Introducción al almacenamiento de energía HTS Flywheel
1. Introducción a los métodos de almacenamiento de energía
¿Cuáles son los tipos de tecnologías de almacenamiento de energía y cuáles son sus características?
2. Introducción al almacenamiento de energía del volante
2.1 Cojinete de almacenamiento de energía del volante
Como se puede ver en la figura, un sistema de almacenamiento de energía del volante se divide aproximadamente en la siguiente Sección:
Carcasa de vacío
La carcasa de vacío es un sistema auxiliar en el dispositivo de almacenamiento de energía del volante. El objetivo principal de colocar el rotor del volante giratorio de alta velocidad en un estado de vacío es reducir la pérdida por viento del sistema del rotor del volante. Los resultados de la investigación de Acamley et al. muestran que un vacío demasiado alto reducirá la capacidad de disipación de calor dentro del sistema de almacenamiento de energía, lo que provocará que aumente la temperatura del rotor del volante. En comparación con un estado de alto vacío, un entorno de helio es más propicio para reducir la pérdida de viento.
Rotor de volante
Los primeros rotores de volante utilizaban principalmente materiales de acero o aleación de aluminio. Este tipo de rotor tiene desventajas como peso pesado, velocidad de rotación lenta y baja densidad de almacenamiento de energía. Para mejorar su rendimiento, actualmente se utilizan fibras continuas de alto rendimiento como refuerzos, materiales de resina como matriz y se utiliza un proceso que combina tecnología de bobinado pretensado y ajuste de interferencia de anillos múltiples para crear volantes compuestos con peso ligero y alto. densidad de almacenamiento de energía. Los sistemas de almacenamiento de energía producidos por la empresa francesa Socomec y la empresa estadounidense Beacon Power utilizan rotores de volante compuestos.
Sistema de soporte
Los métodos de soporte de rodamientos del sistema de almacenamiento de energía de la rueda incluyen principalmente: rodamientos mecánicos, rodamientos magnéticos pasivos y rodamientos magnéticos activos. Cuando el rotor del volante gira a alta velocidad, los rodamientos mecánicos tradicionales consumirán más energía. Sin embargo, para mejorar la eficiencia de todo el sistema de almacenamiento de energía, los rodamientos magnéticos se utilizan a menudo como método de soporte de baja energía. falla de los cojinetes magnéticos, lo que causará daños al sistema del rotor. Para evitar daños, actualmente se utiliza la solución de soporte de cojinetes auxiliares mecánicos y cojinetes magnéticos.
Motor/motor integrado
El motor/motor integrado es la fuente de energía central de todo el sistema de almacenamiento de energía del volante. La conversión entre energía mecánica y energía eléctrica se logra mediante la conversión mutua de la máquina integrada de potencia/generador. El uso de un motor/máquina de motor integrado puede mejorar en gran medida la utilización del espacio de todo el sistema y reducir el peso total del sistema de almacenamiento de energía.
Convertidor de potencia
El convertidor de potencia es un componente clave para el control de la conversión de energía en el sistema de volante de almacenamiento de energía. Tiene funciones como modulación de frecuencia, voltaje constante y rectificación. La aplicación de convertidores de potencia mejora la flexibilidad y controlabilidad de los sistemas de volante. Durante el proceso de carga, el convertidor de potencia utiliza dos métodos de control de conversión de frecuencia: control de par constante y control de potencia constante para convertir la corriente alterna en corriente continua y accionar el motor para acelerar la rotación del volante. Cuando el volante alcanza su velocidad máxima, el dispositivo de conversión de potencia proporciona bajo voltaje para mantener la velocidad del volante y reducir la pérdida de energía del sistema del rotor.
2.2 Rodamientos superconductores de alta temperatura
Ya en 1945, alguien propuso la idea de utilizar superconductores para realizar rodamientos de suspensión magnética, pero no fue hasta 1987 que se descubrió El hecho de que pudiera funcionar en el rango de temperatura del nitrógeno líquido (77 K) del material superconductor de alta temperatura YBCO hizo que esta idea se hiciera realidad. Las propiedades únicas de fijación del flujo magnético de los materiales superconductores de alta temperatura permiten a las PYMES lograr una levitación estable sin ningún control externo, lo que demuestra un gran atractivo para los investigadores.
Basado en las propiedades de fijación del flujo magnético de los materiales superconductores de alta temperatura, SMB presenta muchas ventajas:
Suspensión pasiva y estable sin enlaces de control adicionales.
La velocidad es alta y se ha conseguido la velocidad experimental de 520.000 r/min.
La pérdida es pequeña y el coeficiente de fricción es solo 10^-7, que es varios órdenes de magnitud menor que el coeficiente de fricción de los rodamientos mecánicos (10^?3) y los magnéticos de conducción normal (electromagnéticos). cojinetes de suspensión (10^?4). En comparación con los rodamientos mecánicos y los rodamientos magnéticos activos existentes, las ventajas del SMB se reflejan principalmente en los tres puntos anteriores.
Los rodamientos de almacenamiento de energía del volante se dividen principalmente en tres categorías: rodamientos mecánicos, rodamientos magnéticos activos AMB y rodamientos magnéticos superconductores SMB.
Su comparación es la siguiente:
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Tabla 1: Comparación de rendimiento de rodamientos mecánicos, rodamientos magnéticos activos y SMB
Rodamientos magnéticos superconductores rodamientos magnéticos activos Rodamientos mecánicos
Coeficiente de fricción 1e-71e-41e-3
Sin desgaste
Sin sistema de control
Baja temperatura de piezas auxiliares Sensor del dispositivo Ninguno
Límite de velocidad Ninguno Ninguno
Capacidad de carga baja, alta, alta
Rigidez, baja, alta
Entonces, ¿cuál es el orden de magnitud aquí? ¿Cuál es el concepto?
2.3 Volante de inercia de fibra de carbono
Volante de inercia de fibra de carbono
Comparación del rendimiento del material del rotor del volante
Nombre del material Resistencia del material GPa Densidad del material kg/m3 Almacenamiento de energía Densidad Wh/kg
Aleación de aluminio 0.6280036.1
Acero de alta resistencia 2.7800056.8
E fibra de vidrio 3.52540231.9
S Fibra de vidrio 4.82520320.6
Fibra de Kevlar 3.81450441.1
Fibra de espectro 3.0970520.6
Fibra de carbono T7007.01780662.0
Fibra de carbono T100010. 01780945.7
[1] China continúa "repollo" de fibra de carbono de grado T700 a 200 yuanes por kilogramo
En ese momento, las empresas nacionales de fibra de carbono más grandes incluían: Shanghai División de acrílico de la empresa petroquímica, Zhongfu Shenying Carbon Fiber Co., Ltd., Zhejiang Juxin Carbon Fiber Co., Ltd., Xi'an Kangben Materials Co., Ltd., Shenyang Zhongheng New Materials Co., Ltd., Jilin Carbon Fiber High -Base de industrialización tecnológica, Harbin Tianshun Chemical Technology Development Co., Ltd., Kingfa Technology Carbon Fiber, China National Petroleum Corporation, etc.
2.4 Parte de la electrónica de potencia
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2.5 Diseño modular y de cluster
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Cálculo de costos
Tesla Powerwall
10 kWh US$13.000
10 Los kilovatios hora de electricidad cuestan 3.500 dólares.
En comparación, el precio de la batería de flujo de 250 kW producida por Primus Power es de 500 dólares/kWh, y el precio de la batería de nanoiones de Aquion es aproximadamente el mismo. El informe de Moody's de enero de 2015 estimó que "los costos de inversión actuales en baterías se acercan a los 500-600 dólares/kWh".
Hay dos tipos principales de almacenamiento de energía: el tipo de energía y el tipo de potencia. La capacidad de almacenamiento de energía de tipo energía es grande, la velocidad de reacción es lenta y el número de cargas y descargas es limitado. El tipo de potencia tiene una velocidad de respuesta rápida y una capacidad pequeña.
Ya sea que se trate de un almacenamiento de energía magnética superconductora o de un almacenamiento de energía de volante superconductor de alta temperatura, la principal ventaja radica en la gran potencia de descarga. La ventaja de la tasa de autodescarga no es obvia en comparación con el almacenamiento de energía química, pero se puede lograr de manera similar. Las bobinas superconductoras, los cojinetes superconductores de alta temperatura y la tecnología de refrigeración GM también son relativamente maduros. Las tiras están ambas en producción.
El principal problema es el precio. El Powerwall de Tesla puede fabricar una batería de 10 kWh por 3.500 dólares, mientras que las baterías químicas generales cuestan 500 dólares/kWh. El prototipo nacional de PYME puede alcanzar 1 MJ, el estadounidense 100 MJ y el japonés 2,4 GJ. Tenga en cuenta que 1kWh=3,6MJ, y el prototipo de 1MJ es superior al Powerwall en términos de volumen, peso y precio. Sus ventajas sólo residen en el número de ciclos, la profundidad de descarga y la potencia de descarga.
Lo mismo ocurre con el almacenamiento de energía del volante superconductor de alta temperatura. Su energía por unidad de masa/volumen es incluso inferior a la del SMES, pero su parte de electrónica de potencia es más simple. Después de todo, los motores del volante no necesitan estar protegidos contra un magnetismo fuerte. El prototipo nacional del HTS-FESS es de 1MJ y el Boeing estadounidense de 10kWh.
Para calcular el brazalete para todos, 2GJ = 555 kilovatios-hora de electricidad, que cuesta 50 centavos por kilovatio-hora. El modelo de potencia máxima solo puede almacenar 280 yuanes de electricidad, pero el costo es al menos. varios millones de RMB. Por lo tanto, el coste del almacenamiento de energía eléctrica a gran escala sigue siendo demasiado alto. (De lo contrario, se llamaría tipo de energía)
Por lo tanto, algunas aplicaciones actuales se encuentran en el campo militar y en proyectos de demostración. El costo de la aplicación a gran escala es un poco alto. La solución actual radica en el almacenamiento de energía compuesto múltiple, que no coincide con el almacenamiento de energía del tipo de energía y del tipo de potencia para lograr un equilibrio entre la gestión de la energía y el ajuste dinámico.
Releí la pregunta y me asusté mucho. Todo el artículo se salió del tema, así que volví a responder lo siguiente:
No creo que haya ningún problema técnico. Después de todo, Estados Unidos, Japón y Alemania gastaron dinero para construir una carretera.
Acerca de Microcontrol New Energy
Shenzhen Microcontrol New Energy Technology Co., Ltd. (conocida como Microcontrol o Microcontrol New Energy) es el líder mundial en tecnología de almacenamiento de energía física. La sede mundial de la compañía está ubicada en Shenzhen y su negocio cubre América del Norte, Europa, Asia, América Latina y otras regiones. Con su tecnología de energía de levitación magnética líder en el mundo "segura, confiable y eficiente", sus productos y servicios se utilizan ampliamente. por Huawei, GE, ABB, Siemens, Emerson. Con la confianza de muchas empresas Fortune 500.
Frente a las tres principales tendencias de una energía futura "más limpia, de alta densidad y digital", la empresa continúa comprometida con proporcionar soluciones de sistemas para el transporte, almacenamiento, reciclaje y gestión de datos de energía para empresas emergentes estratégicas. industrias.