Flywheel energy storage for UPS application : design and control of magnetic bearings

After a wide panoramic of all the energy storage systems existent in the industrial world nowadays, the attention is concentrated on “Flywheel Energy Storage” (FES), which results to be the best solution for some applications. The main components of FES with their characteristics are studied in detail. Then, the rest of the thesis is aimed at solving a case study: the application of FES to substitute lead batteries packages used as UPS system in power railway sub-station. After verifying the starting data kept from a previous study, the attention is concentrated on the levitation system design. Concrete solutions for radial and axial bearing are proposed: particular interest is given to the hybrid axial bearing, an innovative solution of which a possible control strategy is given.

Dopo una vasta panoramica di tutti i sistemi di accumulo di energia esistenti nel mondo industriale al giorno d’oggi, l’attenzione viene concentrata su “Flywheel Energy Storage” (FES), che risulta essere la soluzione migliore per alcune applicazioni. I principali componenti di un FES e le sue caratteristiche sono studiate nel dettaglio. Poi, il resto della tesi è volto alla risoluzione di un caso studio: l’applicazione di un FES per sostituire dei pacchi di batterie al piombo usati come sistema UPS in una sottostazione ferroviaria. Dopo aver verificato i dati di partenza presi da uno studio precedente, l’attenzione viene concentrata sulla progettazione del sistema di levitazione. Sono proposte soluzioni concrete per il cuscinetto radiale e assiale: particolare interesse viene dato al cuscinetto assiale ibrido, soluzione innovativa per la quale una possibile strategia di controllo viene proposta.