System magazynowania mikrosprężonego powietrza do zastosowań mieszkaniowych i przemysłowych – magazyn pv International

13 września 2023 rEmiliano Belliniego

Naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Polsce zbudowali system magazynowania energii w postaci mikrosprężonego powietrza (CAES) w oparciu o rozprężacz powietrza z napędem tłokowym.

Nowe rozwiązanie jest przeznaczone do zastosowań mieszkaniowych i przemysłowych, które wymagają dodatkowego niskotemperaturowego ciepła odpadowego i strategii sterowania przerywanego. „System ten jest na razie prototypem, ale budujemy teraz jego wydajniejszą wersję” – powiedział korespondent badania Jacek S. Leszczyński. magazyn pw.

Układ składa się ze sprężarki, tłoka, tłoczyska, korbowodu, mechanicznej korby i wału korbowego. Wykorzystuje również moduł magazynowania energii cieplnej (TES), aby poprawić kontrolę wydajności procesu rozprężania sprężonego powietrza poprzez modulację szerokości impulsu (PWM). Ta ostatnia metoda jest powszechnie stosowaną metodą sterowania urządzeniami analogowymi za pomocą sygnału cyfrowego.

Część magazynująca systemu składa się ze zbiornika izobarycznego, w którym magazynowane jest sprężone powietrze w postaci energii mechanicznej oraz modułu TES, który magazynuje ciepło powstałe podczas sprężania. Pulsacyjny wymiennik ciepła sterowany PWM służy do podgrzewania części sprężonego powietrza i układu zaworu sterującego przepływem. Mechaniczny układ korbowy jest następnie łączony poprzez przekładnię z generatorem energii elektrycznej.

„W części rozprężnej znajdują się elementy napędowe w postaci siłowników, które zamieniają energię mechaniczną sprężonego powietrza na energię mechaniczną ruchu posuwisto-zwrotnego tłoka i tłoczyska” – wyjaśniają naukowcy. „W tej sekcji sprężone powietrze jest rozprężane do atmosfery po pracy w komorze siłownika.”

Naukowcy przeprowadzili analizę wydajności układu wielonapędowego w celu oceny jego wpływu na działanie rozprężacza powietrza. „Postanowiono przedstawić porównanie dynamiki rozprężacza powietrza złożonego z jednego, trzech, pięciu i siedmiu napędów liniowych, dla których suma średnicy tłoka jest w każdym przypadku równa” – precyzują, dodając, że w analizie uwzględniono wytwarzaną moc, prędkość obrotową wału, zużycie powietrza i przepływy objętościowe.

Test wykazał, że układ wielonapędowy nie tylko zwiększa wydajność agregatu, ale także stabilizuje prędkość obrotową, co z kolei zwiększa wytwarzaną energię elektryczną. „Eksander składający się z trzech jednostek miał największą moc elektryczną w porównaniu z ekspanderami pięcio- i siedmiojednostkowymi oraz znacznie mniejsze wahania mocy elektrycznej niż ekspander jednojednostkowy” – zauważyli również.

Naukowcy odkryli również, że idealny cykl pracy układu sterowania PWM zasilanego powietrzem wynosi 0,5, co skutkuje mocą elektryczną 1,1 kW i efektywnością energetyczną 65% ekspandera powietrza.

Jego zdaniem ten cykl pracy ma możliwość kontrolowania energii elektrycznej przy zachowaniu akceptowalnej ogólnej wartości sprawności. „W analizowanym przypadku zakres zmienności mocy elektrycznej wynosił od 500 do 1800 W, czyli od 20 do 75% mocy maksymalnej przy zmianie sprawności ogólnej od 90 do 100% sprawności maksymalnej” – stwierdzili.

System został zaprezentowany w opracowaniu „Analiza optymalnej dynamiki ekspansji w alternatywnym napędzie dla systemu produkcyjnego mikro-CAES,” opublikowane w Zastosowana energia.