توليد الطاقة الكهربائية مجانا باستخدام تقنية (flywheel energy storge) حذافة تخزين الطاقة

Описание: دولاب الموازنة عبارة عن عجلة ثقيلة للغاية ، كانت في السابق عبارة عن عجلة كبيرة ذات قضبان ذات حافة معدنية ثقيلة ولكنها الآن مصنوعة بشكل أكثر شيوعًا من مادة مركبة من ألياف الكربون ، مع شكل أسطواني أصغر حجمه ربع ثقيل فقط. في كلتا الحالتين ، المبدأ هو نفسه - يحتاج إلى قوة كبيرة لضبط عجلة الدوران ، والأمر نفسه لمنعها من الدوران. بمعنى آخر ، لديها زخم زاوي مرتفع.
والنتيجة هي أنها قادرة على تخزين الكثير من الطاقة الحركية عند السرعات العالية ، مما يجعلها بطارية ميكانيكية. أي أنه يخزن الطاقة في شكل طاقة حركية وليس كطاقة كيميائية كما تفعل البطاريات الكهربائية التقليدية.
من الناحية النظرية ، يجب أن تكون دولاب الموازنة قادرة على تخزين الطاقة واستخراجها بسرعة ، وإطلاقها ، سواء بسرعات عالية ودون أي قيود على العدد الإجمالي للدورات الممكنة في عمرها الافتراضي. ومع ذلك ، فإن تكلفتها ووزنها وكثافة طاقتها كانت مخاوف تقليدية مع الحذافات. تتم معالجة هذه من خلال التطورات في علوم المواد وتصميم النظام الدوار. تدفع الاهتمامات البيئية أيضًا البحث في أنظمة تخزين طاقة دولاب الموازنة (FESS).
غالبًا ما تكون الحذافات كبيرة وثقيلة لأنها قادرة على تخزين المزيد من الطاقة بهذه الطريقة. من ناحية أخرى ، تُستخدم عجلات أصغر وأخف وزنًا أيضًا في العديد من المواقف لأنها يمكن أن تدور بشكل أسرع وبالتالي يتم توليد المزيد من الطاقة الحركية بهذه الطريقة. وبالتالي هناك أحجام وأشكال مختلفة من دولاب الموازنة. مع توافر المركبات الحديثة خفيفة الوزن والسيراميك ، أصبحت الحذافات الآن أصغر حجمًا وقادرة على الدوران بسرعات عالية.
كيف تعمل دولاب الموازنة؟
يتكون FESS من جزء دوار ثقيل ، الحدافة ، مع محرك / مولد كهربائي. يستخدم المحرك المدمج في ثناياه عوامل الطاقة الكهربائية للدوران بسرعات عالية لضبط دولاب الموازنة على سرعة التشغيل. ينتج عن هذا تخزين الطاقة الحركية. عندما تكون الطاقة مطلوبة ، يعمل المحرك كمولد ، لأن دولاب الموازنة تنقل الطاقة الدورانية إليه. يتم تحويلها مرة أخرى إلى طاقة كهربائية ، وبالتالي إكمال الدورة.

عندما تدور دولاب الموازنة بشكل أسرع ، فإنها تتعرض لقوة أكبر وبالتالي تخزن المزيد من الطاقة.

وبالتالي ، تُظهر الحذافات واعدة هائلة في مجال أنظمة تخزين الطاقة المصممة لتحل محل بطاريات حمض الرصاص النموذجية.

بالنسبة إلى دولاب الموازنة ، تُحسب الطاقة الحركية كجسم دوار ، مثل

E = ½Iω2

أنا هي لحظة القصور الذاتي ، والتي تعتمد على الكتلة الفعلية وموقع تلك الكتلة من مركز الدوران - كلما ابتعدت كلما ارتفعت لحظة القصور الذاتي.
ω هي السرعة الزاوية للحدافة.
dawlab almuazanat eibaratan ean eujlat
وبالتالي فإن أفضل دولاب الموازنة من حيث عزم القصور الذاتي يمكن أن تكون تلك التي تكون أكبر حجماً وذات صوت وخفيف الوزن ، ولكن ذات حافة معدنية ثقيلة. إذا كانت الحافة ثقيلة بمقدار ضعف الإطار الأصلي ، فسيؤدي ذلك إلى تخزين ضعف الطاقة التي يمكن أن تخزنها الحافة الأخف ، ولكن القيود الميكانيكية تزيد في المقابل. من ناحية أخرى ، تؤدي مضاعفة معدل الدوران إلى ضعف السرعة الزاوية ، مما يعني أن الطاقة المخزنة تضاعف أربع مرات!
إن FESS قادر على توليد عدة ميغاواط من الطاقة لفترات وجيزة. تعتبر الحذافات هي الأنسب لإنتاج مخرجات طاقة عالية من 100 كيلوواط إلى 2 ميغاواط خلال فترة قصيرة من 12-60 ثانية. تبلغ ذروة الخرج عند 125 كيلو واط لمدة 16 ثانية ، وهي كافية لتوفير 2 ميغاواط لثانية واحدة.

هناك نوعان من التكوينات الأساسية للحدافة. في نوع واحد ، يتم توصيل دولاب الموازنة بالعمود وكلاهما يدور معًا. هذا يسمى الدوار التقليدي. النوع الآخر يتكون من دولاب الموازنة الذي يدور حول عمود لا يتحرك ، ويسمى أيضًا الدوار الداخلي للخارج.

مزايا نظام الدوار التقليدي
مزايا النظام الأول هي:

استخدام محامل مغناطيسية أصغر حجمًا وأخف وزنًا
أنظمة محركات / مولدات صغيرة وخفيفة الوزن
إزالة أسهل للحرارة من المحرك / المولد ، وبالتالي تقليل تبديد الحرارة
ضغط أقل على مكونات المحامل المغناطيسية ودوار المحرك
تمديد الجزء الثابت بعيدًا عن الدوار الدوار ، مما يحد من خسائر السحب المغناطيسي أثناء وضع الشحن (يمكن أن يؤدي ذلك بخلاف ذلك إلى تفريغ FESS بالكامل تقريبًا في غضون 12 ساعة) ، مما يسمح بالاحتفاظ بالشحنة لمدة شهر
مزايا نظام الدوار من الداخل إلى الخارج
مزايا هذا النظام:

التكوين المضغوط
يتم الاتصال فقط بين الدوار والمحور من خلال المحمل المغناطيسي
يمكن للمحور الثابت أن يوفر دعماً عمودياً

التكوين
عادة ما يكون المحرك / المولد عبارة عن آلة قائمة على المغناطيس الدائم لأنها تتمتع بكفاءات أعلى وتكون أصغر بالنسبة لأي تصنيف طاقة معين. لديهم أيضًا خسائر أقل في الدوار ومحاثة متعرجة ، مما يجعلها أكثر قابلية للتطبيق في بيئة تشغيل الفراغ ومناسبة لنقل الطاقة السريع النموذجي لتطبيقات دولاب الموازنة.

يتم تنفيذ تخزين الطاقة نفسه باستخدام إعداد PWM العاكس / المعدل ثلاثي المراحل القائم على IGBT.

تتكون المحامل المغناطيسية من مغناطيس دائم يستخدم القوة الطاردة لإبقاء وزن دولاب الموازنة معلقًا ، بينما يتم تثبيته باستخدام المغناطيسات الكهربائية. يُفضل هنا استخدام المحامل المغناطيسية فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية لأنها تضع الحذافة تلقائيًا دون الحاجة إلى طاقة كهربائية أو نظام تحكم في تحديد الموقع.

يعد المحث الخارجي ضروريًا أيضًا لأنه عند استخدامه في سلسلة مع الجهاز في وضع الشحن ، يتم تقليل التشوه التوافقي الكلي إلى النطاق الطبيعي. ستوفر المغناطيسات الدائمة خلاف ذلك محاثات منخفضة تزيد من THD وتسبب فقدان طاقة أعلى وزيادة درجة الحرارة.

يحتوي FESS على ثلاثة أوضاع عمل ، وضع الشحن ، ووضع الاستعداد ، ووضع التفريغ.