플라이휠 에너지 저장 시스템 속으로
1. 플라이휠 에너지 저장 시스템이란 무엇입니까?
전기모터를 이용하여 플라이휠을 구동시켜 고속으로 회전시키고, 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 저장한 후, 플라이휠을 이용하여 발전기를 구동시켜 전기를 생산하는 에너지 저장방식을 말합니다. 필요할 때. 플라이휠 에너지 저장 시스템은 주로 로터 시스템, 베어링 시스템 및 변환 에너지 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 진공, 극저온, 인클로저 및 제어 시스템과 같은 지원 시스템도 있습니다. 기본 구조는 그림에 나와 있습니다.
플라이휠 에너지 저장장치에는 모터가 내장되어 있는데, 이는 모터이자 발전기이기도 하다. 충전 시에는 플라이휠을 가속하는 모터 역할을 하고, 방전 시에는 주변 장치에 전원을 공급하는 발전기 역할을 하며 플라이휠이 유휴 상태일 때는 전체 장치가 작동합니다. 최소한의 손실.
플라이휠 에너지 저장 장치에는 화학적 활성 물질이 없으며 화학 반응이 일어나지 않습니다. 회전 플라이휠은 순전히 기계적인 동작이며, 회전 시 플라이휠의 운동 에너지는 다음과 같습니다. E =1/2JΩ^2
여기서: J는 플라이휠의 회전 관성이고 Ω는 각도입니다. 실제 작업에서 플라이휠의 속도는 40000~500000r/min에 도달할 수 있기 때문에 일반적으로 금속으로 만들어진 플라이휠은 이러한 높은 속도를 견딜 수 없기 때문에 플라이휠은 일반적으로 탄소섬유로 만들어집니다. , 가볍고 강합니다. 동시에 충전 및 방전 중 에너지 손실(주로 마찰 손실)을 줄이기 위해 모터와 플라이휠 모두 자기 베어링을 사용하여 플로팅합니다. 기계적 마찰을 줄이기 위해 동시에 플라이휠과 모터를 진공 용기에 넣어 공기 마찰을 줄입니다. 이러한 방식으로 플라이휠 배터리의 순 효율(입력 및 출력)은 약 95에 도달할 수 있습니다.
2. 국내외 플라이휠 에너지 저장 시스템 연구 현황과 발전 및 미래
플라이휠 배터리는 1990년대에 제안된 신개념 배터리의 한계를 돌파한 것이다. 화학 배터리와 물리적 에너지를 사용하는 이 방법은 전기 에너지와 기계적 에너지를 상호 변환하므로 오염을 일으키지 않습니다. 플라이휠 에너지저장전지는 원래 전기차에 적용할 목적이었으나 당시 기술 수준에 한계가 있어 개발되지 못했다. 1990년대가 되어서야 회로 토폴로지 아이디어의 발전, 탄소 섬유 소재의 광범위한 적용, 전 세계적으로 오염에 대한 강조로 인해 이 새로운 유형의 배터리가 자기 베어링 기술의 발전과 함께 급속히 발전했습니다. 배터리는 더 넓은 적용 가능성을 가지고 있으며 실험실에서 사회로 빠르게 이동하고 있습니다.
유럽과 미국의 현재 상황을 보면 자동차 업계에서는 American Flywheel Systems (AFS)가 열차 측면에서 Chrysler LHS 세단을 기반으로 AFS20 플라이휠 배터리 자동차를 생산했으며 독일의 Siemens는 길이 1.5m, 폭 0.75m 크기의 플라이휠 배터리가 개발돼 3MW의 전력을 제공하고 30%의 제동에너지를 저장할 수 있는 것이 미국에서 군용장비에 활용되기 시작했다. 특히, 대형 하이브리드 견인 기관차의 경우, 미 국방부는 미래의 전투 차량이 통신, 무기, 보호 시스템을 위해 광범위하게 전기 에너지를 필요로 할 것이라고 예측하고 있습니다. 플라이휠 배터리는 빠른 충전 및 방전으로 인해 차량을 최적의 상태로 유지할 수 있습니다. 독립적이고 안정적인 에너지 출력 및 경량화. 차량 소음 감소(전투에서 매우 중요함) 및 차량 가속 성능 향상의 장점은 높은 에너지 저장으로 인해 미군의 우주 에너지 저장 장치의 주요 고려 사항이 되었습니다. 플라이휠 에너지 저장 장치의 밀도와 재료 과학 및 자기 베어링 기술의 지속적인 발전으로 위성에 사용되는 플라이휠 에너지 저장 장치는 위성 벽에 설치할 수 있을 만큼 작습니다. 게다가 플라이휠 에너지 손실도 발생합니다. 저장 장치는 작동 시 매우 작으며 기본적으로 유지 관리가 필요하지 않습니다. 이 기술은 위성 장치 및 우주 정거장의 에너지 공급 센터인 태양 에너지 저장 배터리에 지속적으로 사용되고 있으며 플라이휠은 자세 제어에도 사용될 수 있습니다. 위성.
시장조사업체 리서치앤마켓츠(Research and Markets)가 최근 발표한 보고서에 따르면, 2010년부터 2014년까지 글로벌 플라이휠 에너지 저장 시장은 연평균 12%씩 성장할 것으로 전망된다. 그러나 국내 플라이휠 에너지저장장치 시장이 탄력을 받기까지는 3~4년 정도밖에 걸리지 않을 것으로 보인다.
미국, 독일, 일본 등 선진국에서는 플라이휠 에너지 저장 기술을 많이 개발하여 적용해 왔다. 유럽에서는 프랑스 국립과학연구센터, 독일 물리첨단기술연구소, 이탈리아 SISE 등이 모두 고온 초전도 자기베어링용 플라이휠 에너지 저장 시스템에 대한 연구를 진행하고 있다. 플라이휠 에너지저장 연구는 주로 에너지 밀도를 높이기 위한 복합재료 기술 개발과 초전도 자기부상 기술 개발에 중점을 두고 있다. 그 중 초전도 자기 부상은 손실을 줄이는 주요 방법이며, 복합 재료는 에너지 저장 밀도를 높이고 시스템 부피와 무게를 줄일 수 있습니다. 2014년 9월 16일, 국내 최초의 플라이휠 200kW 산업용 자기 플라이휠이 성공적으로 디버깅되었습니다. 모든 실험 테스트 지표가 양호하고 플라이휠이 정상적으로 작동하며 성능이 안전하고 신뢰할 수 있습니다. 전문가들은 이번 에너지저장 기술과 지적재산권이 완전한 제품이 국내 기술과 시장의 격차를 메웠다고 평가했다.
현재 하이브리드 전기 자동차(HEV)용 플라이휠 배터리 시스템을 적극적으로 개발하는 기관이 있습니다. 주요 기능: A) 주 전원의 전원 출력을 안정화합니다. 하이브리드 차량의 시동, 상승 및 가속 시 플라이휠 배터리는 신속하고 큰 에너지로 방전되어 주 전원에 보조 전력을 제공하고 주 전원의 출력 손실을 줄일 수 있습니다. B) 에너지 회수 효율을 향상시킵니다. 하이브리드 전기 자동차가 내리막길, 타력 주행 및 제동 시 플라이휠 배터리는 운동 에너지를 신속하고 대량으로 저장할 수 있으며, 충전 속도는 "활성 물질"의 화학 반응 속도에 영향을 받지 않아 에너지 회수 효율을 향상시킬 수 있습니다. 회생제동시. HEV에 플라이휠 에너지 저장장치를 적용할 때, 플라이휠의 자이로스코프 효과를 어떻게 최대한 줄이고 플라이휠의 작동 효율을 향상시킬 것인가가 주요 문제이다. 동급 차량에 맞춰 플라이휠 에너지 저장 시스템을 설치한 후 상대적으로 작은 엔진으로 동력을 공급해 에너지 절약과 배기가스 저감을 달성할 수 있다. 최근 공업정보화부는 '신에너지 자동차 제조기업 및 제품 접근 관리 규정'을 발표하면서 신에너지 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나로 고효율 에너지저장장치를 규정에 구체적으로 포함시켰다. 고효율 에너지 저장 장치의 대표주자인 플라이휠 에너지 저장 장치는 자동차 애플리케이션에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 플라이휠 배터리는 최대 150W·h/kg의 특정 에너지, 5,000~10,000W/kg의 특정 출력, 최대 25년의 수명을 가지며, 전기 자동차가 500만km를 주행할 수 있다고 합니다.
플라이휠 에너지 저장 기술은 신비해 보일 수도 있지만 지하철이 역에 들어오고 나갈 때 에너지 전환이 이루어지는 등 실제로 사람들의 생활과 밀접한 관련이 있습니다. 플라이휠에 넣고 열차가 속도를 높이기 위해 역을 떠날 때 플라이휠 출력 에너지가 필요합니다. 이 시스템은 지하철 에너지 소비의 약 20%를 절약할 수 있습니다. 플라이휠 기술은 우리나라에서는 아직 연구개발 단계에 있지만, 세계 선진국들은 수십 년의 개발 역사를 가지고 있으며 F1 경주 에너지 회수, 트랙 견인 에너지 회수, 마이크로그리드 전압 조절 및 그리드 등 많은 분야에 적용되어 왔습니다. 연결, 초저온 폐열 재활용, 비상 UPS 전원 공급 장치, 고속 원심 팬 등
3. 플라이휠 에너지 저장 시스템의 장점
플라이휠 에너지 저장 기술은 현재 가장 유망한 에너지 저장 기술 중 하나입니다. 리튬 배터리 및 납축 배터리와 비교할 때 플라이휠 에너지 저장에는 많은 장점이 있습니다.
1. 높은 에너지 저장 밀도. 에너지 저장 밀도는 100~200wh/kg에 도달할 수 있고, 전력 밀도는 5000~10000w/kg에 도달할 수 있습니다.
2. 고효율. 작업 효율은 95%에 달합니다.
3. 유지 관리 비용이 저렴합니다. 작동 중 손실이 매우 적고 기본적으로 유지 관리가 필요하지 않습니다.
4. 긴 수명. 반복되는 심방전에 영향을 받지 않으며 20년 이상의 설계 수명을 가지고 있습니다. 자기 부상 베어링 및 진공 환경으로 인해 기계적 손실을 무시할 수 있으며 시스템 유지 관리 주기가 길습니다.
5. 없음 소음.
6. 환경 오염이 적고 주변 환경에 거의 영향을 미치지 않습니다.
지리적 환경 제한 등을 받지 않으며 현재 가장 유망한 에너지 저장 기술 중 하나입니다.
4. 플라이휠 에너지 저장 시스템의 단점
에너지 밀도가 충분히 높지 않으며 에너지 방출은 짧은 시간, 일반적으로 수십 초 동안만 지속될 수 있습니다. . 자체 방전율이 높기 때문에 충전을 중지하면 몇 시간에서 수십 시간 내에 에너지가 소모됩니다. Active Power의 플라이휠 에너지 저장 시스템은 모듈당 250kW를 출력하고 대기 손실은 2.5kW이므로 일부 데이터에서는 효율성이 99라고 주장합니다. 그러나 이것은 조건부입니다.
빨리 사용해야 효율적입니다. 자체 방전되면 효율성이 크게 감소합니다. 예를 들어, 수만 번 회전하는 고속 플라이휠 시스템의 손실은 약 100와트이고, 1킬로와트시 시스템은 10시간 동안만 자체 방전을 유지할 수 있습니다. 따라서 플라이휠 에너지 저장 장치는 고전력, 단기 방전 또는 빈번한 충전 및 방전의 에너지 저장 요구 사항에 가장 적합합니다.
5. 플라이휠 에너지 저장 시스템의 현재 활용 분야
기술 및 재료 가격의 한계로 인해 플라이휠 배터리의 가격이 상대적으로 높으며 그 장점이 작은 행사. 그러나 다음과 같은 대규모 에너지 저장 장치가 필요한 일부 상황에서는 화학 배터리도 가격이 매우 높기 때문에 점차적으로 플라이휠 배터리가 사용되었습니다.
1. 인공위성, 우주선, 우주정거장 등 우주에서 플라이휠 배터리는 1회 충전으로 같은 무게의 화학 배터리보다 2배의 전력을 제공할 수 있으며, 같은 부하의 사용 시간도 더 길다. 화학전지의 3~10배다. 동시에 속도를 측정하고 제어할 수 있기 때문에 언제든지 전기 에너지량을 확인할 수 있습니다. NASA는 우주 정거장에 48개의 플라이휠 배터리를 설치했는데, 이 배터리는 모두 150KW 이상의 전기 에너지를 제공할 수 있습니다. 화학전지에 비해 약 200만 달러를 절약할 수 있는 것으로 추산된다.
2. 교통수단에는 기차와 자동차가 포함됩니다. 이러한 종류의 차량은 내연기관과 전기 모터를 혼합하여 구동됩니다. 플라이휠 배터리는 빠르게 충전되고 완전 방전되는 차량에 사용하기에 매우 적합합니다. 하이브리드 에너지로 플라이휠 배터리는 차량이 정상적으로 작동할 때와 제동할 때 충전됩니다. 플라이휠 배터리는 가속이나 상승 시 차량에 전력을 공급하여 차량이 안정적이고 최적의 속도로 작동하도록 보장하여 연료 소비, 공기 소비 및 소비를 줄일 수 있습니다. 소음 공해, 엔진 유지 보수, 엔진 수명 연장. 미국 텍사스대학교(TEXAS University)는 차량이 필요할 때 150KW의 에너지를 공급할 수 있고, 완전 적재된 차량을 100Km/h까지 가속할 수 있는 자동차용 플라이휠 배터리를 개발했습니다.
2010년 미국 르망 시리즈 최종 라운드에서 포르쉐 911GT3 하이브리드 경주용 자동차에 이 기술이 처음으로 공식적으로 적용됐다(대회에서 중급에 선정된 차량). 911 GT3는 포르쉐 최초의 하이브리드 레이싱 카입니다. 918 스파이더 하이브리드의 전신인 플라이휠 기술은 속도와 민첩성을 희생하지 않고도 차량의 효율성을 높여줍니다. 포르쉐 918 스파이더 하이브리드는 500마력이 넘는 놀라운 성능을 자랑합니다. 4륜 구동이며 단 3.2초 만에 0에서 62mph까지 도달할 수 있습니다. 포르쉐는 900명의 잠재 구매자가 자동차 구입을 위해 등록했다고 밝혔다.
3. 무정전 전원 공급 장치 플라이휠 배터리는 신뢰성이 높고 안정적인 전원 공급을 제공할 수 있어 몇 초에서 몇 분 동안 전원을 공급할 수 있으며 이 시간은 공장에서 전원을 전환할 수 있을 만큼 충분합니다. 공급. 독일 회사 GmbH는 5초 안에 5MW의 전기 에너지를 제공하거나 흡수할 수 있는 플라이휠 배터리를 사용하여 UPS를 제조했습니다. 외국 데이터에 따르면 UPS 애플리케이션에서 플라이휠 에너지 저장 장치는 점차 납축 배터리를 대체하고 주류 기술이 되고 있습니다.
4. 군용 전투차량
플라이휠 배터리는 떠오르는 에너지 저장 방식으로 기존 화학 배터리와 비교할 수 없는 장점을 갖고 있으며 미래 저장에 매우 적합하다는 점을 널리 인정받고 있습니다. 에너지기술의 발전방향. 위에서 소개한 응용 분야 외에도 플라이휠 배터리 역시 소형화, 저비용화 방향으로 발전하고 있습니다. 가장 큰 문제는 휴대폰 배터리입니다. 기술과 재료과학의 발전으로 플라이휠 배터리는 앞으로 다양한 산업 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
Microcontrol New Energy 정보
Shenzhen Microcontrol New Energy Technology Co., Ltd.(Microcontrol 또는 Microcontrol New Energy라고 함)는 물리적 에너지 저장 기술 분야의 글로벌 리더입니다. 회사의 글로벌 본사는 선전에 위치하고 있으며 비즈니스는 북미, 유럽, 아시아, 라틴 아메리카 및 기타 지역을 포괄합니다. "안전하고 신뢰할 수 있으며 효율적인" 세계 최고의 자기 부상 에너지 기술을 통해 회사의 제품과 서비스가 널리 사용됩니다. Huawei, GE, ABB, Siemens, Emerson 다수의 Fortune 500대 기업이 신뢰합니다.
미래의 '청정, 고밀도, 디지털' 에너지라는 세 가지 주요 트렌드에 직면하여 회사는 에너지 운송, 저장, 재활용 및 데이터 관리를 위한 시스템 솔루션을 제공하기 위해 지속적으로 노력하고 있습니다. 전략적 신흥 산업.