Flywheel Energy Storage

Flywheel enerji depolama sistemleri (FESS) basit bir ama güçlü bir prensip üzerinde çalışır: bir rotorlu dönüşüm, hemen hemen hemen her ağ tabanlı depolama teknolojisini kullanarak enerji depolamak.

Elektrokimyasal bataryaların aksine, uçuplar zaman içinde ayrılan kimyasal reaksiyonlara güvenmiyor. Yaşam döngüsü öncelikle rotor ve yatak sistemi mekanik dayanıklılık ile belirlenir ve uygun bakım ile 20 yıl sürebilir.Bu uzun süre boyunca, hız kaybı olmadan yüzlerce şarj döngüsü gerçekleştirme yeteneği ile bir araya gelir, sık sık sık gerektiren uygulamalar için özellikle uygun hale getirir, yüksek güç bisiklet.

Fizik zariftir: Enerji, rotor versquo meydanında uçan ölçeklerde depolanır; Dakika başına dönülemez hız ve lineer olarak, bu ilişki, enerji kapasitesinde küçük artışlar, bu tür hızlarda ve ayak uydurulmuş betonlar için mühendislik çabaları yönetmek anlamına gelir.Modern sinek rotorlar rutin olarak dakikada 15,000'de 60.000'te, tasarım ve malzemelere bağlı olarak, bu şekilde hızlanan büyük artışlar anlamına gelir.

Flywheel Technology'deki Son Yenilikler

Son on yılda, uçlu bir şebeke hizmetleri için ticari olarak uygulanabilir bir çözüm haline gelen malzemeler bilimi, manyetik kullanım ve güç elektronikleri ile bir niş teknolojiden uçarak enerji depolamaya dönüşen bir çözüm olarak görülüyor.Bu yenilikler uçan tekerleklerin tarihsel sınırlamalarını ele alıyor: düşük enerji yoğunluğu, kayıplar ve yüksek sistem maliyeti.

Kompozit Rotorlar ve Gelişmiş Malzeme

Rotor, herhangi bir uçlu sistemin kalbidir ve malzeme seçimi büyük ölçüde karbon fiberlerden inşa edilen rotorları dikte eder ve bu da olağanüstü güç ağırlığı oranlarına göre rotasyonel hıza sahiptir. Steel Rotors ayrıca yüksek hızlarda felaket başarısızlık olasılığı nedeniyle güvenlik riskleri sunar. Modern sinek tekerlekli sistemler büyük ölçüde karbon fiberlerden inşa edilmiş rotorlar taşındı.

Karbon fiber rotorlar, bu hızlarda güvenilir bir şekilde çalışan, üretilen yüksek oranda artan enerji depolama kapasitesi ile elde edilen rotor kütleleri için dramatik olarak artabilir.S4 Enerji) Malzeme maliyetlerini azaltırken, performans sınırlarını daha da ileri sürebilir.

Aktif gelişim alanı rotor geometrisidir. Finite element analizi ve katkı teknikleri şimdi mühendislerin maksimum stres dağılımı ve enerji yoğunluğu için rotor şekillerini optimize etmesine izin verir. Bu optimize geometriler yerelleştirilmiş stres konsantrasyonlarını azaltır, daha yüksek rotasyon hızları maddi yorgunluk riski olmadan azaltır.

Manyetik yataklar ve Aktif Levitation

Mekanik yataklarda Friction, erken uçlu sistemlerde birincil enerji kaybı kaynağıydı. Manyetik yatakların tanıtımı bu sürtünmeyi tamamen ortadan kaldırdı. Active manyetik yataklar (AMBs) elektromagnetleri ve karmaşık geri bildirim kontrol sistemlerini kullanarak, bir milimetrenin sabit bir hava boşluğunu korumak için kullanıyor.

AMB sistemini işletmek için gereken enerji, rotorta depolanan enerjinin küçük bir kısmıdır, genellikle yüzde 1 ila 2'den daha az stabilizasyon, güç tüketimi ve sistemi azaltımı; verimlilik, kısa kullanım için diğer depolama teknolojileri ile rekabet eder. Bazı tasarımları, yüksek çözünürlükte kalıcı mıknatıslar kullanarak eklenmiş olur.

Vakum muhafazaları hava direncini kaldırarak manyetik yatakları tamamlamaktadır, aksi takdirde yüksek rotasyon hızlarında önemli bir sürüklenme oluşturabilir.Suçlu konutun içinde yüksek bir vakum tutmak sağlam mühürler ve zamanlayıcı pompa bakımı gerektirir, ancak verimlilik kazanımlar önemlidir. İyi tasarlanmış bir uçan tekerlek sistemi,% 85 ila 90 arasında, şarj edilebilir rejime bağlı olarak ve şartlara bağlı olarak.

Gelişmiş Güç Elektronik ve Kontrol Sistemleri

Güç elektronik arayüzü, uçlu ve ızgara arasındaki kritik bağlantıdır. Modern insated-gate bipolar transistör (IGBT) dönüştürücüler ve silikon ışımaları (SiC) MOSFETs şimdi enerji akışının son derece hızlı ve kesin kontrolünü sağlar.Bu cihazlar 20 kHz'nin üzerindeki frekanslarda değişebilir, sıkı ağ bağlantı standartları ile uyumlu temiz sinüsoid çıktıları üretebilir.

Kontrol algoritmaları da önemli ölçüde olgunlaşmıştır. Filtreleme, sıcaklık ve vakum basıncı tahmin edilebilir bakım sağlar ve tüm koşullar altında güvenli bir operasyon sağlar. Doğrudan tork kontrolü ve modellemesi gibi gelişmiş kontrol programları, iki şarj ve discharging sırasındaki kayıpları optimize eder.Bu sistemler 2 milisaniye altında şarj etmek için şarjdan geçebilir ve birincil frekans yanıt ve hızlı rezerv hizmetleri için gerekli hız sağlar.

Otomatik depolamanın enerji yönetim sistemleri (EMS) ve denetçi kontrol ve veri satın alma (SCADA) platformları artık standarttır. Bu entegrasyonlar, şebeke operatörlerinin piller ve termal nesil dahil diğer varlıklarla koordinasyon halinde uçmasına izin verir, Modbus ve DNP3 gibi en uygun maliyetli ağ dengeleme protokollerine ulaşmak için, her iki yeni ve retrofit yüklemelerinde dağıtımları basitleştirmekte yardımcı olur.

Hızlı sorumlu Grid Hizmetleri için Faydaları

Hızlı yanıtın eşsiz kombinasyonu, yüksek döngü hayatı ve düşük bakım, doğal gaz toplayıcıları ve pompalanmış hidroelektrik depolamaları gibi uçarak uçmaktadır. Bu hizmetler neredeyse anında hareket edebilecek ve bu rolde sürekli olarak çalışabilecek varlıklar gerektirir. Flywheels bu rolde, doğal gaz toplayıcıları ve pompalanmış hidroelektrik depolama gibi daha yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

İlk ve Orta Frekans Yönetmeliği

Frekans düzenlemesi, şebeke ölçekli uçlu depolama için en olgun uygulamadır. Grid frekansı — 50 Hz veya 60 Hz bölgeye bağlı olarak, sistem istikrarını sağlamak için daha yavaş harcamalar için zaman almalı.Bir birim gezileri veya büyük bir yük aniden kesintiler olduğunda, uç tekerlekleri ayarlandığında, sapmayı tutuklamak için 10 milisaniye altında güç enjekte edebilir veya absorbe edebilir, çıkış süresini satın almak için zaman satın almalı.

Birçok pazarda, uçlu sistemler artık bağımsız sistem operatörleri (ISOs) ve bölgesel iletim kuruluşları (RTOs) aracılığıyla düzenlemeler hizmeti sağlayarak gelir elde ediyor. [FONT:0) Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL)), uçarak uçacakları gösteren kapsamlı analiz, özellikle frekans sapmalarının daha sık ve telaffuz edilen yüksek yenilenebilir penetrasyonlarla birlikte megawattlık rezervlerinin düşük maliyetle garanti altına alınabileceğini gösteriyor.

Sentetik İnertia ve Grid Stability

Geleneksel senkronizasyon jeneratörleri, dönüştürücü tabanlı yenilenebilir kaynaklar lehine emekli olduktan sonra, ızgara bir iplik jeneratörü davranışını kaybeder; uçlu motorlar, frekans değişikliğine karşı dirençli olan şeritler için orantılı olarak güçlenebilir.Uzgun sistemler veldquo;sif inertia” bir iplik jeneratörün davranışını taklit ederek.

Bu sentetik inertia yeteneği özellikle ada ızgaralarında ve mikrogridlerde değerlidir, sistem inertianın doğal olarak düşük olduğu yerlerde, Karayipler ve Pasifik'tekiler dahil olmak üzere birkaç ada sistemi, daha büyük şebeke modernizasyon girişimlerinin bir parçası olarak uçarak uçurulmuş sistemlere sahiptir.

Yenilenebilir Enerji Entegrasyonu Desteği

Güneş ve rüzgar gücü, saniyeler arası saatlere kadar değişen zaman ölçeklerini tanıtmaktadır.Uzgunlar, diğer şebekeleri ve bulut kapaklarından gelen alt saniye dalgalanmaları, rüzgarı ve türbin etkilerini hafifleterek, bu hızlı güç salaklarını absorbe ederek, uçarak, diğer çöpleri diğer ızgaraları ve düşük kalitelileri hassas endüstriyel müşteriler için ısıtacaktır.

Hibrit konfigürasyonlarda, batarya enerji depolama sistemleri (BESS) ile birlikte, farklı zaman ölçeklerini ele almak için çalışır. Uçucu yüksek frekanslı güç dalgalanmaları ile bataryanın daha uzun vadeli enerji değişimlerini yönetirken, her iki performans ve maliyet için sistem bir araya getirir.Bu hibrit yaklaşım, bakımlı güneş çiftlikleri ve rüzgar parkları ile ilgili olarak, proje geliştiricilerinin giderek daha sıkı bir şekilde bağlantı gereksinimleri karşılamak için aradığı yer alıyor.

Pazar Kabul ve Endüstri Uygulamaları

Uçucu enerji depolamanın ticari dağıtım, son beş yılda hızlandı, maliyetlerin düşmesi, kanıtlanmış güvenilirlik ve anahtar piyasalarda uygun düzenleyici çerçeveler. dünya çapında toplam 250 megawatt'ı aştı, Kuzey Amerika, Avrupa, Orta Doğu ve Asya-Pasifik'te faaliyet gösteren projelerle.

Işlev-Scale Grid Projects

En büyük uçan yüklemelerden bazıları, frekans düzenlemesi için hizmetler ve ağ operatörleri tarafından işletilmektedir. Stephentown, New York'ta, 20 MW kapasiteye sahip olan Beacon Power tesisi, ticari ölçekdeki teknolojiyi gösteren erken bir dönüm noktasıydı. Daha yeni projeler genellikle modüler, konteynerli uçan birimler kullanarak arttırılabilir.

Utilities değeri, sıfır yakıt maliyetleri ve sıfır emisyonlarla düzenleme hizmeti sağlama yeteneği için uçarak, güvenilirlikleri korumak için karbonizasyon hedeflerine katkıda bulunur. Hızlı dönüş süresi aynı zamanda birden fazla ağ hizmetlerine katılma olanağı sağlar.

Endüstriyel ve Ticari Uygulamalar

Yararlı endüstrinin ötesinde, uçan sistemler endüstriyel güç kalitesi ve yedekleme gücünde uygulamalar buluyor. Hassas robotlarla üretim tesisleri, katı zaman gereksinimleri olan veri merkezleri ve kritik yaşam destek sistemleri ile tüm uçan anlık gerilim desteğinden faydalanıyor.

Bu ayarlarda, uçan tekerlekler, jeneratörlere köprü olarak hizmet eder, bir fayda hatası ve yeniden kodlama işlemi sırasında güç kalitesini korumak için bir köprü olarak hizmet eder.Suçakların yüksek döngüsü hayatı özellikle de yılda birkaç güç rahatsızlıkları karşı karşıya olan endüstriyel kullanıcılar için avantajlıdır; bataryaların aksine, uçan sistemler performansta bozulmadan yüzlerce binlerce olaya cevap verebilir.

Alternatif Depolama Teknolojileri ile Karşılaştırma

Her uygulama için tek depolama teknolojisi en uygun değildir ve uçanlar yüksek güç, kısa süre ve yoğun bisiklet tarafından tanımlanan ayrı bir niş işgal eder. alternatiflerle nasıl uçuplar alternatifleri karşılaştırır Sistem tasarımcıları, belirli bir kullanım durumundaki doğru teknolojiyi veya kombinasyonlarını seçer.

Lityum-iyon akülerine kıyasla, sinek tekerlekler daha uzun süreli yaşam sunuyor (yaklaşık 15 ila 30 dakika ötesinde deşarj süreleri aşan uygulamalar için 2.000 ila 10.000 $) daha hızlı yanıt ve yüksek bisiklet frekansı ile uygulamalar için daha düşük ömür maliyeti. Battery, daha yüksek enerji yoğunluğu ve daha uzun deşarj süresi sağlar.

Superkapors daha hızlı yanıt ve son derece yüksek döngü yaşamı sunuyor, ancak enerji yoğunluğu uçtan daha düşük bir boyut siparişi, kullanımlarını alt saniyelik enerji kalitesi uygulamaları ile sınırlandırıyor. Pompalanmış hidroelektrik ve pompalanmış hava enerji depolama (CAES) çok düşük maliyet için pervap-saat depolama kapasitesi sağlar, ancak birkaç dakika içinde ölçülmüş yanıt süreleri coğrafi olarak kısıtlanır.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Son on yılın muazzam ilerlemesine rağmen, uçan enerji depolama, daha geniş bir kabul gerektiren kalıcı zorluklarla karşı karşıya kalır. Araştırma ve geliştirme çabaları bu zorlukları hedeflemeye devam ediyor, teknoloji versquo'yı açma hedefiyle, geleceğin ızgarası için tam potansiyel.

Maliyetleri Azalt

Pasif sistemlere ait sermaye maliyeti, yüksek çözünürlükte kullanım koşulları için daha yüksek oranda kalır. ancak, bu boşluk otomatik rotorlu rüzgar ve standart güç modülü üretimi dahil olmak üzere, daha fazla ekonomik olacaktır.

Enerji Yoğunluğu İyileştirmeler

Enerji yoğunluğu uçlu depolamanın en temel teknik sınırlamasıdır. Bir karbon fiber rotorun teorik enerji yoğunluğu bugünden daha yüksektir ve pratik tasarımlar, potansiyelin malzeme saflığı, fiber hizalama ve stres dağılımı ile ilgili zorlukları çözmesini gerektirdiğini fark eder.

Güvenlik ve Containment

Uçucu sistemlerde bulunan yüksek rotasyon hızlar, rotor başarısızlıkları ile ilgili güvenlik endişelerini artırıyor. Modern sinektenekli korumalar, olası sorunların erken uyarısını sağlayarak, felaket bir başarısızlık durumunda parçaları yakalayabilecek şekilde tasarlanmıştır.Bu gemiler genellikle tabakalı çelik veya betondan inşa edilir ve tasarımları katı güvenlik standartlarına uymak zorundadır.

Kilo ve maliyetin azaltılmasına yönelik ölçeklendirme tasarımı, araştırma aktif bir alanıdır. Bazı üreticiler, başarısızlık üzerine kıran küçük, düşük enerji parçalarının kullanımını araştırıyor, kapsayıcı gereksinimleri azaltır ve sistem maliyeti azaltır.

Yenilenebilir Hidrojen ve Uzun Süreli Depolama ile entegrasyon

Daha ileri bakmak, uçan sistemler, yükselen hidrojen tabanlı enerji sistemlerinde rol oynayabilir. Yüksek hızlı uçlu sinekler, elektrik akımına büyük ölçüde teorik olarak girişleri düzeltebilir, enerji geçişlerini ortadan kaldırarak verimliliği ve dönüşüm teknolojilerini geliştirir. Benzer şekilde, sinek tekerlekli yataklar, stabil güç teslimatını ızgaraya engelleyebilir.

Flywheel Grid Hizmetleri için yol Forward

Uçan enerji depolamanın yörüngesi açık: malzemeler, üretim ve güç elektroniklerinde gelişmeler maliyetleri azaltacak ve performansları geliştirecek, dünya çapındaki şebeke operatörleri için giderek çekici bir seçenek haline gelecektir. Teknoloji ’ doğal güçlü güçlüler vedash; milisaniye cevabı, sıfır bisiklet, uzun operasyonel yaşam, ve düşük bakım vedash; aynı anda karbonatlayan ve daha karmaşık hale gelen bir güç ızgaranın talepleri ile mükemmel bir şekilde uyum sağlayacaktır.

Yenilenebilir enerji penetrasyonu büyüdükçe, hızlı şarj şebeke hizmetleri için ihtiyaç sadece yoğunlaşacaktır. Flywheels, yalnız veya hibrit konfigürasyonlarda piller ve diğer depolama türleri ile birlikte, istikrar ve güvenilirlik sağlamak için temel bir araç olacaktır. birçok yargıda düzenleyici çerçeveler, bu hizmet için uygun şekilde sağlayıcıları kabul etmek için gelişmektedir.Bu piyasa sinyalleri, devam eden teknik ilerleme ile birlikte, yatırım ve dağıtım sistemleriyle birlikte, uçarak enerji depolama sistemleri için gerekli olan bir araç olacaktır.

Ürünler için, bağımsız güç üreticileri ve endüstriyel proje geliştiricileri, şimdi, modern bir şebeke yönetiminin bir parçası olarak uçarak teknolojisini değerlendirmek için zaman. Burada açıklanan yenilikler laboratuvar curiosities &mdash değildir; bugün gerçek ekonomik ve operasyonel faydalar sağlayan ticari projelerde dağıtılıyor.