모터가 플라이휠을 고속으로 회전시키고, 전기를 운동 에너지로 변환하여 저장한 다음, 필요할 때 플라이휠로 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 에너지 저장 방식을 말한다. 플라이휠 에너지 저장 시스템은 주로 회전자 시스템, 베어링 시스템 및 에너지 변환 시스템의 세 부분으로 구성됩니다. 진공, 저온, 하우징 및 제어 시스템과 같은 지원 시스템도 있습니다. 기본 구조는 그림과 같습니다.
플라이휠 에너지 저장 장치 내장 모터는 모터이자 발전기이다. 충전 시 모터 가속 플라이휠 역할을 합니다. 방전할 때 발전기 역할을 하여 주변 장치에 전원을 공급하는데, 이때 플라이휠 속도가 끊임없이 낮아진다. 플라이휠이 공전할 때 전체 장치는 최소한의 손실로 작동한다.
플라이휠 에너지 저장 장치에는 화학활성 물질도 없고 화학반응도 없다. 회전하는 플라이휠은 순수한 기계이고 플라이휠의 운동 에너지는 e = 1/2J ω 2 입니다.
여기서 j 는 플라이휠의 관성 모멘트이고, ω는 플라이휠의 각속도입니다.
실제 작업에서 플라이휠의 회전 속도는 40000 ~ 500000 r/min 에 이를 수 있으며, 금속 재질의 플라이휠은 이렇게 높은 회전 속도를 견딜 수 없기 때문에 일반적으로 탄소 섬유 소재로 가볍고 강도가 강하여 전체 시스템의 무게를 더욱 줄일 수 있습니다. 동시에 충전 및 방전 중 에너지 손실 (주로 마찰 손실) 을 줄이기 위해 모터와 플라이휠은 모두 자기 베어링 부상으로 기계적 마찰을 줄입니다. 플라이휠과 모터를 동시에 진공 용기에 넣어 공기 마찰을 줄입니다. 이렇게 하면 플라이휠 배터리의 순 효율 (입/출력) 이 약 95% 에 이를 수 있다.
둘째, 국내외 플라이휠 에너지 저장 시스템의 연구 현황, 발전 및 미래.
플라이휠 배터리는 1990 년대에 제기된 신개념 배터리이다. 그것은 화학 배터리의 한계를 돌파하고, 에너지를 물리적 방법으로 저장하며, 전기와 기계 에너지의 상호 변환으로 인해 오염되지 않는다. 플라이휠 에너지 저장 배터리는 원래 전기 자동차에 적용하려고 했으나 당시의 기술 수준이 발전하지 않았기 때문이다. 1990 년대까지, 회로 토폴로지의 발전, 탄소섬유 소재의 광범위한 응용, 전 세계적으로 오염에 대한 중시로 이 신형 배터리는 빠르게 발전할 수 있었다. 자기 베어링 기술이 발달하면서 이 배터리는 더 넓은 응용 전망을 보여 주며 현재 실험실에서 사회로 빠르게 이동하고 있다.
유럽과 미국의 현재 상황을 살펴보면, 자동차 산업에서 미국 플라이휠 시스템 회사 (AFS) 는 플라이휠 배터리 자동차 AFS20 을 크라이슬러 LHS 자동차에 기반하여 생산했다. 열차 방면에서 지멘스는 길이 1.5m, 너비 0.75m 의 플라이휠 배터리를 개발하여 3MW 의 전력을 제공하고 제동 에너지의 30% 를 저장합니다. 군사 장비에서 미국은 이미 플라이휠 장치, 특히 대형 하이브리드 트랙터를 사용하려고 시도하기 시작했다. 미 국방부는 향후 작전 차량이 통신, 무기 및 보호 시스템에서 전기를 광범위하게 필요로 할 것으로 전망했다. 플라이휠 배터리는 충전 및 방전 속도, 에너지 수출의 독립적 안정성, 중량 가벼움 등의 장점으로 차량이 최적의 상태에서 작동하고 차량 소음을 줄일 수 있으며 (작전에서 매우 중요), 차량 가속 성능을 향상시켜 미군의 주요 에너지 저장 장치가 될 수 있습니다. 우주에서, 플라이휠 에너지 저장 장치의 에너지 저장 밀도가 높고, 재료 과학 및 자기 베어링 기술이 지속적으로 발전함에 따라, 위성에 사용되는 플라이휠 에너지 저장 장치는 위성 벽에 설치할 수 있을 정도로 작습니다. 플라이휠 에너지 저장 장치는 작동 중 손실이 적고 유지 보수가 거의 필요하지 않습니다. 이로 인해 플라이휠 기술은 위성 장치와 우주 정거장의 태양열 축전지에 지속적으로 적용되며, 플라이휠은 위성의 자세 제어에도 사용할 수 있습니다.
시장 조사 회사인 Research and Markets 가 발표한 최신 보고서에 따르면 20 10 년에서 20 14 년까지 전 세계 플라이휠 에너지 저장 시장의 연간 복합 성장률은 12% 에 이를 것으로 나타났습니다. 그러나 국내 플라이휠 에너지 저장 시장은 겨우 3 ~ 4 년 동안 가동되기 시작했다. 미국, 독일, 일본 등 선진국은 이미 플라이휠 에너지 저장 기술을 개발하여 적용했다. 유럽의 프랑스 국립연구센터, 독일의 물리학과 하이테크 연구소, 이탈리아의 SISE 는 모두 고온 초전도 자기 베어링의 플라이휠 에너지 저장 시스템을 개발하고 있다. 플라이휠 에너지 저장 연구는 주로 복합 재료 기술과 초전도 자기부양 기술을 개발하여 에너지 밀도를 높이는 데 초점을 맞추고 있다. 초전도 자기부양은 손실을 줄이는 주요 방법이며, 복합 재질은 에너지 저장 밀도를 높이고 시스템의 부피와 무게를 줄일 수 있습니다. 20 14 년 9 월 16 우리나라 최초의 플라이휠 200 kW 공업화 자기 플라이휠 디버깅 성공, 각종 실험 테스트 지표가 양호하다. 플라이휠은 정상적으로 작동하며 성능은 안전하고 믿을 만하다. 전문가들의 평가에 따르면, 이 완전한 지적 재산권을 갖춘 에너지 저장 기술과 제품은 국내 기술과 시장 공백을 메웠다.
현재 일부 기관들은 하이브리드 자동차에 사용되는 플라이휠 배터리 시스템을 적극적으로 개발하고 있다. 주요 역할은 a) 주 전원 공급 장치의 전력 출력을 안정시키는 것입니다. 하이브리드 자동차의 시동, 등반, 가속 과정에서 플라이휠 배터리는 빠르고 에너지 방전이 가능하며, 주 동력원에 보조 동력을 제공하고, 주동력원의 동력 출력 손실을 줄일 수 있다. B) 에너지 회수의 효율성을 높입니다. 하이브리드 자동차가 내리막길, 옆으로 미끄러짐, 브레이크를 밟을 때 플라이휠 배터리는 운동 에너지를 빠르게 대량으로 저장할 수 있으며 충전 속도는' 활성 물질' 화학반응 속도의 영향을 받지 않아 재생제동 시 에너지 회수 효율을 높일 수 있다. 플라이휠 에너지 저장이 하이브리드 자동차에 사용될 때, 주요 문제는 플라이휠의 자이로 효과를 최소화하고 플라이휠의 생산성을 향상시키는 방법입니다. 같은 등급의 자동차의 경우, 플라이휠 에너지 저장 시스템을 설치한 후 비교적 작은 엔진을 사용하여 전력을 공급하여 에너지 절약과 배출 감축의 목적을 달성할 수 있다. 최근 공신부는' 신에너지 자동차 생산업체 및 제품 준입 관리 세칙' 을 발표할 때 특히 효율적인 에너지 저장 장치를 신에너지 해결 방법 중 하나로 세칙에 썼다. 고효율 에너지 저장 장치의 대표로서, 플라이휠 에너지 저장은 자동차에 응용할 수 있는 잠재력이 크다. 플라이휠 배터리의 비에너지는 150W 에 달할 수 있다고 합니다. H/kg 는 전력 5000- 10000W/kg 보다 수명이 최대 25 년, 전동차는 500 만 킬로미터를 운전할 수 있다.
플라이휠 에너지 저장 기술은 신비로워 보이지만, 지하철 열차가 역에 진입할 때의 에너지 전환, 열차가 주차할 때 여분의 에너지가 플라이휠에 입력되고, 열차가 아웃될 때 속도가 빨라지는 데는 에너지가 필요하고, 플라이휠은 에너지를 출력하는 것과 같은 사람들의 생활과 밀접한 관련이 있다. 이 시스템은 지하철에 약 20% 의 에너지 소비를 절감할 수 있다. 플라이휠 기술은 국내에서 아직 연구 개발 단계에 있으며 선진국은 수십 년 동안 발전해 왔으며 F 1 레이싱 에너지 회수, 궤도 견인 에너지 회수, 마이크로그리드 압력 조절 그리드 연결, 극저온 여열 재활용, 비상 UPS 전원 공급 장치, 고속 원심팬 등 여러 분야에서 응용되고 있습니다.
셋째, 플라이휠 에너지 저장 시스템의 장점
플라이휠 에너지 저장 기술은 현재 가장 유망한 에너지 저장 기술 중 하나이다. 리튬 배터리 및 납산 배터리에 비해 플라이휠 에너지 저장은 많은 장점을 가지고 있습니다.
1, 높은 에너지 저장 밀도. 에너지 저장 밀도는 100 ~ 200 Wh/kg 까지 가능하며 전력 밀도는 5000 ~ 10000 W/kg 까지 올라갈 수 있습니다.
2. 효율이 높다. 최대 95% 의 생산성
유지 보수 비용이 저렴합니다. 런타임 손실이 적어 유지 보수가 거의 없다.
4, 긴 수명. 반복 깊이 방전의 영향을 받지 않고, 설계 수명이 20 년 이상이며, 자기 베어링과 진공 환경으로 인한 기계적 손실은 무시할 수 있으며, 시스템 유지 관리 주기가 길다.
5, 소음 없음.
6. 환경오염이 적어 주변 환경에 거의 영향을 미치지 않는다.
지리적 환경에 구애받지 않고 현재 가장 유망한 에너지 저장 기술 중 하나이다.
넷째, 플라이휠 에너지 저장 시스템의 단점
에너지 밀도가 충분히 높지 않아, 에너지 방출은 아주 짧은 시간, 보통 수십 초밖에 지속되지 않는다. 자체 방전률이 높다. 충전을 중단하면 몇 시간에서 수십 시간 안에 에너지가 소모된다. 능동적인 회사의 플라이휠 에너지 저장 시스템, 단위 모듈 출력 250 kW, 대기 손실 2.5 kW 로 효율성이 99% 라고 주장하는 데이터가 있습니다. 그러나 조건이 있다. 빨리 써야 이렇게 효율적이다. 스스로 방전하면 효율이 떨어진다. 예를 들어 수만 개의 고속 플라이휠 시스템 손실이 약 1 00W 이고1도전인 시스템은 10 시간 자체 방전만 유지할 수 있습니다. 따라서 플라이휠 에너지 저장은 고전력, 단시간 방전 또는 빈번한 충전 방전에 가장 적합합니다.
동사 (verb 의 약어) 플라이휠 에너지 저장 시스템의 현재 응용 분야
공예와 재료 가격의 제한으로 인해 플라이휠 배터리의 가격이 상대적으로 높아 작은 자리에서는 그 장점을 반영할 수 없다. 하지만 다음과 같은 대규모 에너지 저장 장치가 필요한 상황에서는 화학 배터리를 사용하는 가격도 매우 비싸고 플라이휠 배터리가 점차 적용되고 있습니다.
1. 우주에는 위성, 우주선 및 우주 정거장이 포함됩니다. 플라이휠 배터리는 한 번에 충전하면 같은 무게의 화학 배터리의 두 배에 달하는 전력을 제공할 수 있으며, 동등한 부하는 화학 배터리의 3 ~ 10 배에 달한다. 동시에 회전 속도를 조절할 수 있기 때문에 언제든지 전기의 양을 볼 수 있다. NASA 는 우주 정거장에 48 개의 플라이휠 배터리를 설치했으며, 함께 150 킬로와트 이상의 전력을 공급할 수 있습니다. 화학 배터리에 비해 약 2 백만 달러를 절약할 수 있는 것으로 추산됩니다.
차량에는 기차와 자동차가 포함됩니다. 이런 차량은 내연기관과 모터에 의해 구동되고, 플라이휠 배터리는 충전이 빠르고 방전이 완료되어 혼합에너지로 구동되는 차량에 적합하다. 차량이 정상적으로 작동하고 제동할 때 플라이휠 배터리가 충전되고, 차량이 가속하거나 언덕을 오를 때 플라이휠 배터리가 차량에 동력을 공급하여 차량이 안정적이고 최적의 속도로 주행할 수 있도록 합니다. 연료 소비, 공기 및 소음 오염, 엔진 유지 관리 및 엔진 수명 연장을 줄일 수 있습니다. 미국 텍사스 대학은 자동차 필요시 150KW 의 에너지를 제공하여 만재차량을 100Km/h/h 로 가속화할 수 있는 FAW 차량을 위한 플라이휠 배터리를 개발했다. .....
포르쉐 9 1 1GT3 하이브리드는 마지막 라운드 20 10/0 미국 르망 시리즈에서 처음으로 이 기술을 공식 사용했습니다 (본선 중간 순위). 9 1 1 GT3 는 포르쉐 최초의 하이브리드 자동차로 9 18 Spyder 하이브리드 자동차의 전신입니다. 플라이휠 기술은 속도와 민첩성을 희생하지 않고 자동차를 더욱 효율적으로 만드는 흥미로운 발전이다. 포르쉐 9 18 Spyder 하이브리드 자동차는 500 마력의 전륜 구동을 3.2 초 만에 갖추고 있다. 포르쉐는 이미 900 명의 잠재적 구매자가 이 차를 구매하기 위해 지원했다고 밝혔다.
3. 무정전 전원 공급 장치 플라이휠 배터리는 매우 안정적이고 안정적인 전원 공급 장치를 제공할 수 있으며, 몇 초에서 몇 분 사이의 전력을 공급할 수 있으며, 공장 내 전원 전환을 보장할 수 있는 충분한 시간이 있습니다. 독일 GmbH 는 5 초 안에 5MW 의 전기를 공급하거나 흡수할 수 있는 플라이휠 배터리를 사용하는 UPS 를 제조했다. 외국 자료에 따르면 플라이휠 에너지 저장은 납산 배터리를 점차 대체하여 UPS 어플리케이션의 주류 기술로 자리잡고 있다.
4. 군용 전투 차량
새로운 에너지 저장 방식으로서, 플라이휠 배터리의 전통적인 화학 배터리에 대한 우세는 이미 널리 인정되어 미래의 에너지 저장 기술의 발전 방향에 매우 부합한다. 위에서 언급한 응용 분야 외에도 플라이휠 배터리도 소형화, 저비용 방향으로 발전하고 있습니다. 가장 가능성있는 것은 휴대 전화 배터리입니다. 기술 및 재료 과학이 발전함에 따라 미래의 플라이휠 배터리는 모든 업종에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.
마이크로 제어 신 에너지 원 정보
선전 마이크로제어 신에너지기술유한공사 (마이크로제어 또는 마이크로제어 신에너지원) 는 물리적 에너지 저장 기술의 글로벌 리더입니다. 회사 본부는 선전에 위치하여 북미 유럽 아시아 라틴 아메리카 등의 지역을 포괄한다. 안전하고 안정적이며 효율적인 세계 최고의 자기부상에너지 기술로 화웨이, GE, ABB, Siemens, 에머슨 등 세계 500 대 기업들의 제품과 서비스를 광범위하게 신뢰하고 있습니다.
향후 에너지' 청결, 고밀도, 디지털화' 의 세 가지 주요 추세에 직면하여 회사는 전략적 신흥 산업에 에너지 운송, 저장, 재활용 및 데이터 관리를 위한 체계적인 솔루션을 지속적으로 제공하고 있습니다.