Temporal Power公司对可再生能源存储进行了新的诠释
乔什·奥尔森/兆福自动化/www.beckhoff.com/wind
转速超过12,000转/分，这种基于飞轮的储能为替代能源应用中的电网监管提供了新的发展
飞轮已经存在了几代人，但很少在现代电力装置中使用。然而，总部位于加拿大安大略省米西索加的Temporal Power公司利用这项技术作为跳板，使公司一跃成为电力存储行业的前沿。该公司基于飞轮储能的储能和调节系统为替代能源的调控提供了新的和不同的途径。
零部件供应商和工程公司已经与Temporal Power合作，以改善全球能源电网的管理和平衡方式。加拿大第一个并网商用飞轮设施最近在安大略省Minto开业就是一个很好的例子，这个2兆瓦的存储阵列采用了Temporal Power技术。最近，该公司被安大略能源协会评为2014年度最佳公司。
可再生能源储存的新发展
在当今这个由铝、钛、碳纤维和其他下一代材料组成的世界里，你很难找到一种相对不起眼的材料，比如钢铁，能成为尖端、高科技替代能源装置的核心。然而，Temporal Power利用这种耐用、坚固和广泛可用的材料，为其先进的飞轮技术提供替代能源应用。
基于飞轮的储能的基本前提是以一个大的旋转质量为中心，通过轴承悬浮在真空室中以减少摩擦，并连接到电动机和发电机的组合。控制装置将来自网格的能量应用到飞轮总成上，使圆柱形质量旋转到大约12,000转/分。一旦达到高速，电源断开，真空密封系统和高科技轴承的组合让质量旋转与最小的摩擦。当将电力从系统中抽出供公用事业和用户使用时，电动机的动作是反向的，实际上变成了一台发电机。飞轮的动能随后从系统转移到网格中。
飞轮系统中的传统机械轴承在保持旋转质量的惯性能量方面存在问题，比如动能的重大损失。然而，磁性轴承，就像那些创造和投入使用的时间功率在他们的飞轮产品，大大减少摩擦应力。这极大地提高了系统保持飞轮转动能量的能力。
钢转子，乍一看可能是一个低技术的选择，被选中是因为它可以提供系统的独特的功能组合。充足的可用性和环保，时间能源选择使用回收钢材。Temporal Power首席执行官Cameron Carver表示，基于电池的存储概念中缺乏常见的化学物质，这使得他们的系统能够提供“当今市场上最环保的能源存储解决方案之一”。“我们的清洁技术提供了完全可回收的组件，没有外来材料，使时间能源提供了一个有吸引力的价格点，同时保持我们的整体生态责任的目标。”
更多的好消息是:那些采用飞轮技术的人不必担心为了生态友好而牺牲效率和性能。Temporal Power公司总裁兼首席技术官Jeff Veltri表示:“Temporal Power公司专有的磁性轴承使系统实现了97%的机械效率，从而使该系统拥有市场上其他商用飞轮两倍的能量容量和五倍的功率输出，而成本仅为后者的一半。”“这种设计在不牺牲功能的前提下，提供了一种坚固、环保的下一代电源解决方案。”
以EtherCAT的速度调节电压
标准电网不采用储能技术，因此所有产生的电力都会立即消耗掉。为了达到最高效率，这个功率必须保持在一个稳定的频率。当产生的电量超过消耗的电量时，频率就会上升。或者，当有太多的负载和没有足够的发电量，频率下降到低于建议的水平。这种频率漂移导致电网变得不平衡和关闭，导致停电和不满的电力客户。
用于此类能源调节的传统资产包括天然气发电和水力发电系统。尽管它们充分地执行了功能，但这个过程的资源消耗要大得多。这些系统的反应速度也慢得多，需要时间才能达到满功率。为了解决这一问题，电力公司获得了更高水平的这类监管服务，这比反应更快的系统成本更高。
飞轮储能为电网内外电压调节提供了理想的解决方案。该公司的高性能飞轮技术可以精确跟踪来自电网运营商的信号，响应时间为毫秒。通过使用Beckhoff Automation的EtherCAT工业以太网解决方案，该系统有潜力提供更严格的频率调节控制，利用实时吞吐量、所有常见信号类型的灵活集成和微秒级反应时间等功能。
随着更多可再生能源接入电网，可再生能源系统固有的可变能源发电可能会成为问题。控制精度变得至关重要。虽然其他飞轮系统是间歇性使用的，但Temporal Power的系统是全天候运行的。这是由temporpower公司组装的可靠热管理和监控系统的功能，该系统利用了Beckhoff自动化公司基于pc的控制技术。EtherCAT工业以太网系统的速度让公司进一步简化了控制系统。飞轮系统的效率和价值引领了储能系统的开发NRStor选择Temporal Power公司的飞轮设计，用于加拿大安大略省Minto的第一个并网、基于飞轮的频率调节设施。飞轮系统为电力公司提供了一个高效、快速响应的系统，以协助匹配发电所需的能源的供应和需求。
高级控制和测量
在开发的早期阶段，Temporal Power试图通过更快、更可靠的数据采集和传输系统来减少延迟。在过去成功使用EtherCAT Box I/O产品后，Temporal Power进一步深入研究了Beckhoff的产品组合，找到了基于pc的控制和EtherCAT的必要解决方案。Veltri表示:“将现有的EtherCAT产品与Beckhoff的PC控制技术结合使用，不仅解决了我们遇到的许多延迟问题，还提供了诱人的好处。”“我们意识到可靠性的提高，以及机柜空间的减少和成本的降低，这是由更精简的系统和更少的组件造成的。”
飞轮控制系统的核心是一台带有1.4 GHz Intel赛扬CPU、运行TwinCAT 3自动化软件的Beckhoff CX2020嵌入式PC。基于pc的控制系统处理时序动力飞轮的自动化要求，并提供与EtherCAT I/O系统的直接连接。Temporal Power还依赖于TwinCAT Modbus TCP来映射他们的测试设施控制系统和飞轮I/O。Veltri表示:“功能丰富的TwinCAT 3软件平台与基于ethercat的通信系统协同工作，显著提高了我们电压调节应用的响应时间。
由于需要快速、准确地测量电网电压，Temporal Power现在依靠EL3773 EtherCAT终端的功率监测和过采样，使用系统集成解决方案提供这一级别的功能。EL3773设备具有六通道、同步功率测量以及XFC(极端快速控制)技术，提供了sub-100µ的响应时间和扩展的实时特性。该终端还具有分布式时钟，允许在EtherCAT系统中高精度同步测量值。EtherCAT分布式时钟可实现10 ns的内部采样次数和1µs的分布式时钟精度。
“在我们的应用中，我们不只是充当生成器;我们正在积极提供电网支持。我们帮助调节电网电压，这是独特的，当与大多数其他电网解决方案。我们可以快速准确地检测电网电压是否下降以及下降的速率。为电网提供即时电压支持是至关重要的，EL3773中XFC技术提供的极快速度让我们能够以一种高效的方式实现这一目标，”Veltri补充道。
更换电柜
此外，由Beckhoff EtherCAT Box I/O线提供的坚固结构和IP 67级保护减少了temporpower系统飞轮部分的电气柜需求。防潮和防尘的EtherCAT Box I/O系统直接安装在飞轮外壳上，节省了空间和成本。
EtherCAT Box I/ o能够很好地满足我们的安装需求。由于飞轮系统位于地下，我们需要防止潮湿、振动和温度变化。EtherCAT Box解决方案的IP 67等级提供了所需的精确健壮性。”“我们也经历了更大的效率作为我们的以前的版本有一个整体橱柜专用交换机处理Modbus和IP地址,所以更精简的系统如EtherCAT,它不需要开关或IP地址、线路简化,提供一个优雅的解决方案,我们的需要。”
特殊的能量储存
随着未来储能装置的计划已经在进行中，Temporal Power正处于理想的位置，以解决快速增长的替代能源存储需求。随着消费能源使用量的增长没有放缓的迹象，能源公司仍在寻找成本效益高、可靠的解决方案，以监管能源网，并让客户的灯继续亮着。Jeff Veltri解释说，在他们的设计中使用基于pc的控制和EtherCAT系统为Temporal Power带来了切实的好处。
Veltri说:“在我们的飞轮安装中，基于PC和ethercat的系统已经超出了预期。“飞轮控制的响应时间现在实际上快了100倍，从500毫秒下降到目前的5毫秒水平。这意味着TwinCAT 3软件平台提供了PLC和软件的I/O层之间的优秀集成，以及提供更好的信息管理能力与广泛的标准IT/计算机科学工具。这使我们能够更快、更灵活地在该领域做出改变。”
“通过在我们的设计中利用基于PC和ethercat的技术，我们减少了安装中的整体组件数量，降低了大约65%的硬件成本，”他继续说道。“我们期待基于pc的控制技术的新发展，并在未来寻找继续与Beckhoff合作的方法。”
新飞轮系统从时间电力简单和成本效益实现了公司的目标，在价格和性能之间取得平衡。在充满挑战的可再生能源市场中，能否找到这种和谐往往决定着成败。因此，随着北美替代能源安装的增长，时域电力系统有可能广泛使用并在更多的应用中取得成功。
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