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新飞轮引发了对储能突破的希望

作者:中国储能网新闻中心 来源:百家号 发布时间:2018-11-16 浏览:
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中国储能网讯:如果只有人能够解决存储问题 - 如何大规模地廉价存储大量电力,可再生能源可能是世界上主要的能源来源?电池太贵,不能持续足够长的时间。抽水电站很便宜但对大多数地方来说都不可行。蓄热很有前景,但仍然太昂贵或难以扩展。压缩空气价格便宜且可扩展,但效率不高(尽管LightSail是一家由Peter Thiel,Vinold Khosla和比尔盖茨支持的新公司,希望改变这种状况)。飞轮怎么样?最大的玩家Beacon Power 于2011年破产。

然而,飞轮可能正在获得第二次生命。硅谷发明家比尔格雷拥有一种新的飞轮设计,可以以每千瓦1,333美元的价格提供分布式和高度可扩展的存储,使其与泵送水力和压缩空气相比具有价格竞争力。效率超过80%,可与最佳存储替代品相媲美,并提供10年保修。它将成为具有太阳能光伏(PV)系统的离网房屋的完美补充,能够在大多数太阳能光伏系统的充电时间内在5小时内完全充电 - 并且可以存储15千瓦时的电力,足够从日落到日出经营一个不起眼的房子。

Gray将他的发明称为Velkess(用于VEry大型动能储存系统)。他目前正在Kickstarter活动中为原型筹集资金。

Velkess通过更好地管理旋转质量的自然“摆动”来改进传统的飞轮。传统的飞轮非常昂贵,因为工程师将车轮旋转的自然轴线与发电机的所需旋转对齐。因此,他们总是努力使用非常昂贵的磁铁和轴承,高精度工程和高级碳纤维或刚性钢等材料来最小化车轮的自然摆动。Beacon用于电网存储的飞轮每兆瓦时耗资高达300万美元。

格雷不是试图对抗摆动,而是通过将车轮悬挂在万向节内来重定向它 - 这一概念使陀螺仪工作。

Velkess中的万向节是不对称的,因此两个旋转轴 - 飞轮轴以及驱动无刷感应直流电机的转子轴不在同一平面上,并且具有不同的频率周期。这抑制了使传统飞轮难以控制的共振效应(其中一个平面中的共振干扰可能会加剧,直到设备破碎)。使用万向节,一个平面内的共振被转换为另一个平面,这在同一频率下是非共振的。因此,仅需要非常宽松的工程公差 - 大约十六分之一英寸 - 来构建该装置。

Gray依靠德克萨斯A&M大学退休教授机械工程师John Vance的开创性工作,他对飞轮,机械振动和转子动力学进行了广泛的研究。格雷还降低了材料成本。而不是用昂贵的钢铁或碳纤维制造轮子,格雷用廉价的“E-玻璃”级玻璃纤维制造出来 - 与用于浴室门和钓鱼竿的东西相同。因为它是一种更加灵活的材料,当玻璃纤维轮的旋转速度发生变化时,它比钢或碳纤维更容易翘曲和摆动。

当其他飞轮制造商专注于提高密度和发电量时,格雷专注于降低存储的资本成本似乎已经得到了回报。格雷说,Velkess每兆瓦时可以存储300,000美元的电费,约为Beacon单位成本的十分之一。“我很高兴看到这个概念得到宣传,因为我相信它有成功的希望,”万斯谈到Velkess。

Gray的设计还可以更容易地控制其最关键部件的可能故障:车轮本身和轴承。因为飞轮是成千上万根光纤的束,如果一根光纤断裂,它就会摆脱束而不是直接对车轮的其余部分施加压力并使其断裂。飞轮将简单地“脱落”轻质材料。

对于轴承,Velkess使用“角接触陶瓷混合”(氮化硅)球轴承在不锈钢轨道中运行,其中轴承和推力载荷都漂浮在磁铁上。如果轴承开始失效,它们产生的热量将在早期由一个简单的温度传感器检测到。

在发生灾难性事件之前很久就可以很容易地检测出任何类型的故障,从而允许设备发出警告并触发关机。在离网关闭时,该装置将排出热空气直至其旋转至停止 - 大致相当于运行10小时的1,500瓦干发器。在并网应用中,它可以简单地将电力转储到电网。

整个装置装在真空密封的钢箱内,与家用冰箱的占地面积大致相同,只有一点点。飞轮本身的高度和直径约为66 x 66厘米,重约340公斤。

它将进行优化,在27安培时提供高达3千伏安的连续功率输出,但可以处理水泵和圆锯等重型设备启动时出现的更高“爆发”功率负载。该装置可以以任何速率放电至三千瓦,直到飞轮旋转至其“完全放电”的速度为每分钟9,000转。

格雷打算首先针对48伏离网住宅市场,其中Velkess将成为典型48伏电池系统的直接替代品。之后是240伏的住宅和小型商业市场,当电网停电时,Velkess可以为并网太阳能光伏系统提供备用。最终,他希望进入600伏的公用事业规模太阳能市场。

在Beacon失败的情况下,Velkess可能会成功。与大多数竞争对手一样,后一种设备只能在非常短的时间内释放大量电力,而格雷则会做相反的事情:它可以根据需要缓慢放电几小时。而Beacon的系统非常昂贵以至于它对工业应用来说才真正有意义,而Grey的价格便宜到足以在住宅和小型商业市场中获得良好的经济意义。

关键字:飞轮储能

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