電力行業動能儲能裝置

提高能源效率的主題可能永遠不會失去其相關性。由於這個事實，當今許多機構正在開發更高效的儲能設備。該領域最有前途的解決方案之一是使用基於高能飛輪的動能（運動中）能量存儲。

它們的應用領域多種多樣，從用於私人家庭的小型獨立不間斷電源到大型工業裝置，這些裝置在飛輪旋轉期間積累能量，並在適當的時間以所需的功率水平釋放能量，從而保護網絡免受電壓浪湧的影響。

這種裝置的優點是巨大的飛輪能夠立即將積累的動能轉化為電能，從而為消費設備提供必要的動力。

此類設備的特點是運行成本最低、自動化程度高且無需定期維護。

在幾分鐘內充滿電後，飛輪會根據需要釋放存儲的能量幾秒鐘，而網絡的正常運行參數可能無法承受高峰值電流。

怎麼運行的

飛輪通過軸或其他傳動機構從電機接收旋轉，並在必要時通過軸以發電機模式提供積累的能量，旋轉飛輪的機器本身可以在此時作為發電機工作。

具有用於控制參數的傳感器的自動控制系統將使加速過程安全，並且在危急情況下將對飛輪達到危險的旋轉速度以及立即切換到返回模式的需要做出反應累積動能。

特性和功能

通過這種方式，動能存儲設備可以解決能量的積累、臨時存儲和後續轉換的問題，以確保最佳的設備電源模式，即使參數非常不標準。因此，涵蓋了該技術解決方案的最廣泛的可能應用範圍。

這種類型的機電轉換器具有許多優點。動能儲能裝置的比能量強度高於電容器，在輸送給負載的比功率（電流）方面，它們領先於酸性電池和燃料電池。

同時，動能存儲裝置結構緊湊、環保，效率可達90%左右，使用壽命長達10年以上，易於維護，工作資源幾乎不受限制，此外，冷卻系統比超導感應存儲設備 (SPIN) 便宜一百倍。 ……

醫療中心、核設施、數據存儲中心、銀行倉庫、化學工業——任何需要能源備份為關鍵用戶供電的地方，動能存儲設備都會派上用場。關於抵消大型電力系統的峰值負載，我們能說些什麼，這就是整個城市地區停電的原因。

現在用什麼

十年來，動能存儲設備的開發在世界多個地區一直沒有停止，尤其是在美國和德國，以及近年來在俄羅斯。

德國的 ATZ 生產的 20 MJ 驅動器能夠提供高達 250 kW 的功率，並配備了電網同步系統。此外，設備的尺寸不超過 1.5 米。

驅動飛輪由高強度碳纖維製成，安裝在 HTSC 陶瓷懸架上。完成 ATZ 飛輪加速並發電的電機 基於稀土永磁體.

美國Beacon Power生產6千瓦時和25千瓦時的圓柱形儲能裝置，可以集群使用，以確保該國工業電網電流參數的穩定。

KNE 設計階段

在設計動能存儲裝置時，開發人員解決了以下工程問題：計算電動發電機、選擇軸承、計算飛輪以及冷卻、監測和控制系統，然後進行生產。

根據特定驅動模型的用途，集成在其中的電機原則上可能有所不同。但是有一個不可否認的優勢 同步電機…在同步電機中，沒有電刷，轉子的永磁體使電動發電機獲得高比功率成為可能。

軸承和懸架最適合非接觸軸承，例如基於高溫超導體 (HTSC) 的軸承。

儘管此類系統需要特殊冷卻，但它們在沒有電源的情況下仍能完美穩定：一組永磁體的電感器與處於超導狀態的 HTSP 矩陣相互作用。即使在空氣中也沒有摩擦損失，即使在高速下振動也很小，並且該結構在運行過程中會自動居中。

俄羅斯 MAI 開發的設備示例

永磁體的磁場與激活的 HTSP 塊相互作用，在安裝支架後，飛輪簡單地靠在低溫恆溫器上（懸浮在它上面的距離小於 1 厘米），而不沿徑向移動。

定子和轉子磁極的電磁相互作用產生合成扭矩，使飛輪加速，從而為驅動器提供能量。並且由於以動能形式積累的支撐沒有損失，因此能量會儲存很長時間，並在必要時通過轉換為發電機模式來消耗。

在積累全部標稱 500 kJ 能量的過程中，飛輪在 300 秒內加速至每分鐘 6000 轉。它可以很容易地連續提供25秒的10千瓦的電力，因為從植物中取出的額定功率分別為250千焦，可以保證1千瓦的負載提供4分鐘。

在 220-240 伏的標準電源電壓下，充電時的輸入電壓頻率為 50 赫茲。飛輪重 100 kg，轉動慣量約為 3.6 kg * m2。

至於發電機模式，選擇時的電流頻率為 200 赫茲，三相電壓為 160 至 240 伏。可選擇的最大額定功率為11kW。

俄羅斯和獨聯體的前景

最近，俄羅斯 Kinetic Power 公司開發了自己版本的基於超級飛輪的固定式動能存儲設備。一種這樣的存儲設備能夠存儲高達 100 kWh 的能量並提供高達 300 kW 的短期電力。

在俄羅斯市場的條件下，一組幾個這樣的存儲設備能夠均衡整個地區電力負荷的日常不均勻性，取代昂貴而笨重的抽水發電廠。

此外，如開頭所述，動能存儲設備可用於為具有最高責任級別的設備提供不間斷電源。這些開發的獨特特性可確保設備的響應速度達到百分之一秒的水平，從而使用戶一秒鐘都不會中斷電源。