Co je akumulace energie setrvačníku?

Co je akumulace energie setrvačníku?

Ukládání energie je proces zachycování a ukládání energie z různých zdrojů, jako je solární, větrná nebo jaderná energie, a její uvolňování v případě potřeby, například během špičkové poptávky, výpadků elektřiny nebo nouzových situací. Skladování energie může zlepšit spolehlivost, účinnost a udržitelnost elektrické sítě a také snížit emise skleníkových plynů a závislost na fosilních palivech.

Existuje mnoho druhů systémů skladování energie, jako např baterie, kondenzátory, přečerpávací vodní, stlačený vzduch, thermala kinetické. V tomto blogu se zaměříme na jednu z nejslibnějších a nejinovativnějších forem skladování kinetické energie: akumulace energie setrvačníku (FES).

Úvod

!Nízkorychlostní setrvačník)

  • Co je ukládání energie setrvačníku (FES)?
    • FES je technologie, která využívá rotující zařízení, nazývané setrvačník, k ukládání a uvolňování energie jako rotační kinetické energie.
    • Základním principem FES je zrychlit setrvačník na vysokou rychlost pomocí elektromotoru nebo generátoru a poté jej zpomalit, když je potřeba energie, pomocí stejného zařízení jako generátor nebo motor.
    • Množství energie uložené v setrvačníku závisí na jeho hmotnosti, tvaru a rychlosti otáčení. Čím rychleji se setrvačník točí, tím více energie dokáže uložit.
  • Jak FES funguje?
    • Typický systém FES se skládá ze čtyř hlavních součástí:
      • Setrvačník, což je zařízení ve tvaru válce nebo kotouče vyrobené z oceli, kompozitu nebo jiných materiálů, namontované na hřídeli a uzavřené ve vakuové komoře, aby se snížilo tření vzduchu.
      • Motor/generátor, což je elektrické zařízení, které může buď roztáčet setrvačník pomocí elektřiny ze sítě, nebo vyrábět elektřinu z rotace setrvačníku.
      • Jednotka výkonové elektroniky, což je zařízení, které řídí rychlost, směr a tok energie motoru/generátoru a také převádí střídavý proud (AC) ze sítě na stejnosměrný proud (DC) pro motor/generátor, a naopak.
      • Ložiskový systém, což je zařízení, které podpírá hřídel setrvačníku a umožňuje jeho hladké otáčení a minimální tření. Existují dva hlavní typy ložisek: mechanická a magnetická. Mechanická ložiska využívají k podepření hřídele fyzický kontakt, jako jsou kuličková nebo válečková ložiska. Magnetická ložiska využívají magnetická pole, jako jsou permanentní magnety nebo elektromagnety, k levitaci hřídele bez kontaktu.
    • Provoz systému FES lze rozdělit do dvou režimů: nabíjení a vybíjení:
      • V režimu nabíjení jednotka výkonové elektroniky převádí střídavý proud ze sítě na stejnosměrný a posílá je do motoru/generátoru, který roztáčí setrvačník na vysokou rychlost a ukládá energii jako rotační kinetickou energii.
      • V režimu vybíjení jednotka výkonové elektroniky obrátí proces a převádí stejnosměrný proud z motoru/generátoru na střídavý a posílá jej zpět do sítě, když se setrvačník zpomaluje a uvolňuje energii jako elektrickou energii.
  • Jaké jsou výhody a nevýhody FES?
    • FES má oproti ostatním mnoho výhod systémy skladování energie, jako :
      • Vysoká účinnost: FES může dosáhnout až 90% účinnosti v obou směrech, což znamená, že během nabíjecích a vybíjecích cyklů se ztratí pouze 10 % energie.
      • Dlouhá životnost: FES může trvat více než 20 let a vydržet tisíce cyklů nabití a vybití bez výrazné degradace.
      • Rychlá odezva: FES dokáže nabíjet a vybíjet energii v milisekundách, takže je vhodný pro aplikace, které vyžadují vysoký výkon a rychlou regulaci frekvence.
      • Nízká údržba: FES má málo pohyblivých částí a na rozdíl od baterií nebo kondenzátorů nevyžaduje chlazení, topení ani chemické doplňování.
      • Šetrnost k životnímu prostředí: FES nepoužívá toxické nebo nebezpečné materiály, jako je olovo, kyseliny nebo lithium, a nevypouští skleníkové plyny ani znečišťující látky, na rozdíl od fosilních paliv nebo jaderné energie.
    • FES má také některé nevýhody a výzvy, jako například:
      • Vysoká cena: FES je stále relativně drahý ve srovnání s jinými systémy skladování energie, zejména pro aplikace ve velkém měřítku. Hlavními faktory nákladů jsou materiály, výroba a instalace setrvačníku, motoru/generátoru, výkonové elektroniky a ložiskového systému.
      • Omezená hustota energie: FES může uchovat pouze omezené množství energie na jednotku hmotnosti nebo objemu ve srovnání s bateriemi nebo kondenzátory. To znamená, že FES vyžaduje více prostoru a hmotnosti pro stejné množství energie.
      • Bezpečnostní rizika: FES zahrnuje vysokorychlostní rotaci těžkých předmětů, které mohou představovat potenciální nebezpečí v případě poruchy, jako je prasknutí setrvačníku, porucha ložisek nebo požár. Proto FES vyžaduje správný návrh, ochranu a monitorování, aby byl zajištěn bezpečný provoz.

Typy setrvačníků

!Vysokorychlostní setrvačník)

  • Nízkorychlostní setrvačníky
    • Materiál a provedení
      • Nízkootáčkové setrvačníky jsou setrvačníky, které pracují při otáčkách nižších než 10,000 XNUMX otáček za minutu (ot/min).
      • Nízkootáčkové setrvačníky jsou obvykle vyrobeny z oceli nebo jiných kovů, které mají vysokou pevnost a odolnost.
      • Nízkorychlostní setrvačníky jsou typicky válcového nebo kotoučového tvaru s velkým průměrem a malou tloušťkou, aby se maximalizoval moment setrvačnosti a minimalizovalo namáhání.
    • Aplikace a příklady
      • Nízkorychlostní setrvačníky se používají hlavně pro krátkodobé skladování energie, jako je zlepšení kvality napájení, nepřerušitelné napájení (UPS) a vyrovnávání zátěže.
      • Nízkorychlostní setrvačníky mohou poskytovat výkon po dobu několika sekund až několika minut, v závislosti na velikosti a rychlosti setrvačníku.
      • Některé příklady aplikací nízkorychlostního setrvačníku jsou:
        • Setrvačník Beacon Power 20 kW, což je modulární a škálovatelný systém, který může zajistit regulaci frekvence a podporu napětí pro síť.
        • Active Power CleanSource UPS, což je UPS založená na setrvačníku, která může poskytovat záložní napájení pro datová centra, nemocnice a průmyslová zařízení.
        • Vycon REGEN, což je setrvačníkový systém, který dokáže zachytit a znovu využít brzdnou energii jeřábů, vlaků a výtahů.
  • Vysokorychlostní setrvačníky
    • Materiál a provedení
      • Vysokorychlostní setrvačníky jsou setrvačníky, které pracují při rychlostech nad 10,000 100,000 ot./min, až do XNUMX XNUMX ot./min.
      • Vysokorychlostní setrvačníky jsou obvykle vyrobeny z kompozitních materiálů, jako jsou uhlíková vlákna nebo sklolaminát, které mají vysokou tuhost a nízkou hustotu.
      • Vysokorychlostní setrvačníky jsou typicky prstencového tvaru s malým průměrem a velkou tloušťkou, aby se minimalizovala odstředivá síla a maximalizovala hustota energie.
    • Aplikace a příklady
      • Vysokorychlostní setrvačníky se používají hlavně pro dlouhodobé skladování energie, jako je integrace obnovitelných zdrojů, špičkové oholení a stabilizace sítě.
      • Vysokorychlostní setrvačníky mohou poskytovat výkon po dobu několika minut až několika hodin, v závislosti na velikosti a rychlosti setrvačníku.
      • Některé příklady aplikací vysokorychlostního setrvačníku jsou:
        • Setrvačník Amber Kinetics M32, což je 32 kWh setrvačník, který může poskytnout čtyři hodiny vybíjení při 8 kW, vhodný pro solární a větrnou integraci.
        • Setrvačník Temporal Power 2 MW, což je velký setrvačník, který může poskytovat regulaci frekvence a pomocné služby pro síť.
        • Setrvačník NASA Glenn, což je setrvačník s kapacitou 500 Wh, který může poskytovat výkon a řízení polohy pro kosmické lodi.

Srovnání s jinými systémy skladování energie

!Porovnání různých systémů skladování energie)

  • Baterie
    • Výhody a nevýhody
      • Baterie jsou zařízení, která ukládají a uvolňují energii jako chemickou energii pomocí elektrochemických reakcí mezi elektrodami a elektrolyty.
      • Baterie mají mnoho výhod, např.
        • Vysoká hustota energie: Baterie mohou uchovat velké množství energie na jednotku hmotnosti nebo objemu ve srovnání se setrvačníky nebo kondenzátory.
        • Nízké samovybíjení: Na rozdíl od setrvačníků nebo kondenzátorů si baterie dokážou uchovat svou nahromaděnou energii po dlouhou dobu, bez výrazných ztrát.
        • Škálovatelnost: Baterie lze snadno zapojit do série nebo paralelně a zvýšit tak napětí nebo kapacitu systému ukládání energie.
      • Baterie mají také některé nevýhody, jako jsou:
        • Nízká účinnost: Baterie mají nižší zpětnou účinnost než setrvačníky nebo kondenzátory kvůli vnitřnímu odporu a vývinu tepla při elektrochemických reakcích.
        • Krátká životnost: Baterie mají omezenou životnost a kalendářní životnost kvůli degradaci elektrod a elektrolytů v průběhu času a používání.
        • Vysoká údržba: Baterie vyžadují chlazení, zahřívání nebo doplňování chemikálií v závislosti na typu a stavu baterie, aby byl zajištěn optimální výkon a bezpečnost.
        • Problémy s životním prostředím: Baterie používají toxické nebo nebezpečné materiály, jako je olovo, kyselina nebo lithium, které mohou způsobit znečištění nebo zdravotní rizika.

        Srovnání s jinými systémy skladování energie

        !Porovnání různých systémů skladování energie)

        • Baterie
          • Výhody a nevýhody
            • Baterie jsou zařízení, která ukládají a uvolňují energii jako chemickou energii pomocí elektrochemických reakcí mezi elektrodami a elektrolyty.
            • Baterie mají mnoho výhod, např.
              • Vysoká hustota energie: Baterie mohou uchovat velké množství energie na jednotku hmotnosti nebo objemu ve srovnání se setrvačníky nebo kondenzátory.
              • Nízké samovybíjení: Na rozdíl od setrvačníků nebo kondenzátorů si baterie dokážou uchovat svou nahromaděnou energii po dlouhou dobu, bez výrazných ztrát.
              • Škálovatelnost: Baterie lze snadno zapojit do série nebo paralelně a zvýšit tak napětí nebo kapacitu systému ukládání energie.
            • Baterie mají také některé nevýhody, jako jsou:
              • Nízká účinnost: Baterie mají nižší zpětnou účinnost než setrvačníky nebo kondenzátory kvůli vnitřnímu odporu a vývinu tepla při elektrochemických reakcích.
              • Krátká životnost: Baterie mají omezenou životnost a kalendářní životnost kvůli degradaci elektrod a elektrolytů v průběhu času a používání.
              • Vysoká údržba: Baterie vyžadují chlazení, zahřívání nebo doplňování chemikálií v závislosti na typu a stavu baterie, aby byl zajištěn optimální výkon a bezpečnost.
              • Problémy s životním prostředím: Baterie používají toxické nebo nebezpečné materiály, jako je olovo, kyselina nebo lithium, které mohou způsobit znečištění nebo zdravotní rizika.
          • Případy použití a scénáře
            • Baterie jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysokou energii a nízkou spotřebu, jako je energetická arbitráž, špička holení a záložní napájení.
            • Baterie mohou poskytovat energii na hodiny nebo dny, v závislosti na velikosti a typu baterie.
            • Některé příklady aplikací baterií jsou:
              • Tesla Powerwall, což je lithium-iontová baterie, která může ukládat přebytečnou solární energii pro domácí použití nebo služby sítě.
              • Hornsdale Power Reserve, což je 100 MW/129 MWh lithium-iontová baterie, která může zajistit regulaci frekvence a stabilitu sítě pro jižní Austrálii.
              • Vanadium Redox Flow Battery, což je kapalná baterie, která dokáže uchovat velké množství energie po dlouhou dobu, vhodná pro integraci z obnovitelných zdrojů a mikrosítě.
        • Kondenzátory
          • Výhody a nevýhody
            • Kondenzátory jsou zařízení, která ukládají a uvolňují energii jako elektrický náboj pomocí dvou vodivých desek oddělených dielektrickým materiálem.
            • Kondenzátory mají mnoho výhod, např.
              • Vysoká účinnost: Kondenzátory mají vyšší zpětnou účinnost než baterie nebo setrvačníky díky nízkému odporu a tvorbě tepla při přenosu elektrického náboje.
              • Dlouhá životnost: Kondenzátory mají neomezenou životnost a kalendářní životnost, protože časem a používáním nedegradují.
              • Rychlá odezva: Kondenzátory mohou nabíjet a vybíjet energii během mikrosekund, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysoký výkon a rychlou regulaci napětí.
            • Kondenzátory mají také některé nevýhody, jako například:
              • Nízká hustota energie: Kondenzátory mohou uchovat pouze malé množství energie na jednotku hmotnosti nebo objemu ve srovnání s bateriemi nebo setrvačníky.
              • Vysoké samovybíjení: Kondenzátory mohou rychle ztratit svou uloženou energii v důsledku úniku elektrického náboje přes dielektrický materiál nebo vnější obvod.
              • Cena: Kondenzátory jsou stále relativně drahé ve srovnání s jinými systémy skladování energie, zejména pro aplikace ve velkém měřítku. Hlavními faktory nákladů jsou materiály, výroba a instalace desek kondenzátoru a dielektrického materiálu.
          • Případy použití a scénáře
            • Kondenzátory jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují nízkou energii a vysoký výkon, jako je zlepšení kvality napájení, podpora přechodného zatížení a zrychlení elektrických vozidel.
            • Kondenzátory mohou poskytovat energii po dobu milisekund až sekund, v závislosti na velikosti a typu kondenzátoru.
            • Některé příklady aplikací kondenzátorů jsou:
              • Maxwell Ultracapacitor, což je elektrostatický kondenzátor, který může poskytovat energii pro hybridní autobusy, vlaky a nákladní automobily, stejně jako větrné turbíny a jeřáby.
              • Skeleton Technologies SkelCap, což je superkondenzátor na bázi grafenu, který může poskytovat energii pro automobilové, letecké a průmyslové aplikace, stejně jako pro síťové služby.
              • EEStor EESU, což je kondenzátor na bázi keramiky, který tvrdí, že má vyšší hustotu energie než lithium-iontové baterie, vhodný pro elektrická vozidla a skladování v síti.
        • Jiné systémy akumulace kinetické energie
          • Výhody a nevýhody
            • Jiné systémy akumulace kinetické energie jsou systémy, které ukládají a uvolňují energii jako mechanickou energii pomocí různých forem pohybu, jako je lineární, rotační nebo vibrační.
            • Jiné systémy ukládání kinetické energie mají některé výhody, jako například:
              • Vysoká účinnost: Jiné systémy akumulace kinetické energie mohou v závislosti na typu a konstrukci systému dosahovat vysoké účinnosti v obou směrech, podobně jako setrvačníky.
              • Dlouhá životnost: Jiné systémy akumulace kinetické energie mohou mít dlouhou životnost cyklu a kalendářní životnost, podobně jako setrvačníky, v závislosti na typu a konstrukci systému.
              • Nízká údržba: Jiné systémy akumulace kinetické energie mohou mít nízké nároky na údržbu, podobně jako setrvačníky, v závislosti na typu a konstrukci systému.
            • Jiné systémy skladování kinetické energie mají také některé nevýhody, jako například:
              • Nízká hustota energie: Jiné systémy akumulace kinetické energie mohou mít nízkou hustotu energie, podobně jako setrvačníky, v závislosti na typu a konstrukci systému.
              • Bezpečnostní rizika: Jiné systémy akumulace kinetické energie mohou představovat bezpečnostní rizika, podobně jako setrvačníky, v závislosti na typu a konstrukci systému.
              • Technické problémy: Jiné systémy skladování kinetické energie mohou čelit technickým problémům, jako je výběr materiálu, snížení tření a kontrola vibrací, v závislosti na typu a konstrukci systému.
          • Případy použití a scénáře
            • Jiné systémy pro ukládání kinetické energie jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují střední energii a střední výkon, jako je integrace obnovitelných zdrojů, stabilizace sítě a vyrovnávání zátěže.
            • Jiné systémy pro ukládání kinetické energie mohou dodávat energii po dobu sekund až minut, v závislosti na velikosti a typu systému.
            • Některé příklady jiných systémů skladování kinetické energie jsou:
              • Gravity Power Module, což je systém, který využívá velký píst a hřídel naplněnou vodou k ukládání a uvolňování energie jako gravitační potenciální energie.
              • Advanced Rail Energy Storage, což je systém, který využívá elektrické lokomotivy a koleje k ukládání a uvolňování energie jako gravitační potenciální energie.
              • Velkess Flywheel, což je systém, který využívá flexibilní rotor a magnetické ložisko k ukládání a uvolňování energie jako rotační kinetické energie.

        Budoucí vyhlídky a výzvy

        • Technologické inovace a vývoj
          • FES je rychle se vyvíjející technologie, která má potenciál zlepšit svůj výkon, náklady a spolehlivost prostřednictvím různých technologických inovací a vývoje, jako jsou:
            • Nové materiály a konstrukce: FES může těžit z vývoje nových materiálů a konstrukcí, které mohou zvýšit pevnost, tuhost a odolnost setrvačníku a také snížit hmotnost, velikost a náklady na systém.
            • Pokročilá výkonová elektronika a řídicí systémy: FES může těžit z vývoje pokročilé výkonové elektroniky a řídicích systémů, které dokážou optimalizovat rychlost, směr a tok energie motoru/generátoru a také zvýšit účinnost, stabilitu a bezpečnost motoru. Systém.
            • Hybridní a integrované systémy: FES může těžit z vývoje hybridních a integrovaných systémů, které mohou kombinovat FES s jinými systémy skladování energie, jako jsou baterie nebo kondenzátory, za účelem dosažení vyšší hustoty energie, nižšího samovybíjení a lepšího výkonu.
        • Trendy a příležitosti na trhu
          • FES je rostoucí trh, který má příležitost rozšířit své aplikace, zákazníky a regiony prostřednictvím různých tržních trendů a příležitostí, jako jsou:
            • Rostoucí poptávka po skladování energie: FES může uspokojit rostoucí poptávku po skladování energie, která je poháněna růstem obnovitelné energie, elektrických vozidel a inteligentních sítí, stejně jako potřebou kvality energie, spolehlivosti a zabezpečení.
            • Příznivé zásady a předpisy: FES může těžit z příznivých zásad a předpisů, které podporují rozvoj a zavádění skladování energie, jako jsou dotace, pobídky, normy a mandáty, na místní, národní a mezinárodní úrovni.
            • Konkurenční výhody a diferenciace: FES může využít své konkurenční výhody a diferenciaci, jako je vysoká účinnost, dlouhá životnost, rychlá odezva, nenáročná údržba a šetrnost k životnímu prostředí, k přilákání a udržení zákazníků a také k vytváření a získávání hodnoty.
        • Environmentální a sociální dopady
          • FES je udržitelná technologie, která má potenciál vytvářet pozitivní environmentální a sociální dopady, jako jsou:
            • Snížení emisí skleníkových plynů a závislosti na fosilních palivech: FES může snížit emise skleníkových plynů a závislost na fosilních palivech tím, že umožní integraci obnovitelné energie, zlepší účinnost elektrické sítě a poskytne čistou a spolehlivou energii pro různé aplikace.
            • Zlepšení přístupu k energii a cenové dostupnosti: FES může zlepšit přístup k energii a cenovou dostupnost tím, že poskytuje distribuovaná a decentralizovaná řešení skladování energie, zejména pro vzdálené a venkovské oblasti, jakož i pro rozvojové a rozvíjející se země.
            • Vytváření pracovních míst a hospodářského růstu: FES může vytvářet pracovní místa a hospodářský růst tím, že podněcuje inovace a rozvoj odvětví skladování energie a také podporuje zavádění a provoz systémů skladování energie.

        Proč investovat do čističky vzduchu?

        • Shrnutí hlavních bodů
          • V tomto blogu jsme diskutovali o tom, co je ukládání energie setrvačníku, jak funguje, jaké jsou jeho výhody a nevýhody, jak je ve srovnání s jinými systémy ukládání energie a jaké jsou jeho budoucí vyhlídky a výzvy.
          • Zjistili jsme, že akumulace energie setrvačníku je slibná a inovativní technologie, která dokáže ukládat a uvolňovat energii jako rotační kinetickou energii pomocí rotačního zařízení zvaného setrvačník.
Co je systém ukládání energie z baterie?

Co je systém ukládání energie z baterie?

Co je dlouhodobé skladování energie?

Co je dlouhodobé skladování energie?

Prázdný obsah. Vyberte článek pro náhled

Získejte bezplatné řešení

Pro Váš Projekt

Můžeme vám zdarma přizpůsobit vaše vlastní řešení

kontaktujte nás