Diseño y estudio experimental del sistema de almacenamiento de energía por volante

Noticias de la red de almacenamiento de energía de China: Chen Daixingjian, Jiang Xinxin, Wangqiunan, Wangyong, Wangshanming y Li Guoxian, investigadores del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Tsinghua y la Universidad de Tsinghua, escribieron en el número 21 de la Revista de Tecnología Eléctrica en 2017. Se desarrolló un sistema de almacenamiento de energía de volante de 1MW / 60MJ para el sistema de accionamiento híbrido de la plataforma de perforación. Se llevó a cabo una investigación experimental sobre equilibrio dinámico, carga y descarga, pérdida y eficiencia del sistema axial.

El volante de inercia de sección variable de acero aleado de alta resistencia se utiliza para almacenar energía cinética. El eje del motor del volante es una estructura de soporte vertical. El cojinete de anillo magnético permanente ensamblado pesado soporta el 97% del peso del eje. El rotor del motor de imán permanente adopta acero al silicio con forma de Alemania incrustado con acero magnético para lograr una operación segura y de alta velocidad.

Basado en la tecnología de control de motor y transformación electrónica de potencia de alta capacidad, se desarrollaron el hardware y software del circuito de control para carga de 100-300kW y descarga de 500-1000kW. En el proceso de carga, se adoptó la estrategia de control de circuito cerrado doble de magnetismo débil, velocidad y corriente. En el proceso de descarga se utilizan estrategias de control de tensión de bucle cerrado y de alimentación directa de corriente. Después del equilibrio dinámico, la vibración de la unidad de almacenamiento de energía del volante se reduce a 0,07 mm. La eficiencia de carga y descarga de la fuente de alimentación de almacenamiento de energía del volante alcanza el 86% -88%.

El principio básico del almacenamiento de energía del volante es la conversión entre la energía eléctrica y la energía cinética del cuerpo giratorio: en la etapa de almacenamiento de energía, el motor acelera el volante para convertir la energía eléctrica en energía mecánica; Durante la fase de liberación de energía, el motor funciona como un generador, el motor del volante se ralentiza, convierte la energía mecánica en energía eléctrica y emite.

El moderno sistema de almacenamiento de energía del volante integra tecnología avanzada de rotor compuesto, tecnología de cojinetes magnéticos, motor de alta velocidad y tecnología de electrónica de potencia para mejorar en gran medida el rendimiento. Alrededor del año 2000, los productos modernos de almacenamiento de energía de volante comenzaron a promocionarse al suministro de energía ininterrumpida, la gestión de la calidad de la energía y la red eléctrica FM. Las aplicaciones de energía de almacenamiento por volante que se están desarrollando incluyen la generación de energía eólica y la generación de energía solar. En los últimos años, China ha logrado avances en la investigación y el desarrollo de tecnologías clave para el almacenamiento de energía por volante.

La plataforma de perforación petrolera es el equipo principal para la construcción de perforación. Su potencia suele ser proporcionada por unidades de motor diésel o de gas natural. Las características de salida de la unidad de potencia no son lo suficientemente flexibles para adaptarse a las frecuentes y grandes fluctuaciones de la carga de la plataforma, y el sistema de potencia tiene más capacidad de redundancia de potencia.

El motor de ajuste de pico y el dispositivo de almacenamiento de energía del volante se introducen en el sistema de potencia de perforación para realizar la operación de ajuste de pico. Con carga baja, usar la energía redundante de la unidad de potencia para impulsar el motor de ajuste de pico para generar electricidad y cargar el sistema de almacenamiento de energía del volante; Cuando se produce una carga máxima, el sistema de almacenamiento de energía del volante se descarga, impulsa el motor de regulación de picos para realizar una operación eléctrica y libera rápidamente energía al sistema de energía para equilibrar la carga. La unidad de potencia que funciona al máximo funciona sin problemas y puede reducir la capacidad redundante, lo que favorece la conservación de energía y la reducción de emisiones.

Los indicadores técnicos de la unidad de almacenamiento de energía propuesta por el sistema de transmisión híbrido de la plataforma son: 100-300 kW de potencia de carga, 500-1000 kW de potencia de generación, 42 MJ de energía utilizable y 3-5 min de ciclo frecuente de carga y descarga. . La investigación muestra que los fabricantes no pueden proporcionar productos maduros. Para ello se ha desarrollado un sistema de almacenamiento de energía por volante de inercia de 1MW / 60MJ y se ha realizado un estudio experimental sobre equilibrio dinámico axial, carga y descarga, pérdidas y eficiencia.

conclusión

Usando el método de análisis de resistencia de elementos finitos, se modela y optimiza la estructura de celosía del volante de inercia de acero de aleación grande de sección variable y el rotor del motor de imán permanente de acero con imán integrado. Después de un diseño optimizado, la capacidad de carga del cojinete magnético permanente ensamblado alcanza los 50 kN, lo que equivale al peso del sistema del eje del motor del volante.

Basado en la tecnología de control de vectores de motor y transformación electrónica de potencia de alta capacidad, se desarrollan el hardware y software del circuito de control para la carga de pequeña potencia y la generación de potencia de alta potencia. Se adoptan las estrategias de control combinadas de magnetismo débil, alimentación directa de corriente, circuito cerrado de voltaje y circuito cerrado de velocidad. La vibración de la unidad de almacenamiento de energía del volante se redujo a 0,02 mm en el área de alta velocidad de rotación después del equilibrio de la maniobra, y todo el rango de velocidad se realizó sin problemas.

El análisis teórico de la pérdida mecánica y la pérdida de hierro del motor es consistente con los resultados experimentales. La pérdida en espera del sistema es de 18 kW, que es el 2% de la potencia máxima de generación de energía. La eficiencia del ciclo de carga y descarga del sistema de almacenamiento de energía del volante es del 86% al 88%. Los resultados experimentales muestran que el almacenamiento de energía por volante es una tecnología de almacenamiento de energía de alta potencia y alta eficiencia.

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