电力行业动能储能装置

提高能源效率的主题可能永远不会失去其相关性。由于这个事实，当今许多机构正在开发更高效的储能设备。该领域最有前途的解决方案之一是使用基于高能飞轮的动能（运动中）能量存储。

它们的应用领域多种多样，从用于私人家庭的小型独立不间断电源到大型工业装置，这些装置在飞轮旋转期间积累能量，并在适当的时间以所需的功率水平释放能量，从而保护网络免受电压浪涌的影响。

这种装置的优点是巨大的飞轮能够立即将积累的动能转化为电能，从而为消费设备提供必要的动力。

此类设备的特点是运行成本最低、自动化程度高且无需定期维护。

在几分钟内充满电后，飞轮会根据需要释放存储的能量几秒钟，而网络的正常运行参数可能无法承受高峰值电流。

怎么运行的

飞轮通过轴或其他传动机构从电机接收旋转，并在必要时以发电机模式通过轴提供累积的能量，旋转飞轮的机器本身可以在此时作为发电机工作。

带有用于控制参数的传感器的自动控制系统将使加速过程安全，并且在危急情况下将对飞轮达到危险的旋转速度以及立即切换到返回模式的需要做出反应积累动能。

特性和功能

通过这种方式，动能存储设备可以解决能量的积累、临时存储和后续转换的问题，以确保最佳的设备电源模式，即使参数非常不标准。因此，涵盖了该技术解决方案的最广泛的可能应用范围。

这种类型的机电转换器具有许多优点。动能储能装置的比能量强度高于电容器，在输送给负载的比功率（电流）方面，它们领先于酸性电池和燃料电池。

同时，动能存储装置结构紧凑、环保，效率可达90%左右，使用寿命长达10年以上，易于维护，工作资源几乎不受限制，此外，冷却系统比超导感应存储设备 (SPIN) 便宜一百倍。 ……

医疗中心、核设施、数据存储中心、银行仓库、化学工业——任何需要能源备份为关键用户供电的地方，动能存储设备都会派上用场。关于抵消大型电力系统的峰值负载，我们能说些什么，这就是整个城市地区停电的原因。

现在用什么

十年来，动能存储设备的开发在世界多个地区一直没有停止，尤其是在美国和德国，以及近年来在俄罗斯。

德国的 ATZ 生产的 20 MJ 驱动器能够提供高达 250 kW 的功率，并配备了电网同步系统。此外，设备的尺寸不超过 1.5 米。

驱动飞轮由高强度碳纤维制成，安装在 HTSC 陶瓷悬架上。完成 ATZ 飞轮加速并发电的电机 基于稀土永磁体.

美国Beacon Power生产6千瓦时和25千瓦时的圆柱形储能装置，可以集群使用，以确保该国工业电网电流参数的稳定性。

KNE 设计阶段

在设计动能存储装置时，开发人员解决了以下工程问题：计算电动发电机、选择轴承、计算飞轮以及冷却、监测和控制系统，然后进行生产。

根据特定驱动模型的用途，集成在其中的电机原则上可能有所不同。但是有一个不可否认的优势 同步电机…在同步电机中，没有电刷，转子的永磁体使电动发电机获得高比功率成为可能。

轴承和悬架最适合非接触轴承，例如基于高温超导体 (HTSC) 的轴承。

尽管此类系统需要特殊冷却，但它们在没有电源的情况下仍能完美稳定：一组永磁体的电感器与处于超导状态的 HTSP 矩阵相互作用。即使在空气中也没有摩擦损失，即使在高速下振动也很小，并且该结构在运行过程中会自动居中。

俄罗斯 MAI 开发的设备示例

永磁体的磁场与激活的 HTSP 块相互作用，在安装支架后，飞轮简单地靠在低温恒温器上（悬浮在它上面的距离小于 1 厘米），而不沿径向移动。

定子和转子磁极的电磁相互作用产生合成扭矩，使飞轮加速，从而为驱动器提供能量。并且由于以动能形式积累的支撑没有损失，因此能量会储存很长时间，并在必要时通过转换为发电机模式来消耗。

在积累全部标称 500 kJ 能量的过程中，飞轮在 300 秒内加速至每分钟 6000 转。它可以很容易地连续提供25秒的10千瓦的电力，因为从植物中取出的额定功率分别为250千焦，可以保证1千瓦的负载提供4分钟。

在 220-240 伏的标准电源电压下，充电时的输入电压频率为 50 赫兹。飞轮重 100 kg，转动惯量约为 3.6 kg * m2。

至于发电机模式，选择时的电流频率为 200 赫兹，三相电压为 160 至 240 伏。可选择的最大额定功率为11kW。

俄罗斯和独联体的前景

最近，俄罗斯 Kinetic Power 公司开发了自己版本的基于超级飞轮的固定式动能存储设备。一种这样的存储设备能够存储高达 100 kWh 的能量并提供高达 300 kW 的短期电力。

在俄罗斯市场的条件下，一组几个这样的存储设备能够均衡整个地区电力负荷的日常不均匀性，取代昂贵而笨重的抽水发电厂。

此外，如开头所述，动能存储设备可用于为具有最高责任级别的设备提供不间断电源。这些开发的独特特性可确保设备的响应速度达到百分之一秒的水平，从而使用户一秒钟都不会中断电源。