Vacío para almacenamiento de energía: soluciones para sistemas de volante estacionario

Fuente: https://www.altenergymag.com/

Dependiendo del tiempo que se necesite almacenar la energía y del número de cargas y descargas correspondientes, se deben considerar diferentes tecnologías, pero todas tienen una cosa en común: esencialmente dependen de la tecnología de vacío.

Una demanda cada vez mayor de energía disponible rápidamente y rentable en todo el mundo se opone a los problemas del cambio climático y la creciente conciencia ambiental en nuestra sociedad. Como consecuencia, la demanda de tecnologías mejoradas en el campo del almacenamiento de energía, especialmente en lo que respecta a las energías regenerativas, es cada vez mayor. Este desarrollo es un gran impulso para el desarrollo de nuevas tecnologías y procesos de producción innovadores en esta área. La diversidad de las aplicaciones particulares permite que las nuevas tecnologías se enfrenten a varios desafíos. Dependiendo del tiempo que se necesite almacenar la energía y del número de cargas y descargas correspondientes, se deben considerar diferentes tecnologías, pero todas tienen una cosa en común: esencialmente dependen de la tecnología de vacío.

Vacío para tecnología de volante

El almacenamiento de energía a corto plazo se ha visto revolucionado en breve por una tecnología innovadora: los depósitos de energía mecánicos por volante. Se utilizan como sistemas estacionarios o móviles en diferentes aplicaciones. La segunda parte de la serie sobre “vacío para almacenamiento de energía” de Pfeiffer Vacuum se centra en los sistemas de volante estacionario. Los sistemas de volante estacionario se utilizan, por ejemplo, como fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) en centros de almacenamiento de datos y hospitales. Además, las tareas de equilibrio de la red, que se vuelven cada vez más importantes debido a un mayor uso de la energía solar y eólica, también pueden ser respaldadas por sistemas de volante. Una larga vida útil incluso cuando se enfrentan muchos ciclos de carga, así como la posibilidad de proporcionar la energía almacenada al instante cuando sea necesario, los convierten en la opción ideal para esta aplicación.

Diseño de un almacenamiento masivo de volante

Uno de los componentes principales de un volante es su rotor. Por lo general, está hecho de acero templado o sintéticos reforzados con fibra. La elección del material adecuado es exigente. Los requisitos son una alta resistencia específica a la tracción para soportar las enormes fuerzas, así como un bajo módulo elástico para mantener las estrechas tolerancias y permitir una alta densidad de energía, solo por nombrar algunos. La velocidad de rotación del rotor puede ser de varias decenas de miles de rotaciones por minuto; algunos modelos incluso alcanzan hasta noventa mil rotaciones por minuto. Con ello, se puede alcanzar una alta densidad energética.

El cojinete del rotor es mecánico o magnético y debe diseñarse con una fricción mínima. La carcasa debe actuar como contención en caso de avería. El espacio entre el rotor y la carcasa debe ser lo suficientemente grande para permitir la extensión del rotor debido a la tensión dinámica y térmica (ver Fig 2).

Su equipamiento eléctrico asegura la conversión de energía: mientras se carga, el volante actúa como un motor impulsado por energía eléctrica. Durante la descarga, el volante constituye un generador que produce electricidad.

El vacío asegura la eficiencia

Para garantizar la eficiencia de un volante como dispositivo de almacenamiento de energía, las pérdidas constantes por fricción deben reducirse al mínimo. Para ello, la carcasa del volante se vacía con bombas de vacío. Las presiones objetivo típicas son 1 · 10-1 hPa hasta 1 · 10-3 hPa o incluso menos. Como resultado, tanto la generación de calor como las pérdidas de energía se reducen drásticamente. Como hay una carga de gas constante debido a pequeñas fugas y desgasificación del rotor, cada sistema de volante está equipado con bombas de vacío. Debido a su alta presión alcanzable combinada con tecnología confiable a bajo costo, las bombas de paletas rotativas de dos etapas son óptimas para esta aplicación. En sistemas con una carga de gas comparativamente alta o presiones objetivo inferiores a 1 · 10-3 hPa, es necesario un equipo de vacío adicional. Por lo tanto, generalmente se agregan turbobombas al sistema.

Las bombas de vacío incluidas en el sistema de volante tienen que cumplir altas exigencias: las más importantes son las pequeñas dimensiones combinadas con una buena presión final y bajo consumo de energía.

Solución óptima de Pfeiffer Vacuum

Con sus bombas de paletas rotativas de dos etapas de DuoLine y sus populares turbobombas HiPace, Pfeiffer Vacuum ofrece soluciones ideales que cumplen con los requisitos de los sistemas de almacenamiento masivo de volantes. Entre ellos, destaca en el mercado la edición especial del Duo 3 con un innovador accionamiento de CC. La bomba puede ser alimentada con 24 V DC y es capaz de trabajar en un rango de temperatura de -20 ° C a +60 ° C, lo que la hace ideal para aplicaciones de volante móvil y, por lo tanto, está directamente dedicada a este campo. Además, las bombas de vacío y los manómetros de Pfeiffer se utilizan en sistemas de volante de inercia en todo el mundo.

Pionero del almacenamiento de energía confía en Pfeiffer Vacuum

El pionero francés en el desarrollo de almacenamiento de energía, Levisys, ha confiado en las soluciones de vacío de Pfeiffer para sus experimentos y desarrollos desde sus inicios. La empresa de nueva creación desarrolló e implementó el primer sistema de almacenamiento de volante estacionario de 10 kW en el sitio de producción de Engie Ineo, un importante actor francés en ingeniería eléctrica, en la ciudad de Toulouse. La empresa ha establecido una SmartGrid en la que se utiliza un sistema de volante estacionario para igualar las desviaciones en el suministro de energía. De esta manera, el nuevo método de almacenamiento de electricidad contribuye al suministro de energía regular del sitio de producción. Complementa las baterías de iones de litio utilizadas hasta ahora para el almacenamiento de energía. Después de la primera fase de prueba, se agregarán nueve sistemas de almacenamiento de volante estacionario más para alcanzar una capacidad de 100 kWh. Los sistemas de almacenamiento masivo de volante estacionario de Levisys utilizan bombas de paletas rotativas de las turbobombas DuoLine, HiPace, así como medidores de vacío para generar y medir las condiciones de vacío necesarias. Las exigencias impuestas al equipo de vacío son elevadas: debe funcionar de forma fiable, ser compacto ya que el espacio dentro de los sistemas de volante estacionario es limitado y, además, debe tener una baja potencia de entrada. Con su alta fiabilidad y calidad, el equipo de vacío de Pfeiffer fue la solución perfecta para los requisitos específicos de Levisys y representa más posibilidades para las soluciones de vacío. ser compacto, ya que el espacio dentro de los sistemas de volante estacionario es limitado y, además, debe tener una baja potencia de entrada. Con su alta fiabilidad y calidad, el equipo de vacío de Pfeiffer fue la solución perfecta para los requisitos específicos de Levisys y representa más posibilidades para las soluciones de vacío. ser compacto, ya que el espacio dentro de los sistemas de volante estacionario es limitado y, además, debe tener una baja potencia de entrada. Con su alta fiabilidad y calidad, el equipo de vacío de Pfeiffer fue la solución perfecta para los requisitos específicos de Levisys y representa más posibilidades para las soluciones de vacío.

Las ventajas de los productos particulares de un vistazo:

Bomba de paletas rotativas Duo 1.6

• Velocidad de bombeo de 1,25 a 11 m3 / h
• El acoplamiento magnético libre de mantenimiento opcional permite la integración de procesos individuales
• Alta fiabilidad de funcionamiento gracias a la válvula de seguridad de alto vacío controlada hidráulicamente 
• Cómoda integración del sistema debido al tamaño reducido y la disposición óptima de las conexiones de vacío
• Conexión de retorno de aceite integrada para una modernización más sencilla
• Motores eléctricos monofásicos energéticamente eficientes para un bajo consumo de energía
• Motor monofásico más válvula de lastre de gas y seguridad integrada

Turbobomba HiPace 300 

• Velocidades de bombeo de hasta 260 l / s para N2
• Máxima fiabilidad en un diseño compacto
• Alta velocidad de bombeo y máxima compresión para todos los gases.
• Certificación Semi S2 y UL / CSA
• Ideal para la industria y la investigación
• Electrónica de accionamiento integrada, apta para entornos industriales con clase de protección IP54
• Monitoreo continuo de datos operativos

Vacuómetros de DigiLine

• El rango de presión 5 · 10-10 a 2000 hPa cubre todo el rango de vacío
• Transmisión de señales digitales para una comunicación sin errores con un PC o PLC
• Adecuado para la integración en aplicaciones automatizadas con turbobombas HiPace
• Interfaces de bus de campo opcionales o salida analógica con dos puntos de ajuste como opciones disponibles
• La transmisión de valores de presión numéricos elimina la necesidad de lidiar con características y nuevos cálculos
• Conjuntos de conectores de clase de protección IP54 y M12 para un funcionamiento confiable en entornos de trabajo pesado