What is flywheel energy storage system ?
2024-11-21
El sistema de almacenamiento de energía de volante de inercia es un dispositivo de almacenamiento de energía para la conversión de energía electromecánica.
El sistema utiliza métodos físicos para almacenar energía y realiza la conversión y el almacenamiento mutuos entre la energía eléctrica y la energía cinética mecánica del volante de alta velocidad a través de un motor bidireccional recíproco eléctrico/generador.
El sistema de almacenamiento de energía por volante de inercia es un sistema de almacenamiento de energía mecánica con amplias posibilidades de aplicación. Tiene las ventajas de una alta densidad de almacenamiento de energía, una gran adaptabilidad, un amplio rango de aplicación, una alta eficiencia, una larga vida útil, no contamina y tiene bajos costos de mantenimiento.
Los sistemas de almacenamiento de energía con volante de inercia se han utilizado en la industria aeroespacial, el suministro de energía mediante UPS, el transporte, la generación de energía eólica, la industria nuclear y otros campos. Con el avance continuo de la tecnología de materiales compuestos, la tecnología de soporte magnético, la tecnología de máquinas integradas con generadores dinámicos y la tecnología de diseño de optimización multidisciplinaria, se ha prestado cada vez más atención a la tecnología de almacenamiento de energía con volante de inercia y han seguido surgiendo nuevas tecnologías relacionadas.
Principio de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia
Al almacenar energía, el convertidor de potencia convierte la energía eléctrica externa para impulsar el motor y hacer que funcione, y el motor impulsa el rotor del volante para acelerar hasta que alcanza una determinada velocidad establecida. Durante el proceso de aceleración del volante, el volante almacena energía en forma de energía cinética, completando el proceso de almacenamiento de energía de conversión de energía eléctrica en energía cinética mecánica, y la energía se almacena en el cuerpo del volante giratorio de alta velocidad. Después de eso, el volante gira a la velocidad establecida hasta que recibe una señal de control para la liberación de energía. Al liberar energía, el motor se utiliza como generador y el volante giratorio de alta velocidad arrastra el motor para generar electricidad. El convertidor de potencia genera corriente y voltaje adecuados para la carga, completando el proceso de liberación de energía de conversión de energía cinética mecánica en energía eléctrica. Durante el proceso de liberación de energía, la velocidad del volante continúa disminuyendo. Todo el sistema de almacenamiento de energía del volante realiza la entrada, el almacenamiento y la salida de energía eléctrica.
Estructura del sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia
Un sistema típico de almacenamiento de energía con volante de inercia consta de cinco componentes principales: cuerpo del volante, cojinete, motor/generador, convertidor de potencia y cámara de vacío.
En la práctica, existen muchas estructuras de sistemas de almacenamiento de energía con volante de inercia. La figura 1 muestra un diagrama esquemático de la estructura de un sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia en el que un volante de inercia y un motor están integrados en uno. El cuerpo del volante de inercia es el componente principal del sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia.
Su función es aumentar la velocidad angular límite del rotor, reducir el peso del rotor y maximizar la capacidad de almacenamiento de energía del sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia. Está hecho principalmente de material de fibra de carbono.
El rendimiento del rodamiento afecta directamente la confiabilidad, la eficiencia y la vida útil del sistema de almacenamiento de energía del volante.
El sistema de almacenamiento de energía del volante utilizado principalmente adopta un sistema de suspensión magnética para reducir la fricción cuando el rotor del motor gira, reducir las pérdidas mecánicas y mejorar la eficiencia del almacenamiento de energía.
La conversión entre energía cinética mecánica y energía eléctrica del sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia se realiza con el motor/generador y su control como núcleo.
El motor/generador integra un componente. Cuando almacena energía, funciona como un motor y el motor es impulsado por energía eléctrica externa para impulsar el rotor del volante de inercia para acelerar hasta una determinada velocidad establecida; cuando libera energía, el motor funciona como un generador y emite energía eléctrica al exterior. En este momento, la velocidad del volante de inercia continúa disminuyendo. Obviamente, los motores/generadores de baja pérdida y alta eficiencia son la clave para una transmisión de energía eficiente.
El convertidor de potencia sirve para mejorar la flexibilidad y capacidad de control del sistema de almacenamiento de energía del volante y convertir la energía eléctrica de salida en energía eléctrica que cumpla con los requisitos de suministro de energía de carga a través de modulación de frecuencia, rectificación o voltaje constante.
La función principal de la cámara de vacío es proporcionar un entorno de vacío y reducir la pérdida de resistencia del viento cuando el motor está funcionando.
Campos de aplicación del sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia
1. Sistema UPS de almacenamiento de energía con volante de inercia de levitación magnética sin batería
(1) Cuando la entrada de la red eléctrica es normal, o cuando la entrada de la red eléctrica es baja o alta (dentro de un rango determinado), el SAI estabiliza y filtra la red eléctrica a través de su filtro dinámico activo interno para garantizar un suministro de energía de alta calidad al equipo de carga y, al mismo tiempo, carga el sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia. El SAI utiliza el dispositivo de almacenamiento de energía del volante de inercia integrado para almacenar energía.
(2) Cuando la calidad de entrada de la red eléctrica no puede satisfacer los requisitos de funcionamiento normales del UPS, o cuando se interrumpe la entrada de la red eléctrica, el UPS convierte la energía mecánica almacenada en el sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia en energía eléctrica y continúa proporcionando un suministro de energía ininterrumpido y de alta calidad al equipo de carga.
(3) Cuando ocurren problemas dentro del UPS que afectan el funcionamiento, el UPS pasa a modo bypass a través de su interruptor estático interno y la red eléctrica proporciona directamente alimentación eléctrica ininterrumpida a los equipos de carga.
(4) Cuando se restablece la entrada de la red eléctrica, o cuando se restablece la calidad de la entrada de la red eléctrica para cumplir con los requisitos de funcionamiento normales del UPS, cambia inmediatamente al modo en el que la red eléctrica se suministra a través del UPS, continúa proporcionando un suministro de energía ininterrumpido y de alta calidad al equipo de carga, y continúa cargando el dispositivo de almacenamiento de energía del volante de inercia.
2. Baterías de vehículos eléctricos
Con la mejora de la conciencia de la protección del medio ambiente y la contradicción entre la oferta y la demanda de energía global, el desarrollo de vehículos ahorradores de energía y respetuosos con el medio ambiente que utilizan energía alternativa para reducir la contaminación ambiental es una tendencia importante en el desarrollo de la industria automotriz mundial. La industria de fabricación de automóviles ha centrado su atención en el desarrollo de vehículos eléctricos. Se puede encontrar si los vehículos eléctricos pueden tener una mayor movilidad y competir con los vehículos de gasolina. El sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia tiene las características de limpieza, alta eficiencia, carga y descarga rápidas y no contamina el medio ambiente, y es ampliamente valorado por la industria automotriz. Se espera que las baterías del volante de inercia sean un foco de investigación en la industria de vehículos eléctricos en el siglo XXI.
3. Sistema de alimentación ininterrumpida
El sistema de alimentación ininterrumpida se utiliza ampliamente en centros de comunicación, centros de mando de defensa nacional, centros de control de producción industrial, etc., ya que puede garantizar el suministro de energía ininterrumpida y la calidad del suministro de energía. El sistema de alimentación ininterrumpida consta de rectificador, inversor, interruptor estático y paquete de baterías.
Sin embargo, las baterías suelen tener requisitos de temperatura de trabajo, humedad de trabajo, voltaje de entrada y profundidad de descarga. Al mismo tiempo, no se permite que las baterías se apaguen y enciendan con frecuencia. El sistema de almacenamiento de energía de volante de inercia tiene las ventajas de una gran capacidad de almacenamiento, alta densidad de almacenamiento de energía, carga rápida, tiempos de carga y descarga ilimitados, por lo que tiene buenas perspectivas de aplicación en el campo del sistema de suministro de energía ininterrumpida.
4. Suministro eléctrico ininterrumpido del sistema de generación de energía eólica
Debido a la velocidad inestable del viento, la generación de energía eólica trae dificultades a los usuarios de energía eólica. El enfoque tradicional es instalar un generador diésel, pero debido a los requisitos especiales del propio motor diésel, solo se puede detener dentro de los 30 minutos posteriores al arranque. Y la energía eólica a menudo se interrumpe durante segundos o minutos. No solo el arranque frecuente de la unidad diésel afecta la vida útil; sino que también después de que se reinicia la turbina eólica, el motor diésel funcionará al mismo tiempo, lo que provocará un exceso de electricidad. Teniendo en cuenta la gran energía del sistema de almacenamiento de energía del volante de inercia y la carga rápida, muchas instituciones de investigación científica extranjeras han introducido volantes de inercia de almacenamiento de energía en los sistemas de generación de energía eólica. Estados Unidos introdujo volantes de inercia en el sistema de generación de energía eólica para lograr una regulación máxima total. La potencia de generación de energía de la unidad de volante de inercia es de 300KW y el almacenamiento de energía del volante de inercia de almacenamiento de energía de gran capacidad es de 277KW por hora.
5. Fuente de alimentación de descarga de pulsos de alta potencia
Para evitar el enorme desperdicio de vehículos de lanzamiento que solo se pueden utilizar una vez y reducir la contaminación del aire, Estados Unidos está estudiando un soporte de motor lineal de levitación magnética (también conocido como ascensor espacial) para lanzar el transbordador espacial. Esto requiere una fuente de alimentación con una gran potencia pero un tiempo de descarga muy corto. Por lo tanto, es obviamente irrazonable construir un sistema de energía de gran capacidad para proporcionar energía. El uso de un sistema de almacenamiento de energía de volante de inercia puede lograrlo.
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