En el sistema de almacenamiento de energía del volante
Se refiere a un método de almacenamiento de energía en el que un motor impulsa un volante para que gire a alta velocidad, convierte la energía eléctrica en energía cinética y la almacena, y luego usa el volante para impulsar un generador para generar electricidad cuando necesario. El sistema de almacenamiento de energía del volante consta principalmente de tres partes: el sistema de rotor, el sistema de rodamientos y el sistema de conversión de energía. También existen sistemas de apoyo como sistemas de vacío, criogénicos, de alojamiento y de control. La estructura básica se muestra en la figura.
El dispositivo de almacenamiento de energía del volante tiene un motor incorporado, que es a la vez motor y generador. Al cargar, actúa como un motor para acelerar el volante; al descargar, actúa como un generador para suministrar energía a los periféricos. En este momento, la velocidad del volante continúa disminuyendo cuando el volante está en ralentí, todo el dispositivo funciona al mínimo; pérdida.
No hay sustancias químicamente activas ni reacciones químicas en el dispositivo de almacenamiento de energía del volante. El volante giratorio es puramente mecánico y la energía cinética del volante es: e = 1/2J ω 2.
Donde: j es el momento de inercia del volante, y ω es la velocidad angular del volante.
En el trabajo real, la velocidad del volante puede alcanzar 40000 ~ 500000 r/min. El volante de metal no puede soportar una velocidad tan alta, por lo que el volante generalmente está hecho de fibra de carbono, que es liviana y. Alta resistencia, reduciendo aún más el costo de todo el sistema. Al mismo tiempo, para reducir la pérdida de energía (principalmente pérdida por fricción) durante la carga y descarga, el motor y el volante están suspendidos mediante cojinetes magnéticos para reducir la fricción mecánica. Al mismo tiempo, coloque el volante y el motor en un recipiente al vacío para reducir la fricción del aire. De esta forma, la eficiencia neta (entrada y salida) de la batería del volante puede alcanzar aproximadamente 95.
2. Estado de la investigación, desarrollo y futuro de los sistemas de almacenamiento de energía de volante en el país y en el extranjero.
La batería Flywheel es un nuevo concepto de batería propuesto en los años 90. Rompe las limitaciones de las baterías químicas y utiliza métodos físicos para almacenar energía sin causar contaminación debido a la conversión mutua de energía eléctrica y energía mecánica. Las baterías de almacenamiento de energía de volante estaban originalmente destinadas a ser utilizadas en vehículos eléctricos, pero debido al nivel técnico en ese momento, no se desarrollaron. No fue hasta la década de 1990 que este nuevo tipo de batería se desarrolló rápidamente debido al desarrollo de la topología de circuitos, el uso generalizado de materiales de fibra de carbono y el énfasis mundial en la contaminación. Con el desarrollo de la tecnología de rodamientos magnéticos, este tipo de batería ha mostrado perspectivas de aplicación más amplias y actualmente está pasando rápidamente del laboratorio a la sociedad.
Observando la situación actual en los países europeos y americanos, en la industria automotriz, American Flywheel Systems (AFS) produjo el automóvil con batería de volante AFS20 basado en los automóviles Chrysler LHS. En términos de trenes, Siemens ha desarrollado una batería de volante de 1,5 m de largo y 0,75 m de ancho, que puede proporcionar 3 MW de potencia y almacenar el 30% de la energía de frenado. En equipamiento militar, Estados Unidos ha comenzado a experimentar con dispositivos de volante, especialmente grandes tractores híbridos. El Departamento de Defensa de Estados Unidos predice que los futuros vehículos de combate necesitarán en gran medida energía eléctrica para comunicaciones, armas y sistemas de protección. Debido a sus ventajas, como carga y descarga rápidas, producción de energía independiente y estable y peso ligero, las baterías de volante pueden hacer que los vehículos funcionen en las mejores condiciones, reducir el ruido del vehículo (lo cual es muy importante en combate), mejorar el rendimiento de aceleración del vehículo y convertirse en el principal almacenamiento de energía del dispositivo militar estadounidense. En el espacio, debido a la alta densidad de almacenamiento de energía de los dispositivos de almacenamiento de energía del volante y con el desarrollo continuo de la ciencia de los materiales y la tecnología de rodamientos magnéticos, los dispositivos de almacenamiento de energía del volante utilizados en los satélites son incluso lo suficientemente pequeños como para instalarse en las paredes del satélite. El dispositivo tiene muy pocas pérdidas durante el funcionamiento y básicamente no requiere mantenimiento. Esto hace que la tecnología de volante se utilice continuamente en dispositivos satelitales y células solares de estaciones espaciales como centros de suministro de energía. Los volantes también se pueden utilizar para el control de actitud de los satélites.
El último informe publicado por la empresa de investigación de mercado Research and Markets muestra que de 2010 a 2014, el mercado mundial de almacenamiento de energía de volante tendrá una tasa de crecimiento anual compuesta de 12. Sin embargo, el mercado nacional de almacenamiento de energía del volante apenas ha comenzado a funcionar hace tres o cuatro años. Países desarrollados como Estados Unidos, Alemania y Japón han desarrollado y aplicado tecnología de almacenamiento de energía en volante. En Europa, el Centro Nacional de Investigación de Francia, el Instituto de Física y Alta Tecnología de Alemania y el SISE de Italia están desarrollando sistemas de almacenamiento de energía en volantes para cojinetes magnéticos superconductores de alta temperatura. La investigación sobre el almacenamiento de energía en el volante se centra principalmente en el desarrollo de tecnología de materiales compuestos y tecnología de levitación magnética superconductora para aumentar la densidad de energía.
La levitación magnética superconductora es el principal método para reducir las pérdidas, mientras que los materiales compuestos pueden aumentar la densidad de almacenamiento de energía y reducir el volumen y el peso del sistema. El 16 de septiembre de 2014, el primer volante magnético industrial de 200 kW de mi país se depuró con éxito y todos los indicadores de prueba experimentales alcanzaron buenos estándares. El volante funciona normalmente y su desempeño es seguro y confiable. Según la evaluación de expertos, esta tecnología y producto de almacenamiento de energía con derechos de propiedad intelectual completos ha llenado los vacíos tecnológicos y de mercado nacionales.
Actualmente, algunas instituciones están desarrollando activamente sistemas de batería de volante para vehículos híbridos. Sus principales funciones son: a) Estabilizar la potencia de salida de la fuente de alimentación principal. Durante el arranque, ascenso y aceleración de vehículos híbridos, la batería del volante puede descargarse rápidamente y con gran energía para proporcionar energía auxiliar a la fuente de energía principal y reducir la pérdida de potencia de salida de la fuente de energía principal. b) Mejorar la eficiencia de la valorización energética. Cuando un vehículo híbrido va cuesta abajo, se desliza o frena, la batería del volante puede almacenar rápidamente una gran cantidad de energía cinética. La velocidad de carga no se ve afectada por la velocidad de reacción química del "material activo" y puede mejorar la eficiencia de recuperación de energía durante. frenado regenerativo. Cuando se utiliza el almacenamiento de energía del volante en vehículos híbridos, el principal problema es cómo reducir el efecto giroscópico del volante tanto como sea posible y mejorar la eficiencia de trabajo del volante. Para automóviles de la misma clase, después de instalar un sistema de almacenamiento de energía en el volante, se puede usar un motor relativamente más pequeño para proporcionar energía para lograr la conservación de energía y la reducción de emisiones. Recientemente, cuando el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió las "Normas administrativas para el acceso de fabricantes y productos de vehículos de nueva energía", incluyó específicamente dispositivos de almacenamiento de energía de alta eficiencia como una de las formas de resolver los nuevos problemas energéticos. Como representante de los dispositivos de almacenamiento de energía de alta eficiencia, el almacenamiento de energía del volante tiene un gran potencial para su aplicación en automóviles. ¿Se dice que la energía específica de la batería del volante puede alcanzar los 150 W? H/kg, potencia específica 5000-10000W/kg, vida útil de hasta 25 años y los vehículos eléctricos pueden recorrer 5 millones de kilómetros.
La tecnología de almacenamiento de energía del volante puede parecer misteriosa, pero en realidad está estrechamente relacionada con la vida de las personas. Por ejemplo, la conversión de energía de los trenes subterráneos al entrar y salir de la estación. el tren se detiene. Se necesita energía para acelerar el tren cuando sale de la estación. El volante Energía de salida. Este sistema puede ahorrar alrededor del 20% del consumo de energía del metro. La tecnología del volante de inercia todavía se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo en China, mientras que los países desarrollados la han estado desarrollando durante décadas y tienen aplicaciones en muchos campos, como la recuperación de energía en las carreras de F1, la recuperación de energía de tracción en pista, la regulación de voltaje de microred y la conexión a la red, ultra- recuperación y utilización del calor residual a baja temperatura, fuente de alimentación UPS de emergencia, ventilador centrífugo de alta velocidad, etc.
3. Ventajas del sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia
La tecnología de almacenamiento de energía con volante de inercia es una de las tecnologías de almacenamiento de energía más prometedoras en la actualidad. En comparación con las baterías de litio y las baterías de plomo-ácido, el almacenamiento de energía del volante tiene muchas ventajas:
1. La densidad de almacenamiento de energía puede alcanzar 100 ~ 200 Wh/kg, y la densidad de potencia puede alcanzar 5000 ~ 10000 W/kg.
2. Alta eficiencia. La eficiencia del trabajo es tan alta como 95
3. Bajo costo de mantenimiento. La pérdida durante la operación es muy pequeña y básicamente no requiere mantenimiento.
4. Larga vida. No se ve afectado por descargas profundas repetidas y tiene una vida útil de más de 20 años. La pérdida mecánica causada por el rodamiento magnético y el entorno de vacío es insignificante y el ciclo de mantenimiento del sistema es largo.
5. Sin ruido.
6. La contaminación ambiental es pequeña y casi no tiene impacto en el medio ambiente circundante.
No está restringido por el entorno geográfico y es una de las tecnologías de almacenamiento de energía más prometedoras en la actualidad.
4. Desventajas del sistema de almacenamiento de energía del volante
La densidad de energía no es lo suficientemente alta y la liberación de energía solo puede durar un corto tiempo, generalmente solo decenas de segundos. Alta tasa de autodescarga. Si deja de cargar, la energía se agotará en unas pocas o decenas de horas. El sistema de almacenamiento de energía del volante de Active Power Company tiene una potencia de módulo unitario de 250 kW y una pérdida en espera de 2,5 kW, por lo que algunos datos afirman que su eficiencia es 99. Pero hay condiciones. Sólo cuando se usa rápidamente puede ser tan eficiente. Si se autodescarga, la eficiencia disminuirá. Por ejemplo, un sistema de volante de alta velocidad con decenas de miles de unidades consume alrededor de 100 vatios, y un sistema de 1 kilovatio-hora sólo puede mantener la autodescarga durante 10 horas. Por lo tanto, el almacenamiento de energía del volante es más adecuado para alta potencia, descargas a corto plazo o cargas y descargas frecuentes.
Campos de aplicación actuales de los sistemas de almacenamiento de energía de volante verbal (abreviatura de verbo)
Debido a las limitaciones en los precios del proceso y de los materiales, el precio de las baterías de volante es relativamente alto y sus ventajas no pueden verse reflejado en pequeñas ocasiones.
Sin embargo, en las siguientes situaciones en las que se requieren dispositivos de almacenamiento de energía a gran escala, las baterías químicas también son muy caras y gradualmente se han utilizado baterías de volante.
1. El espacio incluye satélites, naves espaciales y estaciones espaciales. La batería del volante puede proporcionar el doble de potencia que una batería química del mismo peso con una sola carga, y el tiempo de uso de la misma carga es de 3 a 10 veces mayor que el de una batería química. Al mismo tiempo, como su velocidad de rotación se puede medir y controlar, la cantidad de energía eléctrica se puede comprobar en cualquier momento. La NASA ha instalado 48 baterías de volante en la estación espacial, que en conjunto pueden proporcionar más de 150 kilovatios de energía. Se estima que ahorrará aproximadamente 2 millones de dólares en comparación con las baterías químicas.
2. El transporte incluye trenes y coches. Este tipo de vehículo es propulsado por un motor de combustión interna y un motor eléctrico. La batería del volante se carga rápidamente y se descarga por completo, lo que lo hace muy adecuado para vehículos híbridos de energía. Cuando el vehículo está funcionando y frenando normalmente, la batería del volante se carga. Cuando el vehículo acelera o sube una colina, la batería del volante proporciona energía al vehículo para garantizar que funcione a una velocidad estable y óptima, lo que puede reducir el consumo de combustible. , contaminación del aire y ruido, y mantenimiento del motor y prolongar la vida útil del motor. La Universidad de Texas en Estados Unidos ha desarrollado una batería de volante para un vehículo, que puede proporcionar 150 KW de energía cuando el vehículo la necesita y puede acelerar un vehículo completamente cargado a 100 km/h/h.
En la última ronda de la Serie Le Mans de Estados Unidos de 2010, el Porsche 911GT3 híbrido utilizó oficialmente esta tecnología por primera vez (el coche se ubicó en la mitad de la carrera). El 911 GT3 es el primer coche de carreras híbrido de Porsche y el predecesor del coche híbrido 918 Spyder. La tecnología Flywheel hace que los automóviles sean más eficientes sin sacrificar la velocidad o la agilidad, un avance emocionante: el Porsche 918 Spyder Hybrid, con tracción total de 500 caballos de fuerza, puede salir a la carretera en sólo 3,2 segundos. Porsche dijo que 900 compradores potenciales se han inscrito para comprar el automóvil.
3. La batería del volante del sistema de alimentación ininterrumpida puede proporcionar una fuente de alimentación altamente confiable y estable, que puede proporcionar energía desde unos pocos segundos hasta unos minutos, con tiempo suficiente para garantizar el cambio de energía en la fábrica. La empresa alemana GmbH ha fabricado un SAI utilizando baterías de volante que pueden proporcionar o absorber 5 MW de electricidad en 5 segundos. Datos extranjeros muestran que el almacenamiento de energía en el volante está reemplazando gradualmente a las baterías de plomo-ácido y convirtiéndose en la tecnología principal en las aplicaciones de UPS.
4. Vehículos militares de combate
Como nuevo método de almacenamiento de energía, las ventajas de las baterías de volante sobre las baterías químicas tradicionales han sido ampliamente reconocidas y son muy consistentes con el desarrollo del futuro almacenamiento de energía. tecnología. Además de los campos de aplicación mencionados anteriormente, las baterías de volante también se están desarrollando hacia la miniaturización y el bajo costo. El problema más probable es la batería del móvil. Es previsible que con el avance de la tecnología y la ciencia de los materiales, las baterías de volante desempeñen un papel importante en diversas industrias en el futuro.
Acerca de Microcontrol New Energy
Shenzhen Microcontrol New Energy Technology Co., Ltd. (conocida como Microcontrol o Microcontrol New Energy) es un líder mundial en tecnología de almacenamiento de energía física. La empresa tiene su sede en Shenzhen y cubre América del Norte, Europa, Asia, América Latina y otras regiones. Con la tecnología de energía de levitación magnética líder en el mundo que es "segura, confiable y eficiente", muchas empresas de Fortune 500, como Huawei, GE, ABB, Siemens y Emerson, confían ampliamente en sus productos y servicios.
Frente a las tres principales tendencias de la energía del futuro: "más limpia, de alta densidad y digital", la compañía continúa brindando soluciones sistemáticas para el transporte, almacenamiento, reciclaje y gestión de datos de energía para industrias estratégicas emergentes.