Què és l'emmagatzematge d'energia del volant?

Què és l'emmagatzematge d'energia del volant?

L'emmagatzematge d'energia és el procés de captura i emmagatzematge d'energia de diverses fonts, com ara solar, eòlica o nuclear, i alliberar-la quan sigui necessari, com ara durant la demanda punta, talls d'energia o emergències. L'emmagatzematge d'energia pot millorar la fiabilitat, l'eficiència i la sostenibilitat de la xarxa elèctrica, així com reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la dependència dels combustibles fòssils.

Hi ha molts tipus de sistemes d'emmagatzematge d'energia, com ara bateries, condensadorshidràulica bombada, aire comprimit, tèrmic, i cinètica. En aquest bloc, ens centrarem en una de les formes més prometedores i innovadores d'emmagatzematge d'energia cinètica: Emmagatzematge d'energia del volant (FES).

introducció

!Un volant de baixa velocitat)

  • Què és l'emmagatzematge d'energia del volant (FES)?
    • FES és una tecnologia que utilitza un dispositiu giratori, anomenat volant, per emmagatzemar i alliberar energia com a energia cinètica de rotació.
    • El principi bàsic de FES és accelerar un volant a una gran velocitat, utilitzant un motor elèctric o generador, i després desaccelerar-lo quan es necessita energia, utilitzant el mateix dispositiu que un generador o motor.
    • La quantitat d'energia emmagatzemada en un volant depèn de la seva massa, forma i velocitat de rotació. Com més ràpid giri el volant, més energia pot emmagatzemar.
  • Com funciona FES?
    • Un sistema FES típic consta de quatre components principals:
      • Un volant, que és un dispositiu cilíndric o en forma de disc fet d'acer, compost o altres materials, muntat sobre un eix i tancat en una cambra de buit per reduir la fricció de l'aire.
      • Un motor/generador, que és un dispositiu elèctric que pot fer girar el volant utilitzant electricitat de la xarxa o produir electricitat a partir de la rotació del volant.
      • Una unitat d'electrònica de potència, que és un dispositiu que controla la velocitat, la direcció i el flux de potència del motor/generador, així com converteix el corrent altern (AC) de la xarxa en corrent continu (DC) per al motor/generador, i viceversa.
      • Un sistema de coixinets, que és un dispositiu que suporta l'eix del volant i li permet girar amb suavitat i amb una fricció mínima. Hi ha dos tipus principals de coixinets: mecànics i magnètics. Els coixinets mecànics utilitzen el contacte físic, com ara coixinets de boles o de rodets, per suportar l'eix. Els coixinets magnètics utilitzen camps magnètics, com ara imants permanents o electroimants, per fer levitar l'eix sense contacte.
    • El funcionament d'un sistema FES es pot dividir en dos modes: càrrega i descàrrega:
      • En el mode de càrrega, la unitat d'electrònica de potència converteix l'AC de la xarxa a DC i l'envia al motor/generador, que fa girar el volant a una gran velocitat, emmagatzemant energia com a energia cinètica de rotació.
      • En el mode de descàrrega, la unitat d'electrònica de potència inverteix el procés i converteix el corrent continu del motor/generador en CA i l'envia de nou a la xarxa, a mesura que el volant s'alenteix, alliberant energia com a energia elèctrica.
  • Quins són els avantatges i els inconvenients de FES?
    • FES té molts avantatges respecte d'altres sistemes d’emmagatzematge d’energia, tal com :
      • Alta eficiència: FES pot aconseguir fins a un 90% d'eficiència d'anada i tornada, el que significa que només es perd el 10% de l'energia durant els cicles de càrrega i descàrrega.
      • Llarga vida útil: FES pot durar més de 20 anys i suportar milers de cicles de càrrega-descàrrega sense degradació significativa.
      • Resposta ràpida: FES pot carregar i descarregar energia en mil·lisegons, el que el fa adequat per a aplicacions que requereixen una regulació de freqüència elevada i ràpida.
      • Manteniment baix: FES té poques peces mòbils i no requereix refrigeració, calefacció o reposició química, a diferència de les bateries o els condensadors.
      • Respecte al medi ambient: FES no utilitza materials tòxics o perillosos, com ara plom, àcid o liti, i no emet gasos d'efecte hivernacle ni contaminants, a diferència dels combustibles fòssils o l'energia nuclear.
    • FES també té alguns desavantatges i reptes, com ara:
      • Cost elevat: el FES encara és relativament car en comparació amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia, especialment per a aplicacions a gran escala. Els principals factors de cost són els materials, la fabricació i la instal·lació del volant, el motor/generador, l'electrònica de potència i el sistema de coixinets.
      • Densitat d'energia limitada: el FES només pot emmagatzemar una quantitat limitada d'energia per unitat de massa o volum, en comparació amb les bateries o els condensadors. Això vol dir que FES requereix més espai i pes per a la mateixa quantitat d'emmagatzematge d'energia.
      • Riscos de seguretat: FES implica la rotació a gran velocitat d'objectes pesats, que poden suposar perills potencials en cas de fallada, com ara la ruptura del volant, la fallada dels coixinets o un incendi. Per tant, FES requereix un disseny, una protecció i un seguiment adequats per garantir un funcionament segur.

Tipus de volants

!Un volant d'inercia d'alta velocitat)

  • Volants de baixa velocitat
    • Material i disseny
      • Els volants de baixa velocitat són volants que funcionen a velocitats inferiors a 10,000 revolucions per minut (rpm).
      • Els volants de baixa velocitat solen estar fets d'acer o altres metalls, que tenen una gran resistència i durabilitat.
      • Els volants de baixa velocitat solen ser cilíndrics o en forma de disc, amb un gran diàmetre i un petit gruix, per maximitzar el moment d'inèrcia i minimitzar l'estrès.
    • Aplicacions i exemples
      • Els volants de baixa velocitat s'utilitzen principalment per a l'emmagatzematge d'energia a curt termini, com ara la millora de la qualitat de l'energia, la font d'alimentació ininterrompuda (UPS) i l'anivellament de càrrega.
      • Els volants de baixa velocitat poden proporcionar energia durant uns quants segons a uns minuts, depenent de la mida i la velocitat del volant.
      • Alguns exemples d'aplicacions de volant de baixa velocitat són:
        • El volant d'inercia Beacon Power de 20 kW, que és un sistema modular i escalable que pot proporcionar regulació de freqüència i suport de tensió per a la xarxa.
        • El SAI Active Power CleanSource, que és un SAI basat en volant que pot proporcionar energia de reserva per a centres de dades, hospitals i instal·lacions industrials.
        • El Vycon REGEN, que és un sistema de volant que pot capturar i reutilitzar l'energia de frenada de grues, trens i ascensors.
  • Volants d'alta velocitat
    • Material i disseny
      • Els volants d'alta velocitat són volants que funcionen a velocitats superiors a 10,000 rpm, fins a 100,000 rpm o més.
      • Els volants d'inercia d'alta velocitat solen estar fets de materials compostos, com ara fibra de carboni o fibra de vidre, que tenen una gran rigidesa i baixa densitat.
      • Els volants d'inèrcia d'alta velocitat solen tenir forma d'anell, amb un diàmetre petit i un gran gruix, per minimitzar la força centrífuga i maximitzar la densitat d'energia.
    • Aplicacions i exemples
      • Els volants d'inèrcia d'alta velocitat s'utilitzen principalment per a l'emmagatzematge d'energia a llarg termini, com ara la integració d'energies renovables, l'afaitat màxim i l'estabilització de la xarxa.
      • Els volants d'inercia d'alta velocitat poden proporcionar energia durant uns quants minuts a unes poques hores, depenent de la mida i la velocitat del volant.
      • Alguns exemples d'aplicacions de volant d'inercia d'alta velocitat són:
        • El volant Amber Kinetics M32, que és un volant de 32 kWh que pot proporcionar quatre hores de descàrrega a 8 kW, adequat per a la integració solar i eòlica.
        • El volant Temporal Power 2 MW, que és un volant a gran escala que pot proporcionar regulació de freqüència i serveis auxiliars per a la xarxa.
        • El volant Glenn de la NASA, que és un volant de 500 Wh que pot proporcionar potència i control d'actitud per a les naus espacials.

Comparació amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia

!Una comparació de diferents sistemes d'emmagatzematge d'energia)

  • bateries
    • Pros i contres
      • Les bateries són dispositius que emmagatzemen i alliberen energia com a energia química, utilitzant reaccions electroquímiques entre elèctrodes i electròlits.
      • Les bateries tenen molts avantatges, com ara:
        • Alta densitat d'energia: les bateries poden emmagatzemar una gran quantitat d'energia per unitat de massa o volum, en comparació amb els volants o els condensadors.
        • Baixa autodescàrrega: les bateries poden retenir la seva energia emmagatzemada durant molt de temps, sense pèrdues importants, a diferència dels volants o condensadors.
        • Escalabilitat: Les bateries es poden connectar fàcilment en sèrie o en paral·lel per augmentar la tensió o la capacitat, respectivament, del sistema d'emmagatzematge d'energia.
      • Les bateries també tenen alguns inconvenients, com ara:
        • Baixa eficiència: les bateries tenen una eficiència d'anada i tornada més baixa que els volants o els condensadors, a causa de la resistència interna i la generació de calor de les reaccions electroquímiques.
        • Vida útil curta: les bateries tenen una vida útil i un cicle limitats, a causa de la degradació dels elèctrodes i els electròlits amb el temps i l'ús.
        • Manteniment elevat: les bateries requereixen refrigeració, calefacció o reposició de productes químics, segons el tipus i l'estat de la bateria, per garantir un rendiment i una seguretat òptims.
        • Problemes mediambientals: les bateries utilitzen materials tòxics o perillosos, com ara plom, àcid o liti, que poden provocar contaminació o riscos per a la salut.

        Comparació amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia

        !Una comparació de diferents sistemes d'emmagatzematge d'energia)

        • bateries
          • Pros i contres
            • Les bateries són dispositius que emmagatzemen i alliberen energia com a energia química, utilitzant reaccions electroquímiques entre elèctrodes i electròlits.
            • Les bateries tenen molts avantatges, com ara:
              • Alta densitat d'energia: les bateries poden emmagatzemar una gran quantitat d'energia per unitat de massa o volum, en comparació amb els volants o els condensadors.
              • Baixa autodescàrrega: les bateries poden retenir la seva energia emmagatzemada durant molt de temps, sense pèrdues importants, a diferència dels volants o condensadors.
              • Escalabilitat: Les bateries es poden connectar fàcilment en sèrie o en paral·lel per augmentar la tensió o la capacitat, respectivament, del sistema d'emmagatzematge d'energia.
            • Les bateries també tenen alguns inconvenients, com ara:
              • Baixa eficiència: les bateries tenen una eficiència d'anada i tornada més baixa que els volants o els condensadors, a causa de la resistència interna i la generació de calor de les reaccions electroquímiques.
              • Vida útil curta: les bateries tenen una vida útil i un cicle limitats, a causa de la degradació dels elèctrodes i els electròlits amb el temps i l'ús.
              • Manteniment elevat: les bateries requereixen refrigeració, calefacció o reposició de productes químics, segons el tipus i l'estat de la bateria, per garantir un rendiment i una seguretat òptims.
              • Problemes mediambientals: les bateries utilitzen materials tòxics o perillosos, com ara plom, àcid o liti, que poden provocar contaminació o riscos per a la salut.
          • Casos d'ús i escenaris
            • Les bateries són adequades per a aplicacions que requereixen molta energia i poca potència, com ara l'arbitratge d'energia, l'afaitat màxim i l'energia de reserva.
            • Les bateries poden proporcionar energia durant hores o dies, depenent de la mida i el tipus de bateria.
            • Alguns exemples d'aplicacions de bateries són:
              • El Tesla Powerwall, que és una bateria d'ions de liti que pot emmagatzemar l'excés d'energia solar per a ús residencial o serveis de xarxa.
              • Hornsdale Power Reserve, que és una bateria d'ions de liti de 100 MW/129 MWh que pot proporcionar regulació de freqüència i estabilitat de la xarxa per al sud d'Austràlia.
              • La bateria Vanadium Redox Flow, que és una bateria líquida que pot emmagatzemar grans quantitats d'energia durant llargues durades, adequada per a la integració renovable i microxarxes.
        • Condensadors
          • Pros i contres
            • Els condensadors són dispositius que emmagatzemen i alliberen energia com a càrrega elèctrica, utilitzant dues plaques conductores separades per un material dielèctric.
            • Els condensadors tenen molts avantatges, com ara:
              • Alta eficiència: els condensadors tenen una eficiència d'anada i tornada més alta que les bateries o els volants, a causa de la baixa resistència i la generació de calor de la transferència de càrrega elèctrica.
              • Llarga vida útil: els condensadors tenen una vida útil i un cicle il·limitats, ja que no es degraden amb el temps i l'ús.
              • Resposta ràpida: els condensadors poden carregar i descarregar energia en microsegons, el que els fa adequats per a aplicacions que requereixen una gran potència i una ràpida regulació de voltatge.
            • Els condensadors també tenen alguns desavantatges, com ara:
              • Baixa densitat d'energia: els condensadors només poden emmagatzemar una petita quantitat d'energia per unitat de massa o volum, en comparació amb les bateries o els volants.
              • Alta autodescàrrega: els condensadors poden perdre la seva energia emmagatzemada ràpidament, a causa de la fuita de la càrrega elèctrica a través del material dielèctric o del circuit extern.
              • Cost: els condensadors encara són relativament cars en comparació amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia, especialment per a aplicacions a gran escala. Els principals factors de cost són els materials, la fabricació i la instal·lació de les plaques de condensadors i el material dielèctric.
          • Casos d'ús i escenaris
            • Els condensadors són adequats per a aplicacions que requereixen poca energia i alta potència, com ara la millora de la qualitat de l'energia, el suport de càrrega transitòria i l'acceleració de vehicles elèctrics.
            • Els condensadors poden proporcionar energia durant mil·lisegons a segons, depenent de la mida i el tipus del condensador.
            • Alguns exemples d'aplicacions de condensadors són:
              • El Maxwell Ultracapacitor, que és un condensador electrostàtic que pot proporcionar energia a autobusos, trens i camions híbrids, així com a turbines eòliques i grues.
              • Skeleton Technologies SkelCap, que és un supercondensador basat en grafè que pot proporcionar energia per a aplicacions d'automoció, aeroespacial i industrial, així com serveis de xarxa.
              • L'EEStor EESU, que és un condensador a base de ceràmica que afirma tenir una densitat d'energia més alta que les bateries d'ions de liti, adequat per a vehicles elèctrics i emmagatzematge en xarxa.
        • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica
          • Pros i contres
            • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica són sistemes que emmagatzemen i alliberen energia com a energia mecànica, utilitzant diferents formes de moviment, com ara lineal, rotacional o vibracional.
            • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica tenen alguns avantatges, com ara:
              • Alta eficiència: altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden assolir una alta eficiència d'anada i tornada, semblant als volants, depenent del tipus i disseny del sistema.
              • Llarga vida útil: altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden tenir una vida útil i un cicle llargs, similars als volants, depenent del tipus i disseny del sistema.
              • Manteniment baix: Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden tenir requisits de manteniment baixos, similars als volants, depenent del tipus i disseny del sistema.
            • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica també tenen alguns inconvenients, com ara:
              • Baixa densitat d'energia: Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden tenir una baixa densitat d'energia, similar als volants, depenent del tipus i disseny del sistema.
              • Riscos de seguretat: Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden suposar riscos de seguretat, similars als volants, depenent del tipus i disseny del sistema.
              • Reptes tècnics: Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden afrontar reptes tècnics, com ara la selecció de materials, la reducció de la fricció i el control de vibracions, depenent del tipus i disseny del sistema.
          • Casos d'ús i escenaris
            • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica són adequats per a aplicacions que requereixen energia mitjana i potència mitjana, com ara la integració de renovables, l'estabilització de la xarxa i l'anivellament de càrrega.
            • Altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica poden proporcionar energia durant segons a minuts, depenent de la mida i el tipus del sistema.
            • Alguns exemples d'altres sistemes d'emmagatzematge d'energia cinètica són:
              • El mòdul de potència de gravetat, que és un sistema que utilitza un pistó gran i un eix ple d'aigua per emmagatzemar i alliberar energia com a energia potencial gravitatòria.
              • El Advanced Rail Energy Storage, que és un sistema que utilitza locomotores elèctriques i vies del ferrocarril per emmagatzemar i alliberar energia com a energia potencial gravitatòria.
              • El volant Velkess, que és un sistema que utilitza un rotor flexible i un coixinet magnètic per emmagatzemar i alliberar energia com a energia cinètica de rotació.

        Perspectives i reptes de futur

        • Innovacions i desenvolupaments tecnològics
          • FES és una tecnologia en ràpida evolució que té el potencial de millorar el seu rendiment, cost i fiabilitat, mitjançant diverses innovacions i desenvolupaments tecnològics, com ara:
            • Nous materials i dissenys: FES es pot beneficiar del desenvolupament de nous materials i dissenys que poden augmentar la força, la rigidesa i la durabilitat del volant, així com reduir el pes, la mida i el cost del sistema.
            • Electrònica de potència avançada i sistemes de control: FES pot beneficiar-se del desenvolupament d'electrònica de potència avançada i sistemes de control que poden optimitzar la velocitat, la direcció i el flux de potència del motor/generador, així com millorar l'eficiència, l'estabilitat i la seguretat del sistema.
            • Sistemes híbrids i integrats: FES es pot beneficiar del desenvolupament de sistemes híbrids i integrats que poden combinar FES amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia, com ara bateries o condensadors, per aconseguir una densitat d'energia més alta, una menor autodescàrrega i un millor rendiment.
        • Tendències i oportunitats del mercat
          • FES és un mercat en creixement que té l'oportunitat d'ampliar les seves aplicacions, clients i regions, a través de diverses tendències i oportunitats del mercat, com ara:
            • Augment de la demanda d'emmagatzematge d'energia: FES pot satisfer la demanda creixent d'emmagatzematge d'energia, impulsada pel creixement de les energies renovables, els vehicles elèctrics i les xarxes intel·ligents, així com la necessitat de qualitat, fiabilitat i seguretat de l'energia.
            • Polítiques i regulacions favorables: FES es pot beneficiar de les polítiques i regulacions favorables que donen suport al desenvolupament i desplegament de l'emmagatzematge d'energia, com ara subvencions, incentius, estàndards i mandats, a nivell local, nacional i internacional.
            • Avantatges competitius i diferenciació: FES pot aprofitar els seus avantatges competitius i la seva diferenciació, com ara alta eficiència, llarga vida útil, resposta ràpida, baix manteniment i respecte al medi ambient, per atraure i retenir clients, així com per crear i capturar valor.
        • Impactes ambientals i socials
          • FES és una tecnologia sostenible que té el potencial de crear impactes ambientals i socials positius, com ara:
            • Reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la dependència dels combustibles fòssils: FES pot reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle i la dependència dels combustibles fòssils, permetent la integració d'energies renovables, millorant l'eficiència de la xarxa elèctrica i proporcionant energia neta i fiable per a diverses aplicacions.
            • Millorar l'accés a l'energia i l'assequibilitat: FES pot millorar l'accés a l'energia i l'assequibilitat, proporcionant solucions d'emmagatzematge d'energia distribuïdes i descentralitzades, especialment per a zones remotes i rurals, així com per als països en desenvolupament i emergents.
            • Creació de llocs de treball i creixement econòmic: FES pot crear llocs de treball i creixement econòmic, estimulant la innovació i el desenvolupament de la indústria d'emmagatzematge d'energia, així com donant suport al desplegament i el funcionament dels sistemes d'emmagatzematge d'energia.

        Conclusió

        • Resum dels punts principals
          • En aquest bloc, hem comentat què és l'emmagatzematge d'energia del volant, com funciona, quins són els seus avantatges i desavantatges, com es compara amb altres sistemes d'emmagatzematge d'energia i quines són les seves perspectives i reptes futurs.
          • Hem après que l'emmagatzematge d'energia del volant és una tecnologia prometedora i innovadora que pot emmagatzemar i alliberar energia com a energia cinètica de rotació, utilitzant un dispositiu giratori anomenat volant.
Què és el sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria?

Què és el sistema d'emmagatzematge d'energia de la bateria?

Què és l'emmagatzematge d'energia a llarg termini?

Què és l'emmagatzematge d'energia a llarg termini?

Contingut buit. Seleccioneu l'article per previsualitzar-lo

Aconsegueix la teva solució gratuïta

Per al teu projecte

Podem personalitzar la vostra pròpia solució de forma gratuïta

contacti'ns