Разработка и экспериментальное исследование маховиковой системы накопления энергии.

Новости Китайской сети хранения энергии: Чен Дайсинцзянь, Цзян Синьсинь, Ванцюнань, Ванъюн, Ваншаньмин и Ли Госянь, исследователи кафедры электротехники Университета Цинхуа и Университета Цинхуа, написали в 21-м выпуске журнала Electric Technology в 2017 году. Для гибридной системы привода буровой установки была разработана маховиковая накопительная система мощностью 1 МВт / 60 МДж. Проведены экспериментальные исследования динамического баланса, заряда и разряда, потерь и эффективности осевой системы.

Маховик переменного сечения из высокопрочной легированной стали используется для накопления кинетической энергии. Вал двигателя маховика представляет собой вертикальную опорную конструкцию. Тяжелый собранный кольцевой подшипник с постоянными магнитами несет 97% веса оси. Ротор двигателя с постоянными магнитами изготовлен из кремниевой стали германской формы, залитой магнитной сталью для достижения высокой скорости и безопасности работы.

На основе технологии электронного преобразования мощности большой мощности и управления двигателем было разработано аппаратное и программное обеспечение схемы управления для зарядки 100–300 кВт и разряда 500–1000 кВт. В процессе зарядки была принята стратегия управления с двойным замкнутым контуром слабого магнетизма, скорости и тока. В процессе разряда используются стратегии управления с обратной связью по напряжению и с прямой связью по току. После динамической балансировки вибрация маховикового накопителя энергии снижается до 0,07 мм. Эффективность зарядки и разрядки источника питания накопителя энергии маховика достигает 86% -88%.

Основным принципом накопления энергии маховиком является преобразование электрической энергии в кинетическую энергию вращающегося тела: на стадии накопления энергии маховик ускоряется двигателем для преобразования электрической энергии в механическую; Во время фазы высвобождения энергии двигатель работает как генератор, двигатель с маховиком замедляется, преобразует механическую энергию в электрическую и выдает отдачу.

Современная система накопления энергии с маховиком объединяет передовую технологию композитного ротора, технологию магнитных подшипников, высокоскоростной двигатель и технологию силовой электроники для значительного повышения производительности. Примерно в 2000 году современные продукты для хранения энергии с маховиком начали продвигать для обеспечения бесперебойного электроснабжения, управления качеством электроэнергии и управления энергосистемой. Разрабатываемые приложения для хранения энергии с помощью маховика включают производство энергии ветра и солнечной энергии. В последние годы Китай совершил прорыв в исследованиях и разработках ключевых технологий для хранения энергии с помощью маховика.

Буровая установка для бурения нефтяных скважин - основное оборудование для буровых работ. Его мощность обычно обеспечивают дизельные или газовые двигатели. Выходные характеристики силового агрегата недостаточно гибкие, чтобы адаптироваться к частым и большим колебаниям нагрузки буровой установки, а энергосистема обладает большей способностью к резервированию мощности.

Электродвигатель пикового регулирования и устройство накопления энергии маховика вводятся в систему питания бурения для реализации операции пикового регулирования. При низкой нагрузке использование резервной мощности силового агрегата для приведения в действие двигателя регулировки пиковых значений для выработки электроэнергии и зарядки системы накопления энергии маховиком; Когда возникает пиковая нагрузка, система накопления энергии маховика разряжается, приводит в действие электродвигатель, регулирующий пиковую нагрузку, для выполнения электрической работы и быстро передает мощность в энергосистему для балансировки нагрузки. Блок питания, работающий на пике, работает без сбоев и может снизить избыточную мощность, что способствует энергосбережению и сокращению выбросов.

Технические показатели накопителя энергии, предлагаемого гибридной системой передачи буровой установки: 100-300 кВт мощности зарядки, 500-1000 кВт генерирующей мощности, 42 МДж полезной энергии и 3-5 мин частого цикла зарядки и разрядки. . Исследования показывают, что производители не могут предложить никаких зрелых продуктов. С этой целью была разработана система накопления энергии с маховиком мощностью 1 МВт / 60 МДж и проведено экспериментальное исследование осевого динамического баланса, заряда и разряда, потерь и эффективности.

заключение

С помощью метода анализа прочности конечных элементов моделируется и оптимизируется структура решетки маховика из крупнолегированной стали с переменным сечением и ротора двигателя с постоянными магнитами из стали с встроенным магнитом. После оптимизированной конструкции несущая способность собранного подшипника с постоянными магнитами достигает 50 кН, что эквивалентно весу системы вала двигателя маховика.

На основе технологии электронного преобразования мощности большой мощности и векторного управления двигателем разработаны аппаратные и программные средства схемы управления для зарядки малой мощности и выработки электроэнергии высокой мощности. Применяются комбинированные стратегии управления слабым магнетизмом, прямой связью по току, замкнутым контуром напряжения и замкнутым контуром скорости. Вибрация маховикового накопителя энергии была уменьшена до 0,02 мм в области высоких скоростей вращения после балансировки маневров, и весь диапазон скоростей был реализован для плавной работы.

Теоретический анализ механических потерь и потерь в стали двигателя согласуется с экспериментальными результатами. Потери системы в режиме ожидания составляют 18 кВт, что составляет 2% от максимальной мощности выработки электроэнергии. Эффективность цикла зарядки и разрядки маховикового накопителя энергии составляет 86% -88%. Экспериментальные результаты показывают, что накопитель энергии маховиком - это технология накопления энергии с высокой мощностью и высокой эффективностью.

Страница содержит содержимое машинного перевода.