Rola transformatorów w termo-chemicznym magazynowaniu energii jest tak samo ważna, jak w konwencjonalnych systemach energetycznych. Ponieważ transformer jest istotny dla połączenia systemu magazynowania energii z siecią, pomaga w efektywnej i łatwej transmisji energii z źródeł energii.
TCES obejmuje techniki magazynowania energii oparte na odwracalnych reakcjach chemicznych o wysokiej gęstości energii. W tym poradniku szczegółowo omówimy TCES oraz jak transformatory działają jako istotne komponenty. Zaczynajmy.
Przegląd magazynowania energii termochemicznej (TCES)
Przy wysokiej produkcji energii odnawialnej, baterie generacyjne mają ograniczenia pojemności na magazynowanie energii.. Dlatego stosowane są techniki termo-chemicznego magazynowania energii, które mają cechę przechowywania dużej ilości energii przez dłuższy czas bez potrzeby izolacji.
Proces zależy od entalpii odwracalnej reakcji chemicznej. Zasada działania TCES jest wyjaśniona na poniższym diagramie, w którym, aby naładować jednostkę magazynującą, ciepło jest przekazywane do reakcji endotermicznej, a produkt wyjściowy jest przechowywany oddzielnie. Ponownie, zapotrzebowanie na energię i produkt wyjściowy łączą się dla entalpii reakcji.
W tym procesie cykle ładowania i rozładowania występują w różnych reaktorach przez zbiorniki magazynujące. Dla pierwszego reaktora, ładowanie reaktora dostarcza ciepło. Materiały stałe reagują z drugimi stałymi składnikami z gazowymi materiałami; w rezultacie wydobywana jest para wodna.
Do celów magazynowania, drugi składnik przechodzi do drugiego reaktora, w którym istnieje woda. W ten sposób uwalniana jest zgromadzona energia. Tak więc cykl termo-chemiczny kończy się i może rozpocząć się ponownie przez dodanie pierwszego materiału do pierwszego reaktora.
Składniki i materiały systemu TCES
Materiały używane do TCES muszą spełniać pewne cechy, takie jak bycie nietoksycznymi, niskim kosztem i dostarczaniem reakcji odwracalnych. Reakcja zachodzi do 200 stopni dla stabilnego cyklu.
Ta funkcja pomaga w magazynowaniu ciepła z niskich do wysokich temperatur, na przykład energii słonecznej oraz ciepła generowanego z odpadów przemysłowych.
Komponenty systemu TCes
Reaktanty:
- Powszechnie stosowane reaktanty to tlenki metaliczne i hydratory soli, które realizują odwracalne ładowanie i rozładowanie dla magazynowania i uwalniania energii.
Reaktor
- Zbiornik reaktora, w którym zachodzi reakcja chemiczna. Jego konstrukcja pomaga w zarządzaniu transferem ciepła i masy w procesach ładowania i rozładowania.
Wymienniki ciepła
- Wymienniki ciepła istnieją w reaktorze i przekazują ciepło z cieczy poruszającej się w systemie, aby dostarczać ciepło do użytku.
Systemy kontrolne
- Dla wysokoefektywnych reakcji chemicznych i pełnej kontroli procesu, stosuje się komponenty, takie jak manometry, przepływomierze itp., do kontrolowania ciśnienia w systemie, temperatury i szybkości przepływu.
Transformatory
- Najważniejszym komponentem jest transformatorów który utrzymuje poziom napięcia, a obwody elektroniczne wykonują konwersję i dostarczanie energii.
TCES a technologie magazynowania
| Technika magazynowania | Gęstość energii | Czas magazynowania | Sprawność | Straty energetyczne | Poziom dojrzałości | Zastosowania | Zalety | Ograniczenia | Wymagania dla transformatora (wydajność i projekt) |
| Termiczne magazynowanie energii (TCES) | Bardzo wysoki | Długi | Średni | Bardzo niski | Niski do średniego | Magazynowanie ciepła, przemysłowe ciepło, energia słoneczna | Wysoka gęstość energii, minimalne straty podczas długoterminowego przechowywania | Złożony system, wysoki koszt | Wysoka wytrzymałość izolacji, cechy stosunku napięcia, niskie straty jałowe, doskonałe zarządzanie ciepłem oraz niezawodne działanie w cyklach długoterminowych |
| Magazynowanie ciepła użytecznego | Niski do średniego | Krótki | Wysoki | Wysoki | Wysoki | Zbiorniki na gorącą wodę, centralne ogrzewanie | Niski koszt, prosta technologia | Wymagana duża objętość, znaczące straty ciepła | Transformatory niskonapięciowe o wysokiej efektywności, mocna konstrukcja chłodzenia oraz zdolność do pracy w trybie ciągłym dla urządzeń pomocniczych |
| Magazynowanie ciepła utajonego | Umiarkowany | Średni | Średni do wysokiego | Niski do średniego | Średni | Regulacja temperatury, buforowanie termiczne | Stabilna temperatura pracy, kompaktowy rozmiar | Degradacja materiału, ograniczona żywotność cyklu | Stabilna regulacja napięcia, kompaktowa konstrukcja, umiarkowana klasa izolacji oraz kompatybilność z grzałkami elektrycznymi i systemami sterowania |
| Baterie | Wysoki | Krótki do średniego | Bardzo wysoki | Niski | Wysoki | Magazynowanie w kratce, pojazdy elektryczne, zasilanie awaryjne | Szybka reakcja, wysoka wydajność | Wysoki koszt, ograniczona żywotność | Dokładna regulacja napięcia, wysoka wydajność, izolacja elektryczna, niskie zniekształcenia harmoniczne oraz silna zdolność radzenia sobie z zwarciami |
| Magazynowanie wodoru | Bardzo wysoki | Długi | Niski do średniego | Niski | Średni | Energia na gaz, transport, zastosowania przemysłowe | Odpowiednie do długoterminowego i sezonowego magazynowania | Wysokie straty konwersji, infrastruktura i wyzwania związane z bezpieczeństwem | Wysoka niezawodność, mniejsze straty, zdolność do przeciążenia i zgodność z normami bezpieczeństwa oraz połączenia z siecią |
Transformatory w systemach TCES
Transformator jest głównym komponentem systemu magazynowania energii, szczególnie w systemie TCES, poprzez zmianę poziomów prądu i napięcia.
Dostosowanie poziomu napięcia i jakość energii
- Główna operacja transformatora w magazynowaniu termochemicznym polega na utrzymaniu wymaganego poziomu napięcia przy dobrej wydajności energetycznej w systemie. Komponenty działające w systemie korzystają z poziomów napięcia i wymagań mocy, więc transformator dostosowuje poziom zgodnie z tymi wymaganiami.
- Taki transformator zwiększa poziom napięcia do przesyłania na dłuższe odległości zgodnie z wymaganiami obciążenia, a tym samym reguluje sygnał energetyczny w celu dostarczenia energii wysokiej jakości.
Konwersja i dystrybucja energii
- Inny transformator działa w systemie magazynowania energii, aby konwertować i dystrybuować energię. Zgodnie z wymaganiami systemu, energia DC wytworzona w systemie TCES jest konwertowana na energię AC, a transformatory odgrywają ważną rolę w tej konwersji. Dzięki temu transformatorowi zapewnia się, że dystrybucja energii odbywa się z mniejszymi stratami.
Integracja z systemem TCES
- W odnawialnych źródłach energii transformatory są ważne, ponieważ energia przechowywana w systemie magazynowania energii dostarcza niewielką moc do transformatorów, ale transformatory przekształcają ją na wysokie napięcie dla obciążenia. Zasadniczo transformator utrzymuje przepływ energii między systemem magazynowania energii a końcem generacji.
Połączenie z siecią
- Transformatory również realizują silne połączenia z siecią zasilającą. Jednak przed nawiązaniem połączenia systemu magazynowania energii z siecią, potrzebna była synchronizacja z zespołem sieciowym. Ponieważ wytworzona energia musi mieć tę samą częstotliwość co częstotliwość sieci. Transformatory zapewniają płynne i zsynchronizowane połączenia między siecią a systemem.
Efektywność zarządzania ciepłem w systemie TCES
Aby zapewnić dokładną transmisję mocy z transformatora do sieci w systemie TCES, zarządzanie ciepłem jest ważne. Ponieważ wysokotemperaturowe reaktory i urządzenia o dużym zużyciu energii działają w systemach magazynowania energii cieplnej, to ciepło wpływa również na transformator, dlatego musi mieć czynniki zarządzające ciepłem w tych warunkach.
Zaawansowana struktura transformatora została zaprojektowana z takich materiałów, które unikają strat energii, a materiały nawinięte zarządzają ciepłem z odpowiednią izolacją. W ten sposób system nadal działa, ponieważ transformator utrzymuje przepływ energii podczas ładowania i rozładowania.
Zastosowania i korzyści dla operatorów TCES
Oszczędzanie szczytowe
- Magazynowanie energii w godzinach poza szczytem i przesyłanie jej do obciążenia w godzinach szczytowych nazywane jest oszczędzaniem szczytowym. Tak więc transformator utrzymuje dostawę energii z sieci do magazynu, a podczas zapotrzebowania na obciążenie z magazynu do sieci, redukując wysokie obciążenie na sieci i koszty energii.
Połączenia odnawialne
- Energia produkowana podczas generacji słonecznej i wiatrowej może być wysoka i przechowywana w systemie, ale gdy jest uwalniana, może być niska. Tak więc transformator utrzymuje poziom napięcia do zapotrzebowania obciążenia.
Systemy off-grid
- Systemy off-grid również borykają się z wahaniami napięcia, które są utrzymywane przez transformatory dostarczające moc do domów, biur i budynków.
Projekt transformatora prostowniczego TCES wysokotemperaturowego
Przegląd projektu
W tym projekcie stworzono i dostarczono transformator prostownikowy o mocy 6000 kVA do projektu wysokotemperaturowego termochemicznego magazynowania energii w USA. Główną funkcją transformatora było utrzymanie działania systemu ładowania 5 MW oraz szyny DC 850 VDC dla odpowiedniej mocy do niezawodnej konwersji energii w procesie magazynowania.
Projekt transformatora
Transformator jest wyposażony w projekt z podwójnym uzwojeniem wtórnym w układzie trójfazowym, który ma układ Dd0/Dy11 grupa wektorowa. Obniża 13,8 kV wejście średniego napięcia do podwójnych 610 V wyjść wtórnych, powodując działanie systemu prostownika 12-pulsowego.. Ta konfiguracja zmniejsza zniekształcenia harmoniczne i utrzymuje wydajność systemu.
Wydajność elektryczna i zgodność
W tym transformatorze zastosowano uzwojenia aluminiowe, skonstruowane z komponentów certyfikowanych przez UL, aby spełniały wymagania projektowe i przepisy amerykańskie.
Projekt mechaniczny i ochrona środowiska
Ten transformator znajduje się w wodoodpornej obudowie i jest szczelny na kurz, co pozwala mu działać w różnych warunkach temperaturowych, od -30°C do +50°C, oraz na wysokościach do 1 600 metrów..
Wynik projektu
Ten projekt pokazuje naszą zdolność do dostarczania transformatorów prostowniczych o wysokiej pojemności, zaprojektowanych na specjalne zamówienie, w zaawansowanych projektach magazynowania energii, zapewniając wysoką wydajność elektryczną i przestrzegając międzynarodowych oraz amerykańskich standardów.
Wnioski
Energia cieplna z magazynowaniem chemicznym (TCES) składa się z różnych komponentów, a co najważniejsze, transformatorów, które utrzymują poziomy napięcia i zapewniają bezpieczny przesył do sieci poprzez zarządzanie generowaniem ciepła oraz jego wpływem na napięcie. W przypadku magazynowania energii chemicznej preferowane są wysokowydajne transformatory, które zapewniają wysoką efektywność i ciągłe zasilanie dla systemów off-grid i podłączonych do sieci.
Transformatory są istotnym elementem efektywnego i bezpiecznego funkcjonowania systemów magazynowania energii. Transformator Daelim oferuje wysokowydajne transformatory zaprojektowane dla projektów magazynowania energii, pomagając w stworzeniu współpracy pomiędzy różnymi źródłami magazynowania, takimi jak instalacje hybrydowe, baterie i systemy chemiczne. Dzięki w pełni zoptymalizowanemu projektowi i strukturze transformatora, Daelim pomaga uzyskać odpowiednie cechy ważne dla zwiększenia efektywności systemu i bezpiecznej pracy, takie jak regulacja napięcia, izolacja elektryczna i niskie straty mocy.
Transformatory Daelim zapewniają łatwą transmisję energii na dłuższe odległości, co umożliwia płynną integrację z siecią, tworząc niezawodny system ogółem i minimalizując ryzyko awarii. Są więc pomocne w zakresie wysokiej wydajności, łatwego magazynowania energii oraz realizacji transmisji bez wpływów, jak w systemach magazynowania wspieranych przez sieć, również na większą skalę.
English
Polish
German