Sistem de stocare a energiei volanului, explicații
A ȚINE MINTE
- Un volant stochează energia prin conversia energiei cinetice de rotație în electricitate și invers.
- Energia stocată crește cu masa și este proporțională cu pătratul vitezei de rotație.
- Există multe aplicații pentru volante: reglarea frecvenței și sprijinul tensiunii pe rețelele electrice, netezirea producției de energie regenerabilă, aplicații descentralizate etc.
- Cele mai mari două instalații, cu o capacitate de 20 MW fiecare, se află în Statele Unite.
rezumat
- Definiție
- Operațiune
- Aplicații
- Jucători majori
- Cifre cheie
- Domenii de aplicare
- Trecut
- Prezent și viitor
Un volant este un sistem de stocare a energiei sub formă de energie cinetică de rotație. Se compune dintr-o masă, de cele mai multe ori un cilindru gol sau solid (dar sunt posibile și alte forme). Această masă este rotită în jurul unei axe, de obicei fixată și închisă într-o incintă de protecție. Este conectat la un motor electric/generator care convertește energia cinetică în electricitate și invers.
Acest mecanism permite stocarea energiei:
- în faza de stocare, motorul convertește energia electrică de intrare în energie cinetică, ceea ce mărește viteza de rotație a masei;
- în faza staționară, adică de conservare a energiei, viteza de rotație a masei trebuie menținută constantă. Aportul de energie este apoi minim și compensează doar pierderile legate de frecare;
- în faza de destocare sau restituire, generatorul transformă energia mecanică în electricitate, încetinind astfel masa.
Energia stocată crește odată cu masa și este proporțională cu pătratul vitezei de rotație. Prin urmare, sunt posibile două „strategii” de stocare. Acestea corespund celor două tipuri de volante, dintre care unul joacă pe masă, celălalt pe viteză:
- volante cu viteză redusă: acestea sunt cele mai mature sisteme, acestea implicând mase mari în materiale grele precum oțelul. Viteza lor de rotație este mai mică de 10.000 rpm (rotații pe minut);
- volante de mare viteză: utilizează materiale mai ușoare precum fibra de carbon sau sticlă. Au viteze de rotație de până la 50.000 rpm.
Un criteriu crucial pentru funcționarea unei volante este capacitatea de a minimiza pierderile de energie în timpul fazei staționare. Pentru a face acest lucru, este necesar să se limiteze fricțiunea suferită de masa rotativă. Dintre soluțiile utilizate, putem menționa: utilizarea rulmenților cu bile de înaltă performanță, încadrarea masei într-o cameră de vid, suspensia magnetică a masei etc.
Un alt element esențial în alegerea materialului pentru masă este rezistența la tracțiune. De fapt, vitezele mari de rotație provoacă tensiuni semnificative asupra maselor care, dacă sunt slab dimensionate, se pot rupe, provocând distrugerea imediată a volantului.
Există multe aplicații posibile pentru volante. Printre acestea se numără:
- reglarea frecvenței și sprijinul tensiunii pe rețelele electrice: menține frecvența și tensiunea în jurul valorilor medii și în limitele definite de operatorul rețelei;
- netezirea producției de energii regenerabile: compensarea fluctuațiilor producției de energie electrică legate de intermitența sursei de energie (trecerea unui nor, sfârșitul unei rafale de vânt etc.);
- monitorizarea sarcinii: susține temporar variațiile zilnice ale cererii de energie din rețeaua electrică, de exemplu la începutul sau la sfârșitul orei de vârf, în timp ce modurile de producție pe scară largă încep sau se opresc;
- aplicații descentralizate: optimizarea utilizării energiei prin recuperarea energiei de frânare a metroului sau a energiei potențiale a gravitației macaralelor sau garantarea alimentării neîntreruptibile (UPS) care constă în asigurarea releului între momentul incidentului și începutul generator de urgență.