Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Kohári Zalán, PhD: Lendkerekes energiatárolás szupravezetős csapággyal 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. Lendkerekes energiatárolás szupravezetős.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Kohári Zalán, PhD: Lendkerekes energiatárolás szupravezetős csapággyal 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. Lendkerekes energiatárolás szupravezetős."— Előadás másolata:

1 Kohári Zalán, PhD: Lendkerekes energiatárolás szupravezetős csapággyal 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, nov. 10. Lendkerekes energiatárolás szupravezetős csapággyal Dr. Kohári Zalán, adjunktus Budapest Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamos Energetika Tanszék Supertech Laboratórium Száz éves a szupravezetés Az MTA Műszaki Tudományok Osztályának tudományos ülése

2 Röviden a technológiáról:  mozgó (forgó) alkatrészben tárolja az energiát Lendkerekes energiatárolás Tárolt energia: Előnyök:  Nagy teljesítmény sűrűséggel rendelkezik  Hosszú élettartam (> ciklus, >20 év)  Nincs kapacitás csökkenés az élettartam során  Az élettartama független a kisütések időtartamától  A töltöttsége könnyen és pontosan megállapítható  Időjárástól független, környezeti hatásokra érzéketlen  Alacsony környezeti terhelést jelent Hátrányok:  Jelentős önkisülés  Rendszerszinten alacsony energiasűrűség  Bonyolult

3 A korszerű, szupravezetős csapágyazású lendkerekes energiatárolók nagyon komplex műszaki eszközök. Tervezésük sok mérnöki terület együttes és mélyreható ismeretét igényli. Főbb területek:  szilárdságtan (lendkerék tervezése)  rotor dinamika (dinamikus mozgások és veszteségek)  vákuumtechnika (légsúrlódás csökkentésére)  alacsony hőmérsékletű technika (-180 ˚C alatti hőmérsékletek előállítása és fenntartása)  szupravezetők fizikája (lebegtetőerők, csillapítás meghatározása)  villamos gépek tervezése (energia ‑ átalakító)  villamos hajtások tervezése (hálózati kapcsolat, motor és generátor üzem)  áramlástan (légsúrlódási veszteségek folytonos közegben és szabad molekulafolyamban) Lendkerekes energiatárolás

4 Alkalmazási területek:  Rövid idejű energiatárolás  Dinamikus UPS (Jellemzően s)  Primer szabályozás (legalább 15 perc)  Menetrend tartás (szél- és naperőművek)  Energiamenedzsment (órák, fejlesztés alatt)  Meddőteljesítmény kompenzáció (minimális tárolt energia szükséges)  Terhelés kiegyenlítés (maximális teljesítmény helyett elegendő átlagteljesítményt lekötni)  Visszatáplált fékenergia tárolása vasúti vontatásban  Egyes tudósok a gyűrű alakú részecskegyorsítókat is lendkeréknek tekintik Nagy ciklusszám igény esetén (pl. primer szabályozás, űreszközök energiaellátása) nincs jobban megfelelő energiatárolási mód! Lendkerekes energiatárolás

5 Alkalmazási területek:  Hibrid rendszerek  A lendkerék a nagyobb frekvenciás változásokat egyenlíti ki (>10 mHz)  A másodlagos energiatároló a tárolt energia nagy mennyiségéről gondoskodik (pl. akkumulátor, szivattyús tározó)  Az energiarendszerben az erőművek gradiense növelhető lendkerekes rendszerrel történő kiegészítéssel (Beacon Power Smart FW rendszer <4s alatt 100 % teljesítményre fut fel)  Elsősorban az energiarendszerben alkalmazhatók előnyösen, de  Hibrid járművekben is reális alternatívaként tartják számon CVT-vel ultrakapacitások vagy akkumulátorok helyett főüzemi energiatárolóként (NEDC, ACDC alapján)* Lendkerekes energiatárolás *Reed T. Doucette, Malcolm D. McCulloch: A comparison of high-speed flywheels, batteries, and ultracapacitors on the bases of cost and fuel economy as the energy storage system in a fuel cell based hybrid electric vehicle, Journal of Power Sources 196 (2011) 1163–1170

6 Kereskedelmi forgalomban kapható legnagyobb, sorozat- gyártott rendszer (mágneses+hagyományos csapágy): Lendkerekes energiatárolás Beacon Power Corporation Beacon Smart 25 FW :  25 kWh/100 kW  15 perc névleges kisütési idő  Élettartam > ciklus, 20 év  Szénszál és üvegszálkeverékből készített forgórész  % energia hatásfok  /perc névleges fordulatszám  mbar vákuum  4 tonna forgó tömeg  20 MW frekvenciaszabályozó üzem (Stephentown, NY, USA) 2011 július

7 Lendkerekes energiatárolás Beacon Power Corporation 20 MW frekvenciaszabályozó üzem (Stephentown, NY, USA) 2011 július

8 Röviden a technológiáról:  Mágneses erőhatások hozzák létre a lebegtetőerőt  A fluxus „állandóság” miatt jön létre stabil lebegés (ideális vezető fluxusa állandó) Előnyök:  Rendkívül alacsony veszteségek (0,1 %/óra, ekvivalens súrlódási együttható)Hátrányok:  Rendkívül alacsony üzemi hőmérséklet (<=77K)  Kis csillapítás (rezgésekre hajlamos)  Kis erősűrűség (10-15 N/cm 2 )  Kiforratlan technológia Szupravezetős csapágyazás

9 Axiális fluxusú: Szupravezetős csapágyazás

10 Radiális fluxusú: Szupravezetős csapágyazás Szupravezetők rézbe ágyazva (állórész) Kontrapoláris állandómágnes gyűrűk ferromágneses szendvicsben (forgórész)

11 Radiális fluxusú: Szupravezetős csapágyazás Szupravezetők rézbe ágyazva (állórész) Kontrapoláris állandómágnes gyűrűk ferromágneses szendvicsben (forgórész)

12 Lendkerekes energiatárolás Legjelentősebb fejlesztési eredmények szupravezetős csapággyal:  Dynastore  2 MW/10 kWh (18 s)  Kapcsolt reluktancia motor/generátor  /perc névleges fordulatszám  554 kg forgórész tömeg, 1,28 m külső átmérő  K közötti üzemi szupravezető hőmérséklet

13 Dynastore: Lendkerekes energiatárolás

14 Legjelentősebb fejlesztési eredmények szupravezetős csapággyal:  Boeing  5 kWh/3 kW (6000 s)  Állandómágneses motor/generátor  /perc névleges fordulatszám  132 kg forgórész tömeg  360 W hűtőgép felvett teljesítmény  18 W hűtőteljesítmény (77 K)

15 Lendkerekes energiatárolás Boeing:

16 Lendkerekes energiatárolás Boeing 3kW/5kWh SFES teljesítmény adatok: M Strasik, J R Hull, et al.: An overview of Boeing flywheel energy storage systems with high-temperature superconducting bearings, Supercond. Sci. Technol. 23 (2010) (5pp)

17 Lendkerekes energiatárolás Legjelentősebb fejlesztési eredmények szupravezetős csapággyal:  ATZ/Magnet Motor  5 kWh/250 kW (72 s)  Állandómágneses motor/generátor  70 K üzemi szupravezető hőmérséklet  1,8 kW hűtőgép teljesítmény felvétel  40 W hűtőteljesítmény 70 K-en (GM)  600 kg forgórész  2000 kg forgórész fejlesztés alatt

18 Lendkerekes energiatárolás ATZ/MM:

19 Szupravezetős csapágyak mérése és szimulációja:  Veszteségek meghatározása kifutási mérések alapján  Dinamikus szimuláció a viselkedés ellenőrzésére  Analitikus és végeselemes modellek alapján méretezés és ellenőrző számítások Kutatási eredmények a BME VET-en Hengerszimmetrikus szupravezetős csapágy fluxusképe:

20 Veszteségforrások:  hiszterézis veszteség ~ω  örvényáramú veszteség ~ω 2  a mágneses szimmetriatengely keringésétől független  inhomogenitások  a mágneses szimmetriatengely keringésétől függő  az állórész és forgórész mágneses szimmetriatengelyeinek távolságával (h) arányosan növekednek, azaz a szupravezetőre és a benne lévő fluxusszálakra ható erővel arányosak  Légsúrlódási veszteségek  Lamináris, turbulens (folytonos közeg)  Szabad molekulafolyam (nagyvákuum) Veszteségek számítása

21 Kifutás levegőben Kifutási mérések vákuumban és levegőn Kifutási mérés eredménye levegőn:

22 Egyszerű elrendezésekre (h<

23 A mágneses szimmetriatengely mozgása a kritikus fordulatszám felett és alatt, 0,1 mm excentricitás esetén Levegőn végzett kifutási mérés és szimulációja Szupravezetős csapágy dinamikus szimulációja

24 Levegőn végzett kifutási mérés és dinamikus szimulációja Szupravezetős csapágy dinamikus szimulációja

25 Vákuumban végzett kifutási mérés és szimulációja Lendkerekes energiatároló mérése vákuumban

26 Teljesen tanszéki fejlesztésű kompakt energiatároló •50 kJ/3,5 kW (14 s) •Állandómágneses motor/generátor •Vasmentes állórész •Axiális fluxusú csapágy •12 kg forgó tömeg •15 000/perc névleges fordulatszám •A VILLAMOS GÉP MAGA A LENDKERÉK!

27  Kéttárcsás, állandómágneses forgórész  Vasmentes, koncentrikus, nem átlapolt tekercsekkel készített állórész Teljesen tanszéki fejlesztésű kompakt energiatároló

28 Vákuumban végzett kifutási mérés és szimulációja Lendkerekes energiatároló mérése vákuumban

29 Fordulatszám [1/min] Nyomás [mbar] Légsúrlódási veszteség [W] Örvényáramú veszteség [W] Hiszterézis veszteség [W] Összes veszteség [W] ,066 % 0,049 % 0,529 % 0,358 % 350 W 350 W 3500 W 3500 W Mérési eredmények

30 Köszönöm megtisztelő figyelmüket!


Letölteni ppt "Kohári Zalán, PhD: Lendkerekes energiatárolás szupravezetős csapággyal 100 éves a szupravezetés, MTA MTO, 2011. nov. 10. Lendkerekes energiatárolás szupravezetős."

Hasonló előadás


Google Hirdetések