16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/90/6539.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 14 (90) ноябрь 2007 года

Высокоскоростной накопитель электроэнергии на маховом колесе

Энергетика Татьяна СУЧКОВА

Маховое колесо – это, по существу, динамический аккумулятор, накапливающий энергию механически в виде кинетической энергии вращения массы вокруг оси. Входной электрический ток вращает ротор маховика и поддерживает его вращение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, пока накопленная энергия не освобождается через генератор, такой, как реактивный синхронный электродвигатель. Доступное количество электроэнергии и продолжительность определяются массой маховика и его скоростью.

До недавнего времени серийно выпускаемые маховики использовали массу в качестве источника энергии: удвоение массы удваивает энергию. Однако применение большой массы ограничивает максимальное число оборотов в минуту. Это ограничение препятствует получению высокой плотности энергии.

Французская компания SOCOMEC UPS выпустила на рынок маховик VSS + Flywheel. Он был разработан в сотрудничестве с Pentadyne Power Corporation – компанией, базирующейся в Лос-Анджелесе, которая пару лет назад сломала сложившиеся традиции, создав высокоскоростной маховик. Вместо использования массы в качестве первичного источника энергии, он извлекает выгоду из высокой скорости вращения. Чем выше скорость, тем меньше масса, требуемая для получения данной энергии на выходе. В то время как удвоение массы ведет к удвоению накопленной энергии, удвоение скорости увеличивает накопленную энергию в четыре раза.



Качество электропитания против надежности?

Низкое качество питающей сети – хорошо известная проблема. Однако ключевой задачей представляется обеспечение надежности электропитания – способности поддерживать синусоидальную волну при появлении аномалий или возмущений во входной сети. Обычные, основанные на аккумуляторах, источники бесперебойного питания (системы ИБП), привязанные к шине постоянного тока, обеспечивают плавное непрерывное электропитание до тех пор, пока питающая сеть не восстановится либо резервный двигатель через несколько секунд не берет на себя нагрузку. В типичных ИБП с двойным преобразованием применяется цепочка аккумуляторных батарей, подключенная к шине постоянного тока между выпрямителем и инвертором. В большинстве случаев требуется менее 10 секунд, чтобы заполнить паузу между исчезновением электропитания от сети (провал напряжения в шине переменного тока) и запуском генераторной установки. Основным препятствием является то, что аккумуляторы могут повести себя непредсказуемо. Одна неисправная ячейка в аккумуляторной цепочке может сделать неэффективной работу всех аккумуляторов.

Производители аккумуляторов заявляют, что указанный срок их службы – не менее четырех лет – реализуется в том и только в том случае, когда они содержатся при постоянной температуре 25° C (что требует кондиционирования воздуха) и не подвергаются избыточному циклированию, т. е. когда они не используются.

Главные причины выхода аккумуляторов из строя относятся к следующим факторам, на которые ссылаются производители: перегрев или переохлаждение, плохое обслуживание, коррозия, слабо затянутые соединители и пульсации тока. Но первоисточником неисправностей аккумуляторов является просто их эксплуатация. Каждый раз, когда аккумуляторная батарея работает в режиме короткого разряда или «циклирования», она испытывает «встряску» или «эффект кнута», снижая способность ее нормальной работы именно там, где это более всего требуется. Интересно, что в действительности любой из перечисленных выше факторов может быть отнесен – включая последний – к эксплуатации. Установка маховика в параллель с аккумуляторами позволит значительно уменьшить их «циклирование» и при правильном применении может фактически исключить «эффект кнута».



Маховик как альтернатива

98 процентов всех аномалий или помех в питающей электросети продолжаются менее 10 секунд; примерно 80 процентов – менее 2 секунд. Учитывая этот факт, маховое колесо с его исключительной надежностью – отличная замена аккумуляторам для применения в промышленности без резервного двигателя-генератора в случаях, когда допускаются длительные перерывы в электропитании. Для приложений, которые требуют качественного электропитания и для которых важно непрерывное электропитание, идеальным решением будет установка маховика совместно с ИБП и генератором.

В качестве альтернативы маховик может работать в параллель с аккумуляторами для их «усиления» или для увеличения их долговечности. В такой конфигурации маховое колесо поглощает все короткодействующие аномалии и помехи в питающей сети до того, как они повлияют на аккумуляторы. Это может быть легко обеспечено заданием регулируемого значения напряжения шины постоянного тока маховика выше напряжения разряда аккумуляторных батарей.

Объединение ИБП с двойным преобразованием SOCOMEC UPS с маховиком VSS+dc легко осуществляется путем подключения к шине постоянного тока ИБП между выпрямителем и инвертором. Почти все системы ИБП имеют аккумуляторные батареи, подключенные к их шине постоянного тока. Аккумуляторы обычно поддерживаются в режиме плавающего подзаряда или в заряженном состоянии. Аномалия или возмущение питающей электросети переменного тока влияет на шину постоянного тока, вызывая падение в ней напряжения. Когда напряжение в шине падает ниже напряжения разряда аккумуляторов, последние разряжаются на шину постоянного тока, питая инвертор ИБП, вырабатывающий переменный ток для питания нагрузки. Это изменение происходит мгновенно и незаметно для нагрузки. Однако воздействие на аккумуляторы отнюдь не является для них незаметным. Каждый раз, когда они отдают энергию, их функциональность, надежность и долговечность подвергаются риску.

К счастью, накопитель электроэнергии, построенный на основе маховикa, может смягчить это влияние, значительно увеличив срок службы и надежность набора аккумуляторов и резко сократив стоимость их эксплуатации и техобслуживания.



Конструктивные особенности

Маховик имеет относительно небольшие размеры, расположен внутри контейнера примерно 60 сантиметров в высоту и 46 сантиметров в диаметре. Магнитно-левитируемый маховик вращается в вакууме со скоростью 54000 оборотов в минуту. Маховик не испытывает практически никакого аэродинамического сопротивления внутри герметично запаянного первичного контейнера. При запуске вал 52-фунтового маховика/ротора немедленно начинает левитировать в поле расположенных сверху электромагнитов. Четыре других электромагнита (два сверху и два снизу) поддерживают точное центрирование вала и его перпендикулярность.

Электричество генерируется синхронным реактивным 4-полюсным двигателем-генератором.

В резервном режиме работы система потребляет только 300 ватт, что примерно в 10 раз меньше потребляемой мощности медленных, тяжелых маховиков, представленных на рынке.



Маховик против аккумуляторов

Заставить потребителей отказаться от использования привычных аккумуляторов – непростая задача. Аккумулятор – это хорошо известный продукт, широко используемый на протяжении многих лет, и опытные пользователи обычно хорошо осведомлены об их слабых сторонах. Пока еще некоторые из них не готовы перейти к более надежному решению просто потому, что научились преодолевать некоторые недостатки и ограничения аккумуляторных батарей. Некоторые конечные пользователи даже отвергают тестирование аккумуляторных цепочек, так как это негативно сказывается на их характеристиках и надежности при реальной эксплуатации. Тем не менее соревнование началось, а аккумуляторы продолжают устанавливать. При этом аккумуляторам свойственны такие недостатки, как частое и дорогое техобслуживание; необходимость системы кондиционирования воздуха, в которой могут возникать свои неисправности и которая требует дополнительных затрат; большая занимаемая площадь; большой вес, налагающий ограничения на размещение; медленная зарядка; частая замена; вторая резервная цепочка «для страховки»; сложности утилизации использованных батарей.

Замена аккумуляторов на маховик приводит к устранению всех этих факторов.



Расходы за жизненный цикл

Несмотря на то что маховик немного дороже, чем аккумуляторы, он быстро окупает затраты и вскоре становится постоянным экономичным источником безопасного электропитания. Потребляемая мощность при круглосуточной эксплуатации маховика VSS+dc 190 кВт составляет примерно 300 Вт. Плавающий заряд аккумуляторов для системы 190 кВт потребляет в 10 раз больше. Первое плановое техобслуживание системы требуется через 6 лет, или 52560 часов работы. В течение 20 лет требуется минимальное обслуживание. Для сравнения: за этот же период аккумуляторная цепочка потребовала бы замены не менее 5 раз, если брать оптимистичную оценку срока службы – 4 года.

Подключение в параллель маховиков преследует две цели: резервирование и увеличение нагрузки. При номинальной мощности 190 кВт маховик SOCOMEC UPS нацелен на обширный рынок ИБП 80 кВА – 200 кВА. В этом диапазоне продается большое количество трехфазных систем ИБП. Потребность в нем на рынке ИБП мощностью ниже 120 кВт могла бы возникать у пользователей, которые имеют менее критичную нагрузку, но желают иметь большее время поддержки.

Таким образом, высокоскоростной маховик SOCOMEC UPS VSS+dc является прорывом в технологии высоконадежного электропитания.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 14 (90) ноябрь 2007 года:

  • Деньги для новой подстанции

    ОАО «Ленэнерго» инвестирует 350 миллионов рублей в строительство подстанции 110 кВ «Гороховка». ОАО «Ленэнерго» построит новую подстанцию напряжением 110 кВ «Гороховка» в Выборгском районе Ленинградской области. Работы проводятся в рамках соглашения о взаимодействии правительства Ленинградской области и РАО «ЕЭС России» при реализации инвестиционных проектов по строительству и реконструкции электроэнергетических объектов в регионе на ...

  • Валерий Юшманов: «Иркутскэнерго» идет в ногу со временем

    Масштабные инфраструктурные проекты ОАО «Иркутск-энерго» требуют от энергетиков новых подходов в обеспечении надежности энергоснабжения. В условиях рыночной экономики инвестиции должны быть эффективными и окупаемыми. Об особенностях работы Иркутской энергосистемы мы беседуем с директором по ремонту и капитальному строительству ОАО «Иркутскэнерго» Валерием Юшмановым. ...

  • Высокоскоростной накопитель электроэнергии на маховом колесе

    Маховое колесо – это, по существу, динамический аккумулятор, накапливающий энергию механически в виде кинетической энергии вращения массы вокруг оси. Входной электрический ток вращает ротор маховика и поддерживает его вращение 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, пока накопленная энергия не освобождается через генератор, такой, как реактивный синхронный электродвигатель. Доступное количество электроэнергии и продолжительность определ...

  • Украина: Кредит на реформирование энергетики

    В рамках международной программы реформирования и развития энергетического комплекса Украины Всемирный банк предоставил стране долгосрочный кредит в размере 200 миллионов долларов. Соглашение об этом подписали в Киеве 9 ноября директор Всемирного банка по Украине, Белоруссии и Молдавии Пол Бермингхем и министр топлива и энергетики Украины Юрий Бойко. Как проинформировал Юрий Бойко, общая стоимость проекта составляет 238 миллионов долла...

  • Реформа завершается закономерно...

    Нельзя согласиться с мнением автора статьи «РАО «ЕЭС России» должно сохраниться» («Энергетика и промышленность России», № 12, октябрь 2007 года), материал которой отражает его эмоциональные, но слабо доказательные доводы в пользу сохранения энергетического холдинга страны под управлением РАО «ЕЭС России». Ведущая роль в управлении электроэнергетической системой страны должна принадлежать профессионалам-энергетикам в рамках госуда...