Исследователи из Северо-Китайского университета электроэнергетики, Китайского научно-исследовательского института электроэнергетики, Сианьского университета Цзяотун и Университета короля Абдаллы в Саудовской Аравии предложили использовать башни ветрогенераторов в качестве гравитационных накопителей энергии. Согласно расчётам, новая технология способна снизить отклонения частоты в энергосети на 16%, уменьшить колебания башни ветрогенератора на 62%, а при идеальных условиях – продлить расчётный срок службы башни почти в 50 раз.
С ростом доли ветровой и солнечной генерации энергосистемы становятся менее стабильными. В отличие от традиционных тепловых и гидроэлектростанций, современные ветрогенераторы практически не обладают собственной механической инерцией, которая помогает сглаживать внезапные колебания частоты в сети. Для решения этой проблемы всё чаще применяются аккумуляторные батареи, однако они дороги, деградируют из-за частых циклов заряда-разряда и требуют замены через несколько лет.
Учёные предложили задействовать существующую конструкцию ветрогенератора. Внутри башни размещается тяжёлая масса весом в несколько десятков тонн, соединённая с мотор-генератором. При избытке электроэнергии в системе двигатель поднимает груз вверх, запасая потенциальную энергию. Когда энергии не хватает, груз опускается, вращая генератор и возвращая электричество в сеть.
Одновременно эта масса работает как активный динамический демпфер. Тот же принцип давно применяется в небоскрёбах, где массивные противовесы помогают уменьшить раскачивание здания при сильном ветре. В ветрогенераторе груз движется таким образом, чтобы компенсировать колебания башни и снижать нагрузку на конструкцию.
Для проверки концепции исследователи смоделировали работу трёх типов турбин мощностью от 300 кВт до 10 МВт, а также ветропарка из 30 турбин общей мощностью 101 МВт. В расчётах использовались реальные данные о скорости ветра, что позволило оценить работу технологии в естественных турбулентных условиях.
Компьютерное моделирование показало, что технология эффективно работает как на небольших турбинах, так и на крупных ветропарках. На всех рассмотренных моделях она снижала отклонения частоты в сети на 11–16%. Для эталонной турбины мощностью 10 МВт расчёты также показали снижение колебаний башни на 62% и уменьшение ускорений на вершине башни почти на 57%.
Система не предназначена для долгосрочного хранения больших объёмов энергии. Например, для офшорной турбины мощностью 10 МВт такой накопитель способен запасти около 12 кВт·ч электроэнергии – примерно столько же, сколько бытовая домашняя батарея. Его основная роль – не замена промышленных накопителей, а быстрое реагирование на внезапные изменения частоты и повышение стабильности энергосистемы.
Ещё одно преимущество технологии – отсутствие необходимости строить отдельные гравитационные хранилища. В отличие от большинства таких проектов, требующих специально возведённых башен, шахт или горных склонов, новая система использует существующую башню ветрогенератора. Для экстремальных погодных условий предусмотрен аварийный режим: при очень сильном ветре груз автоматически опускается к основанию башни и фиксируется, чтобы не создавать дополнительных нагрузок на конструкцию.
По оценкам исследователей, в будущем подобной системой могут быть оснащены турбины общей мощностью около 200 ГВт по всему миру. В этом случае они смогут обеспечить поддержку инерции сети, сравнимую с той, что сегодня дают около десяти крупных угольных электростанций, хотя объём запасаемой энергии останется относительно скромным.
Источник: Ассоциация «Глобальная энергия»
Оцените новость
0
0
0
0
0
0
0