Quel est le système de stockage d’énergie de volant?
2024-11-21
Le système de stockage d'énergie par volant d'inertie est un dispositif de stockage d'énergie pour la conversion d'énergie électromécanique.
Le système utilise des méthodes physiques pour stocker l'énergie et réalise la conversion et le stockage mutuels entre l'énergie électrique et l'énergie cinétique mécanique du volant à grande vitesse via un moteur bidirectionnel réciproque électrique/générateur.
Le système de stockage d'énergie par volant d'inertie est un système de stockage d'énergie mécanique aux vastes perspectives d'application. Il présente les avantages d'une densité de stockage d'énergie élevée, d'une forte adaptabilité, d'une large gamme d'applications, d'un rendement élevé, d'une longue durée de vie, d'une absence de pollution et de faibles coûts de maintenance.
Les systèmes de stockage d'énergie par volant d'inertie sont utilisés dans l'aérospatiale, l'alimentation électrique UPS, les transports, la production d'énergie éolienne, l'industrie nucléaire et d'autres domaines. Avec les progrès continus de la technologie des matériaux composites, de la technologie des supports magnétiques, de la technologie des machines intégrées à générateur dynamique et de la technologie de conception d'optimisation multidisciplinaire, une attention croissante a été accordée à la technologie de stockage d'énergie par volant d'inertie, et de nouvelles technologies connexes ont continué à émerger.
Principe de fonctionnement du système de stockage d'énergie à volant d'inertie
Lors du stockage de l'énergie, l'énergie électrique externe est convertie par le convertisseur de puissance pour entraîner le moteur à fonctionner, et le moteur entraîne le rotor du volant d'inertie pour accélérer jusqu'à ce qu'il atteigne une certaine vitesse définie. Pendant le processus d'accélération du volant d'inertie, le volant d'inertie stocke l'énergie sous forme d'énergie cinétique, achevant le processus de stockage d'énergie de conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique mécanique, et l'énergie est stockée dans le corps du volant d'inertie rotatif à grande vitesse. Après cela, le volant d'inertie tourne à la vitesse définie jusqu'à ce qu'il reçoive un signal de commande pour la libération d'énergie. Lors de la libération d'énergie, le moteur est utilisé comme générateur, et le volant d'inertie rotatif à grande vitesse entraîne le moteur pour générer de l'électricité. Le convertisseur de puissance délivre un courant et une tension adaptés à la charge, achevant le processus de libération d'énergie de conversion de l'énergie cinétique mécanique en énergie électrique. Pendant le processus de libération d'énergie, la vitesse du volant d'inertie continue de diminuer. L'ensemble du système de stockage d'énergie du volant d'inertie réalise l'entrée, le stockage et la sortie d'énergie électrique.
Structure du système de stockage d'énergie à volant d'inertie
Un système de stockage d’énergie par volant d’inertie typique se compose de cinq composants principaux : le corps du volant, le roulement, le moteur/générateur, le convertisseur de puissance et la chambre à vide.
Dans les applications pratiques, il existe de nombreuses structures de systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie. La figure 1 montre un schéma de la structure d'un système de stockage d'énergie à volant d'inertie dans lequel un volant d'inertie et un moteur sont intégrés en un seul. Le corps du volant d'inertie est le composant central du système de stockage d'énergie à volant d'inertie.
Sa fonction est d'augmenter la vitesse angulaire limite du rotor, de réduire le poids du rotor et de maximiser la capacité de stockage d'énergie du système de stockage d'énergie du volant. Il est principalement fabriqué en fibre de carbone.
Les performances du roulement affectent directement la fiabilité, l’efficacité et la durée de vie du système de stockage d’énergie du volant d’inertie.
Le système de stockage d'énergie par volant d'inertie utilisé adopte principalement un système de suspension magnétique pour réduire le frottement lorsque le rotor du moteur tourne, réduire les pertes mécaniques et améliorer l'efficacité du stockage d'énergie.
La conversion entre l'énergie cinétique mécanique et l'énergie électrique du système de stockage d'énergie par volant d'inertie est réalisée avec le moteur/générateur et sa commande comme noyau.
Le moteur/générateur intègre un composant. Lorsqu'il stocke de l'énergie, il fonctionne comme un moteur, et le moteur est entraîné par une énergie électrique externe pour entraîner le rotor du volant d'inertie à accélérer jusqu'à une certaine vitesse définie ; lorsqu'il libère de l'énergie, le moteur fonctionne comme un générateur et délivre de l'énergie électrique à l'extérieur. À ce moment-là, la vitesse du volant d'inertie continue de diminuer. De toute évidence, les moteurs/générateurs à faibles pertes et à haut rendement sont la clé d'une transmission d'énergie efficace.
Le convertisseur de puissance vise à améliorer la flexibilité et la contrôlabilité du système de stockage d'énergie du volant d'inertie et à convertir l'énergie électrique de sortie en énergie électrique qui répond aux exigences d'alimentation de la charge par modulation de fréquence, redressement ou tension constante.
La fonction principale de la chambre à vide est de fournir un environnement sous vide et de réduire la perte de résistance au vent lorsque le moteur fonctionne.
Domaines d'application du système de stockage d'énergie par volant d'inertie
1. Onduleur de stockage d'énergie à volant d'inertie à sustentation magnétique sans batterie
(1) Lorsque l'entrée secteur est normale ou lorsque l'entrée secteur est faible ou élevée (dans une certaine plage), l'onduleur stabilise et filtre le secteur via son filtre dynamique actif interne pour assurer une alimentation électrique de haute qualité à l'équipement de charge et charge en même temps le système de stockage d'énergie à volant d'inertie. L'onduleur utilise le dispositif de stockage d'énergie à volant d'inertie intégré pour stocker l'énergie.
(2) Lorsque la qualité de l'entrée secteur ne peut pas répondre aux exigences de fonctionnement normal de l'onduleur, ou lorsque l'entrée secteur est interrompue, l'onduleur convertit l'énergie mécanique stockée dans le système de stockage d'énergie du volant d'inertie en énergie électrique et continue de fournir une alimentation électrique de haute qualité et ininterrompue à l'équipement de charge.
(3) Lorsque des problèmes surviennent à l'intérieur de l'onduleur qui affectent son fonctionnement, l'onduleur passe en mode bypass via son commutateur statique interne et le secteur fournit directement une alimentation électrique ininterrompue à l'équipement de charge.
(4) Lorsque l'entrée secteur est rétablie, ou lorsque la qualité de l'entrée secteur est rétablie pour répondre aux exigences de fonctionnement normal de l'onduleur, il passe immédiatement au mode où le secteur est alimenté via l'onduleur, continue de fournir une alimentation électrique de haute qualité et ininterrompue à l'équipement de charge et continue de charger le dispositif de stockage d'énergie du volant.
2. Batteries pour véhicules électriques
Avec l'amélioration de la sensibilisation à la protection de l'environnement et la contradiction entre l'offre et la demande mondiales d'énergie, le développement de véhicules économes en énergie et respectueux de l'environnement qui utilisent des énergies alternatives pour réduire la pollution de l'environnement est une tendance importante dans le développement de l'industrie automobile mondiale. L'industrie automobile s'est tournée vers le développement de véhicules électriques. On peut déterminer si les véhicules électriques peuvent avoir une plus grande mobilité et concurrencer les véhicules à essence. Le système de stockage d'énergie par volant d'inertie présente les caractéristiques de propreté, de rendement élevé, de charge et de décharge rapides et de non-pollution de l'environnement, et est largement apprécié par l'industrie automobile. On s'attend à ce que les batteries à volant d'inertie soient un point chaud de recherche dans l'industrie des véhicules électriques au 21e siècle.
3. Alimentation électrique sans interruption
L'alimentation sans interruption est largement utilisée dans les centres de communication, les centres de commandement de la défense nationale, les centres de contrôle de la production industrielle, etc., car elle peut assurer une alimentation sans interruption et garantir la qualité de l'alimentation électrique. L'alimentation sans interruption se compose d'un redresseur, d'un onduleur, d'un interrupteur statique et d'un bloc-batterie.
Cependant, les batteries ont généralement des exigences en matière de température de fonctionnement, d'humidité de fonctionnement, de tension d'entrée et de profondeur de décharge. Dans le même temps, les batteries ne doivent pas être fréquemment éteintes et allumées. Le système de stockage d'énergie à volant d'inertie présente les avantages d'une grande capacité de stockage, d'une densité de stockage d'énergie élevée, d'une charge rapide, de temps de charge et de décharge illimités, de sorte qu'il a de bonnes perspectives d'application dans le domaine des systèmes d'alimentation sans interruption.
4. Alimentation électrique ininterrompue du système de production d'énergie éolienne
Due to the unstable wind speed, wind power generation brings difficulties to wind power users. The traditional approach is to install a diesel generator, but due to the special requirements of the diesel engine itself, it can only be stopped within 30 minutes after starting. And the wind power is often interrupted for seconds or minutes. Not only does the frequent start of the diesel unit affect the service life; but also after the wind turbine is restarted, the diesel engine will work at the same time, which will cause excess electricity. Considering the large energy of the flywheel energy storage system and the fast charging, many foreign scientific research institutions have introduced energy storage flywheels into wind power generation systems. The United States introduced flywheels into the wind power generation system to achieve full peak regulation. The power generation power of the flywheel unit is 300KW, and the energy storage of the large-capacity energy storage flywheel is 277KW per hour.
5. Alimentation à décharge pulsée haute puissance
Afin d'éviter le gaspillage de lanceurs à usage unique et de réduire la pollution de l'air, les États-Unis étudient un support de moteur linéaire à sustentation magnétique (également appelé ascenseur spatial) pour lancer la navette spatiale. Cela nécessite une alimentation électrique d'une puissance énorme mais d'un temps de décharge très court. Il est donc évidemment déraisonnable de construire un système d'alimentation de grande capacité pour fournir de l'énergie. L'utilisation d'un système de stockage d'énergie à volant d'inertie peut y parvenir.
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