Wat is een vliegwiel energieopslagsysteem?
2024-11-21
Het vliegwiel-energieopslagsysteem is een energieopslagapparaat voor elektromechanische energieomzetting.
Het systeem gebruikt fysieke methoden om energie op te slaan en realiseert de wederzijdse omzetting en opslag tussen elektrische energie en de mechanische kinetische energie van het hogesnelheidsvliegwiel via een elektrische/genererende reciproque bidirectionele motor.
Het vliegwiel-energieopslagsysteem is een mechanisch energieopslagsysteem met brede toepassingsmogelijkheden. Het heeft de voordelen van een hoge energieopslagdichtheid, sterke aanpasbaarheid, breed toepassingsbereik, hoge efficiëntie, lange levensduur, geen vervuiling en lage onderhoudskosten.
Vliegwielenergieopslagsystemen worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, UPS-stroomvoorziening, transport, windenergieopwekking, nucleaire industrie en andere gebieden. Met de voortdurende vooruitgang van composietmateriaaltechnologie, magnetische ondersteuningstechnologie, dynamische-generator geïntegreerde machinetechnologie en multidisciplinaire optimalisatieontwerptechnologie, wordt er steeds meer aandacht besteed aan vliegwielenergieopslagtechnologie en zijn er steeds nieuwe technologieën ontstaan.
Working principle of flywheel energy storage system
Bij het opslaan van energie wordt externe elektrische energie door de vermogensomvormer omgezet om de motor te laten draaien, en de motor drijft de vliegwielrotor aan om te versnellen totdat deze een bepaalde ingestelde snelheid bereikt. Tijdens het proces van het versnellen van het vliegwiel slaat het vliegwiel energie op in de vorm van kinetische energie, waarmee het energieopslagproces van het omzetten van elektrische energie in mechanische kinetische energie wordt voltooid, en de energie wordt opgeslagen in het snel roterende vliegwiellichaam. Daarna draait het vliegwiel met de ingestelde snelheid totdat het een besturingssignaal ontvangt voor energievrijgave. Bij het vrijgeven van energie wordt de motor gebruikt als een generator, en het snel roterende vliegwiel sleept de motor om elektriciteit op te wekken. De vermogensomvormer geeft stroom en spanning af die geschikt zijn voor de belasting, waarmee het energievrijgaveproces van het omzetten van mechanische kinetische energie in elektrische energie wordt voltooid. Tijdens het energievrijgaveproces blijft de snelheid van het vliegwiel afnemen. Het gehele vliegwiel-energieopslagsysteem realiseert de invoer, opslag en uitvoer van elektrische energie.
Structuur van het vliegwiel-energieopslagsysteem
Een typisch vliegwiel-energieopslagsysteem bestaat uit vijf hoofdcomponenten: vliegwiellichaam, lager, motor/generator, vermogensomvormer en vacuümkamer.
In praktische toepassingen zijn er veel structuren van vliegwiel-energieopslagsystemen. Afbeelding 1 toont een schematisch diagram van de structuur van een vliegwiel-energieopslagsysteem waarin een vliegwiel en een motor in één zijn geïntegreerd. Het vliegwiellichaam is het kerncomponent van het vliegwiel-energieopslagsysteem.
De functie ervan is om de maximale hoeksnelheid van de rotor te verhogen, het gewicht van de rotor te verminderen en de energieopslagcapaciteit van het vliegwiel-energieopslagsysteem te maximaliseren. Het is grotendeels gemaakt van koolstofvezelmateriaal.
De prestaties van het lager hebben rechtstreeks invloed op de betrouwbaarheid, efficiëntie en levensduur van het vliegwiel-energieopslagsysteem.
Het vliegwiel-energieopslagsysteem dat meestal wordt gebruikt, maakt gebruik van een magnetisch ophangingssysteem om de wrijving te verminderen wanneer de motorrotor draait, mechanische verliezen te verminderen en de energieopslagefficiëntie te verbeteren.
De omzetting tussen mechanische kinetische energie en elektrische energie van het vliegwiel-energieopslagsysteem wordt gerealiseerd met de motor/generator en de besturing ervan als kern.
De motor/generator integreert een component. Bij het opslaan van energie werkt het als een motor en de motor wordt aangestuurd door externe elektrische energie om de vliegwielrotor te laten versnellen tot een bepaalde ingestelde snelheid; bij het vrijgeven van energie werkt de motor als een generator en geeft elektrische energie af aan de buitenkant. Op dit moment blijft de vliegwielsnelheid afnemen. Het is duidelijk dat motoren/generatoren met een laag verlies en een hoog rendement de sleutel zijn tot efficiënte energieoverdracht.
De vermogensomvormer moet de flexibiliteit en controleerbaarheid van het vliegwielenergieopslagsysteem verbeteren en de afgegeven elektrische energie omzetten in elektrische energie die voldoet aan de eisen van de belastingvoeding door middel van frequentiemodulatie, gelijkrichting of constante spanning.
De belangrijkste functie van de vacuümkamer is om een vacuümomgeving te bieden en het verlies van windweerstand te verminderen wanneer de motor draait.
Toepassingsgebieden van vliegwielenergieopslagsysteem
1. Batterijloze magnetische levitatievliegwielenergieopslag UPS
(1) Wanneer de netspanning normaal is, of wanneer de netspanning laag of hoog is (binnen een bepaald bereik), stabiliseert en filtert de UPS het net via zijn interne actieve dynamische filter om een hoogwaardige stroomvoorziening naar de belastingsapparatuur te garanderen, en laadt tegelijkertijd het vliegwielenergieopslagsysteem op. De UPS gebruikt het ingebouwde vliegwielenergieopslagapparaat om energie op te slaan.
(2) Wanneer de netvoedingskwaliteit niet voldoet aan de normale bedrijfsvereisten van de UPS, of wanneer de netvoeding wordt onderbroken, zet de UPS de mechanische energie die is opgeslagen in het vliegwielenergieopslagsysteem om in elektrische energie en blijft deze hoogwaardige en ononderbroken stroomvoorziening leveren aan de belastingsapparatuur.
(3) Wanneer er problemen optreden in de UPS die de werking beïnvloeden, schakelt de UPS over naar de bypass-modus via zijn interne statische schakelaar en levert de netvoeding rechtstreeks ononderbroken stroomvoorziening aan de belastingsapparatuur.
(4) Wanneer de netvoeding wordt hersteld, of wanneer de netvoedingskwaliteit wordt hersteld om te voldoen aan de normale bedrijfsvereisten van de UPS, schakelt deze onmiddellijk over naar de modus waarin de netvoeding wordt geleverd via de UPS, blijft deze hoogwaardige en ononderbroken stroomvoorziening leveren aan de belastingsapparatuur en blijft het vliegwielenergieopslagapparaat opladen.
2. Elektrische voertuigaccu's
Met de verbetering van het bewustzijn van milieubescherming en de tegenstelling tussen wereldwijde vraag en aanbod van energie, is de ontwikkeling van energiebesparende en milieuvriendelijke voertuigen die alternatieve energie gebruiken om milieuvervuiling te verminderen een belangrijke trend in de ontwikkeling van de wereldwijde auto-industrie. De automobielindustrie heeft haar aandacht gericht op de ontwikkeling van elektrische voertuigen. Of elektrische voertuigen een grotere mobiliteit kunnen hebben en kunnen concurreren met benzinevoertuigen, kan worden achterhaald. Het vliegwiel-energieopslagsysteem heeft de kenmerken van reinheid, hoge efficiëntie, snel opladen en ontladen en geen vervuiling van het milieu, en wordt breed gewaardeerd door de auto-industrie. Verwacht wordt dat vliegwielbatterijen in de 21e eeuw een onderzoeks-hotspot zullen zijn in de elektrische voertuigindustrie.
3. Ononderbroken stroomvoorziening
Ononderbroken stroomvoorziening wordt veel gebruikt in communicatiehubs, nationale defensiecommandocentra, industriële productiecontrolecentra, enz. omdat het een ononderbroken stroomvoorziening kan garanderen en de kwaliteit van de stroomvoorziening kan garanderen. Ononderbroken stroomvoorziening bestaat uit gelijkrichter, omvormer, statische schakelaar en batterijpakket.
Batterijen hebben echter meestal vereisten voor werktemperatuur, werkvochtigheid, ingangsspanning en ontladingsdiepte. Tegelijkertijd mogen batterijen niet vaak worden in- en uitgeschakeld. Het vliegwiel-energieopslagsysteem heeft de voordelen van een grote opslagcapaciteit, hoge energieopslagdichtheid, snel opladen, onbeperkte laad- en ontlaadtijden, dus het heeft goede toepassingsvooruitzichten op het gebied van ononderbroken stroomvoorzieningssystemen.
4. Ononderbroken stroomvoorziening van windenergiesysteem
Vanwege de onstabiele windsnelheid brengt windenergieopwekking problemen met zich mee voor windenergiegebruikers. De traditionele aanpak is om een dieselgenerator te installeren, maar vanwege de speciale vereisten van de dieselmotor zelf, kan deze pas binnen 30 minuten na het starten worden gestopt. En de windenergie wordt vaak seconden of minuten onderbroken. Niet alleen heeft het frequente starten van de dieselunit invloed op de levensduur; maar ook nadat de windturbine opnieuw is gestart, zal de dieselmotor tegelijkertijd werken, wat overtollige elektriciteit zal veroorzaken. Gezien de grote energie van het vliegwielenergieopslagsysteem en het snelladen, hebben veel buitenlandse wetenschappelijke onderzoeksinstellingen energieopslagvliegwielen geïntroduceerd in windenergieopwekkingssystemen. De Verenigde Staten introduceerden vliegwielen in het windenergieopwekkingssysteem om volledige piekregeling te bereiken. Het opwekkingsvermogen van de vliegwieleenheid is 300 kW en de energieopslag van het energieopslagvliegwiel met grote capaciteit is 277 kW per uur.
5. Hoogvermogen pulsontladingsvoeding
Om de enorme verspilling van lanceervoertuigen die slechts één keer gebruikt kunnen worden te voorkomen en de luchtvervuiling te verminderen, bestuderen de Verenigde Staten een magnetische levitatie lineaire motorbeugel (ook bekend als een ruimtelift) om de spaceshuttle te lanceren. Hiervoor is een voeding met enorm vermogen maar een zeer korte ontladingstijd nodig. Daarom is het duidelijk onverstandig om een energiesysteem met een grote capaciteit te bouwen om energie te leveren. Het gebruik van een vliegwiel-energieopslagsysteem kan dit bereiken.
Thermisch energieopslagsysteem: een nieuwe richting voor toekomstig energiegebruik
Kan ik een batterijback-up toevoegen aan mijn bestaande zonnesysteem?
Gerelateerd artikel
