel.html (reference date: 10/04/2016.)
  9. [electronic resource] http://rhsc.ru/ (reference date: 10/04/2016.)
  10. [Electronic resource] http://beaconpower.com/ (reference date: 04/10/2016.)
  11. [Electronic resource] http://www.portalchina.ru/universities/tsinghua.html (reference date: 04/10/2016.)

research-journal.org


Смотрите также