Principes et scénarios d'application du stockage d'énergie par volant d'inertie
Le stockage d'énergie par volant d'inertie est une technologie intégrée dont l'orientation future est la vitesse élevée, le rotor en matériau composite et la structure de rotation interne et externe. Le stockage d'énergie par volant d'inertie offre de vastes perspectives d'application, mais le développement du marché n'en est qu'à ses débuts. À l'heure actuelle, le marché mondial du stockage de l'énergie se caractérise par une grande échelle, une vitesse rapide, de nombreuses politiques et un marché en pleine effervescence.
La demande chinoise en matière de stockage de l'énergie est énorme et urgente, et elle en est au premier stade de développement, de la démonstration à la commercialisation. Le gouvernement chinois a mis en place une série de politiques de soutien. Le stockage d'énergie par volant d'inertie est une technologie de stockage d'énergie mécanique à haute puissance, à réponse rapide, à haute fréquence et à longue durée de vie, qui offre de vastes perspectives d'application.
Principe de fonctionnement et structure du stockage d'énergie par volant d'inertie
L'ensemble du dispositif de stockage par volant d'inertie se trouve dans un boîtier fermé, ce qui permet d'obtenir un vide élevé pour réduire la traînée et protéger le système de rotor contre le fonctionnement. Le stockage d'énergie par volant d'inertie présente les avantages suivants : densité de stockage élevée, rendement de conversion énergétique élevé (jusqu'à 90%), nombre de charges et de décharges indépendant de la profondeur de la charge et de la décharge, absence de pollution. Le système de volant d'inertie joue un rôle important dans le domaine des systèmes électriques (y compris la connexion au réseau des énergies renouvelables, la régulation de la fréquence, etc.), des véhicules ferroviaires, des onduleurs, de l'aérospatiale et d'autres domaines.
Le système de stockage d'énergie par volant d'inertie se compose principalement de trois parties :
- Volant d'inertie;
- Moteur : moteur + générateur ;
- Roulements : fournir un support à faible perte pour le rotor.
Lorsque le volant d'inertie est chargé, le moteur commence à accélérer le volant, convertissant l'énergie électrique en énergie mécanique pour le stockage. Lorsqu'on a besoin d'électricité, la vitesse du volant d'inertie diminue et l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique par l'intermédiaire du générateur pour fournir de l'énergie externe.
Caractéristiques et avantages et inconvénients de la technologie de stockage de l'énergie par volant d'inertie
Caractéristiques techniques du stockage d'énergie par volant d'inertie
Le stockage d'énergie par volant d'inertie est une technologie de stockage d'énergie à haute puissance, à longue durée de vie et à haut rendement. Par rapport à d'autres technologies de technologie de stockage de l'énergieLe stockage d'énergie par volant d'inertie se caractérise par une perte de friction quasi nulle et une faible résistance au vent. La puissance spécifique du volant d'inertie peut atteindre plus de 8 kW/kg, ce qui est beaucoup plus élevé que la technologie traditionnelle de stockage de l'énergie électrochimique.
La durée de vie du stockage d'énergie par volant d'inertie dépend principalement de la résistance à la fatigue du matériau du volant d'inertie et de la durée de vie des composants électroniques du système. Actuellement, la durée de vie du volant d'inertie peut atteindre plus de 2 millions de fois, et la durée de vie n'est pas affectée par la profondeur de la charge et de la décharge. Aucune substance nocive n'est produite pendant le fonctionnement du système de stockage d'énergie par volant d'inertie et presque aucune maintenance n'est nécessaire pendant le fonctionnement. Il s'adapte bien aux conditions de travail et à l'environnement, et peut fonctionner normalement sous -20 ~ 50 ℃.
Caractéristiques techniques et applications du stockage d'énergie par volant d'inertie
| Avantages techniques | Densité de puissance élevée, haute efficacité, longue durée de vie, pas de pollution |
|---|---|
| Inconvénient technique | Faible densité énergétique et taux d'autodécharge élevé |
| Scénarios d'application | ASI, récupération d'énergie, régulation de la fréquence du réseau électrique, régulation de la pointe du micro-réseau, etc. |
Avantages et inconvénients du stockage d'énergie par volant d'inertie
Avantages du stockage d'énergie par volant d'inertie
- De bonnes caractéristiques de puissance, une vitesse de réponse rapide, une charge et une décharge de haute puissance de l'ordre de la milliseconde et une grande fiabilité ;
- Rendement élevé, absence de maintenance, pas de perte de friction due à la sustentation magnétique, et long cycle de maintenance du système ;
- Non affectée par le nombre de décharges profondes répétées, la durée de vie est généralement supérieure à 20 ans ;
- La température applicable est large, les caractéristiques de capacité ne sont pas affectées par les hautes et basses températures, et la température de travail est généralement comprise entre -10 et +40 °C ;
- Pas de substances chimiques, protection de l'environnement, pas de pollution.
Inconvénients du stockage d'énergie par volant d'inertie :
- La vitesse du volant d'inertie pouvant atteindre 40 000 à 50 000 tr/min, le volant d'inertie est généralement fabriqué en fibre de carbone et son coût est élevé ;
- La durée de libération de l'énergie est courte, généralement quelques dizaines de secondes seulement, et le taux d'autodécharge est élevé. Si la charge est interrompue, l'énergie sera complètement perdue en quelques dizaines d'heures.
Analyse des perspectives d'application du stockage d'énergie par volant d'inertie
Le stockage d'énergie par volant d'inertie est adapté aux scénarios de forte puissance, de réponse rapide et de haute fréquence. Les marchés typiques sont les onduleurs, le transport ferroviaire et la régulation de la fréquence du réseau électrique. À l'avenir, il y aura des marchés émergents tels que les piles de chargement et les machines de construction.
Marché des ASI
Les centres de données mondiaux, les stations de base de communication et les activités importantes ont tous des exigences claires en matière d'alimentation électrique ininterrompue. À l'heure actuelle, la combinaison batterie chimique + générateur diesel est principalement utilisée.
Par rapport aux batteries chimiques actuelles telles que Batterie au lithium de l'onduleurLe stockage d'énergie par volant d'inertie présente les avantages d'une réponse plus rapide, d'une puissance instantanée élevée, d'un faible encombrement et d'une longue durée de vie, et convient mieux à une utilisation avec des générateurs diesel comme sources d'alimentation UPS.
Transport ferroviaire
Actuellement, l'énergie électrique récupérée par les rames de métro entrant dans la station est consommée au moyen d'une dissipation thermique par résistance, ce qui pose le problème du gaspillage des ressources et de l'impact sur le réseau électrique.
Le volant d'inertie récupère l'énergie électrique lorsque le train entre dans la station et la restitue lorsque le train quitte la station, jouant ainsi un rôle d'économie d'énergie et de réseau électrique respectueux de l'environnement. Plusieurs stations de métro aux États-Unis ont fait la démonstration du stockage d'énergie par volant d'inertie, qui permet d'économiser 20% d'électricité.
Marché de la régulation de la fréquence des réseaux électriques
La centrale à modulation de fréquence à volant d'inertie est antérieure à la centrale à modulation de fréquence électrochimique. En tant que dispositif de stockage de l'énergie, le volant d'inertie est différent des dispositifs généraux de stockage de l'énergie. Il s'agit d'un dispositif de stockage d'énergie et il peut être utilisé pour le soutien à court terme de l'énergie.
Un déséquilibre entre la production et la consommation d'électricité dans le réseau électrique entraîne une fluctuation de la fréquence du réseau électrique. Pour atténuer ces fluctuations, le réseau électrique doit être équipé d'une centrale électrique à modulation de fréquence représentant 2% de la capacité totale de production d'électricité.
Actuellement, la régulation de la fréquence du réseau électrique chinois est principalement assurée par des groupes électrogènes. À l'avenir, la proportion d'énergie nouvelle entrant dans le réseau augmentera, et la demande de régulation de la fréquence du réseau sera plus importante.
Le stockage d'énergie par volant d'inertie se caractérise par une puissance élevée, une vitesse de réaction rapide et une forte capacité de circulation. Il peut rapidement et efficacement compenser la puissance active/réactive en fonction des changements du réseau électrique, stabiliser les charges fluctuantes, amortir les transitoires de production d'électricité et soutenir la fréquence et la tension du réseau électrique. Le stockage d'énergie par volant d'inertie a de bonnes perspectives d'application.
Stockage d'énergie pile de recharge pour véhicules électriques
Différent de remplacement de la batterieLes piles de recharge pour véhicules électriques à stockage d'énergie sont principalement utilisées dans les applications de recharge rapide et de forte puissance pour les véhicules électriques. Limitée par la capacité du réseau existant, la construction d'une station de recharge pour véhicules électriques implique une série de problèmes tels que l'augmentation de la capacité du réseau et l'ajustement de la planification urbaine.
Le système de pile de recharge rapide de véhicules électriques à haute puissance avec un lien de stockage d'énergie peut réduire la pression de la pile de recharge sur l'augmentation de la capacité du réseau électrique. Le volant de stockage d'énergie à sustentation magnétique est utilisé comme dispositif de stockage d'énergie, et le volant de stockage d'énergie est entièrement utilisé pour la charge lente et la décharge rapide, c'est-à-dire les caractéristiques de fonctionnement typiques de la charge à faible puissance et de la sortie à forte puissance.
Il peut non seulement répondre aux exigences de la recharge rapide des véhicules électriques, mais aussi éviter les contraintes liées à l'expansion de la capacité du réseau. En même temps, comme le volant de stockage d'énergie a une densité de puissance élevée, une petite taille, une disposition flexible, une protection environnementale verte et ne pollue pas, il peut être installé sous terre, ce qui élimine l'impact de la construction des stations de recharge sur l'aspect de la ville et réduit la pression des travaux de construction urbaine.
État actuel des applications du stockage d'énergie par volant d'inertie au niveau mondial
Le seuil technique du système de stockage d'énergie par volant d'inertie est relativement élevé, et il reste des problèmes urgents à résoudre dans la technologie des structures en matériaux composites, la technologie des paliers magnétiques et la technologie des moteurs à grande vitesse et à haut rendement dans le vide. Le rotor à grande vitesse en matériaux composites, la structure rotative interne fixe externe sont les axes de développement futurs. Les entreprises chinoises ont pratiquement maîtrisé la technologie des volants d'inertie en alliage, mais il existe un écart évident avec les pays étrangers en ce qui concerne la conception structurelle, les volants d'inertie en matériaux composites et d'autres aspects.
La technologie du stockage d'énergie par volant d'inertie a été explorée en Amérique du Nord dès les années 1950 et 1960. Un scénario d'application commerciale avec une demande relativement rigide et un modèle de profit clair a vu le jour, à savoir l'application de la régulation de la fréquence du réseau électrique. Des technologies et des produits stables et matures ont été créés, qui ont résisté à l'épreuve de l'exploitation commerciale, et une entreprise de premier plan dans le secteur du stockage de l'énergie par volant d'inertie a vu le jour.
L'investissement total en R&D de Temporal Power au Canada s'élève à 35 millions de dollars canadiens. Beacon Power, aux États-Unis, a investi jusqu'à 250 millions de dollars US dans divers types de recherche et de développement. La caractéristique technique commune des deux entreprises est qu'elles sont développées, conçues et fabriquées pour l'application commerciale de la régulation de la fréquence du réseau électrique.
Depuis des décennies, la Chine développe de manière indépendante une technologie de stockage de l'énergie par volant d'inertie, principalement sur la base de recherches théoriques menées dans diverses universités. À l'heure actuelle, près de dix fabricants de systèmes de stockage d'énergie par volant d'inertie en Chine mènent des activités de recherche et de développement d'équipements de stockage d'énergie par volant d'inertie, mais il n'y a pas beaucoup d'applications techniques qui ont été déployées. En 2022, le stockage d'énergie par volant d'inertie va progressivement s'intensifier et l'ensemble du secteur sera en phase d'exploration jusqu'à ce qu'un projet de stockage d'énergie par volant d'inertie de référence et exemplaire soit connecté au réseau.
L'équipement de stockage d'énergie par volant d'inertie est un équipement mécatronique basé sur la fabrication de précision et l'intégration multidisciplinaire. Son principal goulot d'étranglement réside dans la capacité de production à grande échelle de haute qualité et de stabilité. À l'heure actuelle, la plupart des technologies/produits de production de volants d'inertie en Chine en sont encore au stade de la production de prototypes d'essai, et il reste encore un long chemin à parcourir avant la production à grande échelle.
D'un point de vue global, l'application du stockage d'énergie par volant côté réseau dans le domaine de la régulation de la fréquence est mature. En 2011, la première centrale commerciale de régulation de fréquence avec stockage d'énergie par volant d'inertie a été raccordée au réseau et fonctionne toujours depuis plus de dix ans. La première centrale électrique commerciale de stockage d'énergie par volant d'inertie du Canada a été raccordée au réseau en 2014, et elle continue à fournir des services auxiliaires de régulation de la fréquence au réseau électrique local.
Conclusion
Parmi les nombreuses technologies de stockage de l'énergie, les systèmes de stockage à volant d'inertie ont suscité beaucoup d'intérêt en raison de leur rendement élevé, de leur grande capacité, de leur rapidité de réaction et de leur respect de l'environnement. En tant que technologie de stockage de l'énergie parvenue progressivement à maturité, le système de stockage de l'énergie par volant d'inertie a été appliqué aux domaines des véhicules électriques et de l'énergie électrique, remplaçant progressivement le stockage de l'énergie par batterie chimique, et est devenu une force incontournable dans l'industrie du stockage de l'énergie.
En Chine, la réserve technique du stockage d'énergie par volant d'inertie est pratiquement achevée et la commercialisation en est à ses débuts. Des projets de démonstration ont été lancés dans les domaines des onduleurs de grande puissance, de la régulation de la fréquence du réseau électrique et de la récupération de l'énergie cinétique.
1 réflexion sur “Principles and application scenarios of flywheel energy storage”
La technologie de stockage de l'énergie par volant d'inertie est vraiment fascinante ! 🚀⚡ En stockant efficacement l'énergie cinétique par une rotation à grande vitesse, elle offre des temps de réponse rapides et une puissance de sortie élevée, ce qui la rend idéale pour des applications telles que les systèmes UPS et le transport ferroviaire. La capacité à récupérer l'énergie pendant les arrêts de métro et à la libérer en cas de besoin permet non seulement d'économiser de l'électricité, mais aussi de maintenir la stabilité du réseau. 🌍🔋 Avec leur longue durée de vie et leur impact minimal sur l'environnement, les systèmes à volant d'inertie ouvrent la voie à un avenir plus vert dans le domaine du stockage de l'énergie. Nous sommes impatients de voir comment cette technologie évolue et se développe sur d'autres marchés !
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