VARIANTELE SISTEMELOR DE ALIMENTARE ȘI PROCESELE DEZVOLTĂRII LOR
Examinarea posibilelor versiuni ale sistemelor de alimentare cu energie electrică pentru diferiți consumatori de impulsuri este de dorit să demonstreze un exemplu de sarcină specifică, de exemplu, pentru unul dintre dispozitivele de perspectivă ale tehnologiei moderne - un accelerator de masă electromagnetic al șinei.
Acest accelerator de mare viteză include un sistem puternic de alimentare. Sistemele puternice de alimentare cu energie înaltă existente se caracterizează printr-un conținut energetic specific în masă
1-10 J / g, care este mult mai scăzută decât conținutul energetic specific al purtătorilor de energie chimică
(5-10 kJ / g). Dezvoltarea intensivă a sistemelor de alimentare cu energie se concentrează pe crearea puternice (10 ^ 12 ^ 10-10 wați) (10-100 MJ) sisteme mari consumatoare de energie cu parametrii ridicați specifici de energie ale unității impulsului (10 J / g) și modul de frecvență de funcționare, precum și pentru crearea de echipamente de sine stătătoare sistemele de alimentare cu energie primară. Aceste evoluții în scopul său depășește cu mult utilizările Bani numai în acceleratoarele electromagnetice, care determină prioritatea lor mai mare în ierarhia „tehnologiilor critice“. Railgun - schema de conducție a unui accelerator electromagnetic - este un consumator de energie electrică și, în acest sens, o sarcină a sistemului de alimentare cu energie electrică. Impedanța electrică a pistoalei are o natură reactivă activă și variază în mărime în timpul accelerării corpului fiind aruncat.
Mai jos sunt diferite opțiuni pentru construirea de surse de alimentare autonome pentru șinele de cale ferată.
Generatoarele care generează explozii ca sisteme cu inductanță descrescătoare sunt coordonate optim
cu calea ferată. Când funcționează EMG, se generează curenți electrici de ordinul 1-10 MA. Eficiența transformării energiei chimice a unui exploziv în energie electrică în VMG poate ajunge la 10%. În seria de surse pulsate de energie electrică, VMG au cei mai mari parametri de impuls specific (-50 J / g). Nivelul limită de energie generat într-un singur modul atinge 100 MJ.
Sursa excitației electrice a fluxului magnetic inițial este de obicei o stocare de energie capacitivă. Caracteristica specifică de greutate a ENE este semnificativ mai slabă decât VMG, prin urmare, VMG ar trebui să asigure un câștig semnificativ al energiei electrice inițiale (
10 ^ 2-10 ^ 3), astfel încât parametrii specifici ai ENE să nu determine parametrii sistemului ca un întreg. Astfel de valori ale factorului de câștig energetic se realizează numai în schemele ICM în mai multe etape. Trebuie remarcat faptul că în seria generatoarelor cu exploziv-magnetice există scheme în care chiar mai mari (
10 ^ 6) valoarea câștigului energetic.
MGDG exploziv este o sursă explozivă stocată de impulsuri puternice de energie electrică, poate funcționa în modul de repetare a frecvenței pulsului. Eficiența transformării energiei explozivilor în energie electrică este de 5-10%. Nivelul limită al energiei generate este estimat la 10 MJ. Energia specifică a unui singur impuls este determinată de parametrii sistemului magnetic și atunci când se utilizează componente superconductoare este de 0,3-0,5 J / g. MGDHG are practic
capacitatea instantanee de producere a energiei, dacă sistemul magnetic este supraconductor. Crearea sistemelor de spălare cu MHDHD la o energie de 1-10 MJ este asociată cu un anumit risc datorită faptului că modelele experimentale ale dispozitivelor au fost procesate la scări de energie de nivelul -0,1 MJ.
Capacitatea de stocare (ENE) este elementul cel mai dezvoltat al dispozitivelor cu impuls de mare putere de mare putere. Elementul de bază ENE este stăpânit și fabricat de industrie. Nu există probleme fundamentale în crearea de unități cu o energie stocată de până la 10 MJ. În versiunea standalone,
Alimentatorul este produs dintr-un generator electric cu un convertor și un redresor adecvat. Generatorul poate fi acționat de un motor cu motor sau turbină cu gaz
(motorina are o putere specifică mai mică). Frecvența caracteristică a generației de impulsuri actuale în modul de funcționare a frecvenței ENE este determinată de puterea electrică a sursei pompei și de proprietățile condensatoarelor și poate atinge 100 Hz. Pentru ENE, o densitate scăzută a energiei stocate (-0,1 J / g,
0,1 J / cm3), care determină masa, dimensiunile și condițiile de funcționare ale sistemului (condiții de plasare, transportabilitate etc.).
Dacă presupunem că eficiența conversiei energiei electromagnetice în energie cinetică în railgun este de 10-20%, valorile limită ale energiei cinetice furnizate de sistemul „UNE-railgun“ este 1-2 MJ, ceea ce corespunde vitezei de accelerare 6-8 km / s Greutate totală șoc la 0,1 kg.
Inductivul de stocare a energiei (INE) din toate sistemele de stocare este cel mai puternic, cu o energie înaltă (10 ^ 8-10 ^ 9 J), are parametri specifici înalți (10 J / g și mai mult). Acumularea energiei în INE se realizează prin intermediul unei surse de pompă. În general, nu toate sursele posibile de pompare oferă un curent în concordanță cu sarcina electrică și nu orice înfășurare a dispozitivului permite pomparea până la valori ale curentului arbitrar. Pentru a corespunde cerințelor actuale ale sarcinii electrice, sursei pompei și înfășurării de acționare, se poate utiliza unul dintre circuitele de înmulțire INE.
Există următoarele opțiuni pentru construirea SES utilizând magazine de energie inductivă.
Rezistență INE (timp de stocare a energiei
1 c) poate fi alimentat de la un generator de șoc unipolar (VUG). Pompă UUG ca sursă primară coordonată cu Ine de energie (10 mJ sau mai mult), convertește în mod eficient energia cinetică în energie electrică (-60%) pentru timpii -0,1-0,01 s, curenți de pompare Chiva Secu
10 MA, are parametri specifici înalți. Timpul de acumulare a energiei în UUG este determinat de puterea de acționare (electrică sau turbo), durata de viață a UUG este siguranța colectorilor de curent glisant. Deoarece UUG este doar parțial decelerat cu energie, pomparea (răsucirea volantului) la impulsurile ulterioare se face într-un timp mai scurt. În timpul funcționării UWG, au loc vibrații mecanice, momente giroscopice (care împiedică mișcarea acestor sisteme de-a lungul unghiului), momente de rotație aplicate suporturilor în timpul frânării masei volantei UUG.
INE (cald, crio) poate fi alimentat de la:
• Generatorul de compresie (KG), care este un generator de impulsuri de energie periodice (-100 Hz) cu ciclu de sarcină reglabil, prin urmare, bazat pe utilizarea KG, poate fi construit un sistem de acțiune periodică-frecvență. În comparație cu generatoarele electromotoare cu un singur impuls, KG are parametri specifici (în cazul seriei EMN) (-0,1 J / g). Mic, în comparație cu nevoile feroviare, amplitudinea impulsurilor de curent generate (
10 kA) necesită crearea unor sisteme de multiplicare a acestora;
• unitatea de mașini electrice pe baza unui generator electric sincron (SG) care funcționează în regim de frânare dinamic cu un timp caracteristic de realizare a energiei de 1-5 s. SG este caracterizat de un nivel ridicat de energie acumulată (
10 ^ 9 J), puterea într-un agregat unitar
100-200 MW, energie specifică
5 J / g. Pentru a coordona cu pistolul, curentul generat de SG trebuie transformat într-unul constant. De asemenea, este necesar să se creeze un sistem de multiplicare a curentului de la generarea 10 kA la 1-2 MA.
INE (crio) poate fi de asemenea alimentat de un generator electric (EG):
• pomparea directă a unității cu o putere suficientă a unității EG. În acest caz, un generator unipolar poate fi folosit ca un generator puternic și puternic de curent continuu. Apoi, mașina unipolară este folosită doar ca un convertor de energie, dar nu ca un dispozitiv de stocare;
• curent continuu de mare viteză EG cu o singură putere electrică
10 MW și putere specifică ridicată (-5 kW / kg).
Sistemele de pompare ale dispozitivelor de stocare inductive enumerate mai sus au în componența lor convertoare de energie mecanică în energie electrică. Energia mecanică este produsă prin transformarea energiei sursei de energie primară în motor. Motorul poate fi utilizat în mod eficient turbină cu gaz (
10 kW / kg). Motorul cu combustie internă are cei mai slabi parametri specifici (
1 kW / kg). Ca sursă primară de energie, se pot utiliza combustibili organici, precum și hidrogen, încălzite într-un reactor nuclear cu un design special.
INE cu pompare de la generatoare MHD de diferite tipuri.
MGDG este un generator homopolar metal lichid cu geometrie liniare zhidkometalliches-Kim mediu de lucru, energia mecanică este transformată în energie electrică la frânarea forțelor ponderomotive într-un câmp magnetic. Sursa de energie primară din LMCGG este de obicei o încărcătură de pulbere, astfel încât mobilitatea pornirii acestui generator este destul de ridicată (
10-100 ms). La înlocuirea încărcăturilor de pulbere și a inversării fluidului de lucru, generatorul poate funcționa în mod periodic în frecvență (
1 Hz). La fel ca UUG, LMGDG poate fi folosit pentru pomparea INE-urilor rezistive. Railgunul poate fi alimentat direct de la mai multe LMCGD cu conexiune în serie și funcționare sincronă a canalelor. Experiența practică în crearea și funcționarea LMCGG se limitează la cercetarea pe standuri experimentale la nivel de laborator cu energie generată până la 100 kJ.
generatoare MHD cu acțiune rapidă (MGDKD) combustibili speciali pe bază de plasmă sunt caracterizate prin valori ridicate ale energia electrică generată la o singură unitate (15-500 MW) și parametri specifici (
10 kJ / kg), precum și un timp scurt de pregătire pentru eliberarea impulsului energetic (
1-10 s). Durata unui singur puls de energie este de aproximativ 2-5 s, resursa canalului este de 3-5 porniri. Frecvența lansărilor ulterioare este determinată de durata procesului
rece canalul MHD, precum și instalarea unei noi ori de încărcare, sistemul de stocare a energiei, excitarea initiala, alertare a sistemului de comutare și alte sisteme auxiliare. Diferențe-TION MGDKD caracteristică operațională este prezența unor mari longitudinale impuls recul mecanică și emisii semnificative de fum în funcție de debitul de combustibil (la generează consumul de putere Rui-500 MW este de 10 ^ 3 kg / s).
Perspectivele de îmbunătățire și dezvoltare generatoare MGDKD sunt asociate în principal cu îmbunătățirea combustibilului (creșterea consumului de energie specific, parametrii de îmbunătățire a plazmofizicheskih produselor de ardere, oferind flexibilitatea controlului puterii), creșterea resurselor continuă și reprelucrare canale MHD și o scădere a costului de auto-excitație (de obicei, până la 80% din puterea generată). Gama MGDKD a doua de funcționare poate fi utilizată în mod eficient pentru pomparea rezistiv criogenice și stocare inductiv. Nivelul curenților generați de MGKDD este
200 kA. În comparație cu UUG, MGDKD este o sursă de energie de tip generator, care determină mobilitatea ridicată a sistemului de pornire în absența unor rețele electrice externe puternice.
INE (cald, crio) cu pomparea de la un acumulator electric impuls (EAI). În cazul în care caracteristicile specifice ale EAI ajunge
10 J / g și 10 W / g, masa energiei sale 100 mJ fi de ordinul a 10 m, iar Ine de pompare cu o energie de 100 MJ poate fi realizată în mai puțin de 1 s. Un astfel de sistem de pompare Ine destul de simplu, are un grad ridicat de pregătire pentru energie asigură valoarea necesară a curentului pompei, care evită sistemul actual de multiplicare Ine. La EAI faza de reîncărcare are un grad ridicat de autonomie, pentru că de încărcare - procesul de lot și nu necesită nici o putere substanțială (EAI este considerată aici ca sursă primară de energie, nu ca un sistem de conversie a puterii de acționare).
Supraconductoare INE. ca impulsuri acumulatoare electrice, pentru a stoca energie electrică pentru un timp suficient de lung, la un cost de energie electrică relativ scăzută la compensarea pierderilor disipative din sistem. Posibilitatea stocării pe termen lung a energiei electrice în SPINE ne permite să considerăm acest sistem ca fiind un sistem puternic de alimentare cu energie, cu un nivel ridicat de autonomie și mobilitate la lansare. Conform estimărilor existente, energia specifică furnizată pe baza SPINE poate ajunge la 10-50 J / g. O caracteristică distinctivă a INE privind elementele superconductoare este aceea că cei mai comuni conductori transportă curent curenții de nivel
10-20 kA, ceea ce face necesară crearea unor sisteme de multiplicare curente până la valorile necesare pentru sarcină. În funcție de condițiile de operare (bazare, transport, disponibilitate, lansare), SPINE poate fi alimentat din următoarele surse de energie:
• rețeaua electrică cu convertorul corespunzător;
• generator alimentat cu turbină cu gaz
motor sau motor diesel;
• acumulator electric, celule galvanice de rezervă și
stocarea energiei electrice;
Din materialele prezentate rezultă că atunci când se alege un sistem de alimentare cu energie electrică, este necesar să se ia în considerare nu numai caracteristicile electrice necesare, ci și să se țină seama de întreaga gamă de cerințe operaționale și tehnice.
Revenind la problema alimentării unui anumit încărcătură - cale ferată, trebuie subliniat faptul că evoluțiile de proiectare au folosit ENE, INE, EMN, VMG. Studiile experimentale au fost efectuate folosind ENE, INE și VMG.
PROGNOZA DEZVOLTĂRII SURSELOR DE IMPULS DE PUTERE DE ENERGIE
Caracteristici Analiza energomoschnostnyh întregului complex de mare putere în impulsuri AIE arată că cele mai mari consumatoare de energie în prezent sunt generatoare sincrone și homopolare, șoc, și generatoare MHD solide. În viitor, ar trebui să ne așteptăm la o creștere semnificativă în dispozitive de stocare a energiei supraconductoare a energiei de diverse modificări.
În ceea ce privește caracteristicile de putere la nivelul modern al științei, tehnologia și tehnologia sunt lideri generatori cu exploziv-magneți, precum și unități capacitive care funcționează în modul cu linie lungă. Una dintre principalele tendințe în dezvoltarea IEE-ului pulsatoriu va fi creșterea valorilor absolute ale puterii generate de dispozitive, totuși, VMG și DL vor aprecia încă determinarea valorilor limită ale nivelurilor de putere obținute.
Cea mai mare densitate de energie între clase și tipuri considerate EEI și se pare că au mii, va avea un duschem geamandură, surse chimice, printre care sunt la temperatură ridicată sernolitievye lovit. Cea mai mare putere specifică este caracterizată de generatoare de tip exploziv-magnetic. Din punctul de vedere al nivelului actual de dezvoltare a științei, concurenții săi în acest indicator nu au devenit încă aparenți.
Sursele de energie pe termen scurt (timp de funcționare mai mare de 1 secundă) pot fi utilizate ca cascade preliminare în sistemele de alimentare de mare putere care funcționează în moduri puls și frecvență-periodice.
Astfel, un nivel de energie de 10 ^ 8-10 ^ 9J cu o putere de ordinul a 10 ^ 10 W și mai mult poate fi furnizat pe baza inelelor de stocare inductive de diferite tipuri: 10 ^ 7-10 ^ 8 J - exploziv
generator, 10 ^ 7 J și mai jos - stocare capacitivă și MGDG exploziv. În modul de frecvență al impulsului impulsurilor energetice, generatorul de compresie MHDVG, LMMDG și dispozitivele de acționare în modul de scădere a energiei parțiale pot fi operate cu comutatoarele corespunzătoare. Sistemele autonome pot
să fie construite pe baza dispozitivelor de stocare a energiei dinam electrice de diferite tipuri (HS, UUG, CG, SG), MGDG cu acțiune scurtă (MGDKD,), MGDVG, mare SPINE, surse de curent chimice (acumulatoare electrice pulsat, unități moleculare etc.), turboelektrogeneratorov, energia nucleară instalații cu convertizoare de energie termică în energie electrică.
Valorile tipice ale energiei specifice a sistemelor puternice nedistructibile nu depășesc de obicei nivelul
1 J / g. Sistemele cu resurse limitate, cu resurse limitate, distrubuite sau parțial distruse, se caracterizează prin valori mai ridicate ale energiei specifice generate (
10 J / g). Perspectivele de îmbunătățire a parametrilor și a caracteristicilor specifice ale centralelor electrice sunt în primul rând legate de utilizarea de noi materiale și tehnologii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: