Rendkívül alacsony üresjárási veszteségű állandómágneses tárcsagép lendkerekes energiatárolók számára
Kohári Zalán BME Villamos Energetika Tanszék
SUPERTECH LABORATÓRIUM VILLAMOS ENERGETIKA TANSZÉK BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
Lendkerekes energiatárolás Röviden a technológiáról: Tárolt energia:
Ekin =
١ Θ ⋅ω ٢
Energia sűrűség:
٢
Energia sűrűség:
etot = α , ⋅ α ,, ⋅ α
,,,
⋅K
σ
e=
E mr
max
ρ
A lendkerék energiasűrűsége elérheti a 150-250 Wh/kg értéket, de rendszerszinten legfeljebb 15-20 Wh/kg megvalósítható. Minél könnyebb a lendkerék, annál inkább a kiegészítők dominálnak.
Felhasználás:
Dinamikus UPS Terhelés kiegyenlítés (pl. részecskegyorsítók, villamos vasutak, stb.) A mai lendkerekek városi buszokban is alkalmazhatóak lennének, de általános mobil alkalmazásokhoz kicsi a rendszerszintű energiasűrűsége Napi terhelés kiegyenlítés nagyon alacsony üresjárási veszteségek kellenek
Lendkerekes energiatárolás
Lendkerekes energiatárolás Magnet Motor szupravezetős csapágyazású lendkerekes energiatároló
Dynastore szupravezetős csapágyazású lendkerekes energiatároló
Lendkerekes energiatárolás
Dynastore kapcsolt reluktancia motor
Veszteségek más szemmel
Mit jelent a kis veszteség?
Dinamikus UPS esetén legfeljebb 30-60 s alatt kivehető a teljes tárolt energia nagy névleges teljesítményű energia-átalakító a lendkerékhez képest Pl. 2,5 %/nap esetén 86,400 s alatt veszik el a lendkerékben tárolt energia 2,5 %-a. Ha az energia-átalakító a 100 %-ot 60 s alatt képes kivenni, akkor két teljesítmény aránya 1/57600. Az üresjárási veszteségek a névleges teljesítménnyel ilyen viszonyban lehetnek (0,001736 % üresjárási veszteség) Napi kiegyenlítés esetén is maradjunk a 2,5 %/nap veszteségnél, de ekkor lehet a rendszer kevésbé dinamikus pl. 6 órai névleges töltési/kisütési idővel Ezzel a fenti arány (100 % 21,600 s alatt névlegesen, illetve 2,5 % 86,400 s alatt üresjárásban) 1/160, azaz 0,62 % üresjárási veszteség Ez utóbbi megvalósítható hagyományos villamos géppel is
Mi a helyzet rendszerszinten?
Szupravezetős csapággyal lehet 0,1 %/óra veszteséget produkálni hűtő rendszer Légsúrlódás jelentős nagyobb fordulatszámokon vákuum rendszer
Üresjárási veszteség
Honnan származik az üresjárási veszteség?
Lehet-e extrém módon csökkenteni a veszteségeket?
Vasveszteség Légsúrlódási veszteség Járulékos veszteségek
A vasveszteséget nem, a hiszterézis veszteség miatt A továbbiakat igen, vákkum és különleges konstrukció alkalmazásával
Ha elhagyjuk a vasat, akkor nincs vasveszteség
Megjelenik helyette az örvényáramú veszteség a réz vezetőkben Kisebb légrésindukció érhető el romlik a fajlagos teljesítmény
Maradó veszteségek
Üresjárásban
Hiszterézis veszteség a csapágyban (főként a szupravezetőben) Örvényáramú veszteség
Csapágymágnes és vas, szupravezető (AC!) Állórész tekercselés (domináns)
Légsúrlódás
Analitikusan számítható
Állórész tekercselés örvényáram (közelítőleg) Légsúrlódás (közelítőleg, csak egyszerű geometria esetén)
Örvényáramú veszteség az állórészben
Üresjárási veszteség
Huzalban ébredő veszteség forgó, homogén mezőben π σ ω 2 B 2r 4 p0 = 4
A veszteség a sugár negyedik hatványával változik! Litze huzalok esetén az átmérő néhány század milliméter lehet Elérhető a szupravezetős csapágyakkal összemérhető veszteség is, csak megfelelően vékony huzalra van szükség alacsony kitöltési tényező
Légsúrlódási veszteség
Ha a közeg szabad molekulafolyamnak tekinthető (közepes vákuum)
Egy oldali tárcsafelületen: Ml =
3π α 32
2 RT ρ g rk4ω Nam
Hengerfelületen: Ml =
3 2
3 2
3π α 8
2 RT ρ g rk3hω Nam
Folytonos közeg esetén a veszteség nem függ a nyomástól (sűrűségtől), ha az áramlás lamináris! Jelentős csökkenés csak nagyvákuum alkalmazásával érhető el (10-3 mbar alatt)
Különleges konstrukció
Különleges konstrukció
Különleges konstrukció
BME Lendkerkes energiatároló állórész
Különleges konstrukció BME szupravezetős csapágyazású lendkerekes energiatároló forgórész
Csapágy mágnesek
Energia átalakító mágnesek
Tervezett és legyártott gép
Számított veszteségek
Állórész tekercselés örvényáramú vesztesége:
Légsúrlódás
1,27 mW P=5∙10-3 mbar mellett 14 W (folytonos közeg) P=5∙10-6 mbar mellett 1,8 mW (szabad molekula áram)
Mérési eredmények egyelőre nincsenek a szupravezető hűtési problémái miatt
Köszönöm a figyelmet!
