Накопитель энергии маховика

Маховик NASA G2

Накопитель энергии маховика (FES ) работает, ускоряя ротор (маховик ) на очень высокую скорость и поддержание энергии в системе в виде энергии вращения. Когда энергия отбирается из системы, скорость вращения маховика уменьшается в результате принципа сохранения энергии ; добавление энергии к системе соответственно приводит к увеличению скорости маховика.

Большинство систем FES используют электричество для ускорения и замедления маховика, но разрабатываются устройства, которые напрямую используют механическую энергию.

В усовершенствованных системах FES роторы сделаны из высокопрочных материалов. композиты из углеродного волокна, подвешенные на магнитных подшипниках и вращающиеся со скоростью от 20 000 до 50 000 об / мин в вакуумной камере. Такие маховики могут набирать обороты за считанные минуты, достигая своей энергоемкости намного быстрее, чем некоторые другие формы накопителя.

• 1 Основные компоненты
  • 1.1 Возможное использование сверхпроводящих подшипников в будущем
• 2 Физические характеристики
  • 2.1 Общие положения
  • 2.2 Форма накопления энергии
  • 2.3 Удельная энергия
    • 2.3.1 Геометрия (коэффициент формы)
    • 2.3.2 Свойства материала
    • 2.3.3 Материалы ротора
  • 2.4 Прочность на разрыв и виды отказов
  • 2.5 Эффективность накопления энергии
  • 2.6 Влияние углового момента в транспортных средствах
    • 2.6.1 Полноходные подвесы
    • 2.6.2 Подвесы с ограниченным движением
    • 2.6. 3 Уравновешивание углового момента
• 3 Применение
  • 3.1 Транспорт
    • 3.1.1 Автомобилестроение
    • 3.1.2 Железнодорожный транспорт
    • 3.1.3 Электрификация железнодорожного транспорта
  • 3.2 Источники бесперебойного питания
  • 3.3 Испытания лаборатории
  • 3.4 Физические лаборатории
  • 3.5 Системы запуска самолетов
  • 3.6 Маховик NASA G2 для накопления энергии космического корабля
  • 3.7 Аттракционы
  • 3,8 Пульса Электроэнергия
  • 3.9 Моторный спорт
  • 3.10 Сетевое хранилище энергии
  • 3.11 Ветряные турбины
  • 3.12 Игрушки
  • 3.13 Тумблерные прессы
• 4 Сравнение с электрическими батареями
• 5 См. также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература
• 8 Внешние ссылки

Основные компоненты типичного маховика

Типичная система состоит из маховика, поддерживаемого подшипником качения подключен к мотор-генератору. Маховик, а иногда и двигатель-генератор могут быть заключены в вакуумную камеру для уменьшения трения и уменьшения потерь энергии.

В системах накопления энергии с маховиком первого поколения используется большой стальной маховик, вращающийся на механических подшипниках. В более новых системах используются углеродное волокно композит роторы, которые имеют более высокий предел прочности, чем сталь, и могут хранить гораздо больше энергии при той же массе.

Для уменьшения трения, магнитные подшипники иногда используются вместо механических подшипников.

Возможное будущее использование сверхпроводящих подшипников

Расходы на охлаждение привели к досрочный отказ от низкотемпературных сверхпроводников для использования в магнитных подшипниках. Тем не менее, подшипники из высокотемпературного сверхпроводника (HTSC) могут быть экономичными и, возможно, могут продлить время, в течение которого можно экономно хранить энергию. Гибридные подшипниковые системы, скорее всего, будут использованы первыми. Подшипники из высокотемпературных сверхпроводников исторически имели проблемы с обеспечением подъемных сил, необходимых для больших конструкций, но они могут легко обеспечить стабилизирующую силу. Следовательно, в гибридных подшипниках постоянные магниты поддерживают нагрузку, а высокотемпературные сверхпроводники используются для ее стабилизации. Причина, по которой сверхпроводники могут хорошо стабилизировать нагрузку, заключается в том, что они являются идеальными диамагнетиками. Если ротор пытается сместиться от центра, восстанавливающая сила из-за флюсового штифта восстанавливает его. Это известно как магнитная жесткость подшипника. Вибрация оси вращения может возникать из-за низкой жесткости и демпфирования, которые являются неотъемлемыми проблемами сверхпроводящих магнитов, что не позволяет использовать полностью сверхпроводящие магнитные подшипники для маховиков.

Поскольку закрепление флюса является важным фактором обеспечения стабилизирующей и подъемной силы, HTSC может быть изготовлен для FES намного проще, чем для других целей. Порошкам ВТСП можно придать произвольную форму при условии сильного закрепления флюса. Постоянная проблема, которую необходимо решить, прежде чем сверхпроводники смогут обеспечить полную подъемную силу для системы FES, - это найти способ подавить уменьшение силы левитации и постепенное падение ротора во время работы, вызванное ползучестью потока сверхпроводящего материала.

Общие

По сравнению с другими способами хранения электроэнергии, системы FES имеют длительный срок службы (десятилетиями при минимальном обслуживании или без него; срок службы полного цикла указан для маховиков диапазон от более 10 до 10 циклов использования), высокая удельная энергия (100–130 Вт · ч / кг или 360–500 кДж / кг) и большая максимальная выходная мощность. энергоэффективность (отношение выходной энергии к входящей энергии) маховиков, также известная как КПД в оба конца, может достигать 90%. Типовая мощность составляет от 3 кВтч до 133 кВтч. Быстрая зарядка системы происходит менее чем за 15 минут. Высокие удельные энергии, часто указываемые для маховиков, могут вводить в заблуждение, поскольку коммерческие системы имеют гораздо более низкую удельную энергию, например 11 Вт · ч / кг или 40 кДж / кг.

Форма накопления энергии

Момент инерции :	$J\; m\; =\; \int \; mr\; 2\; dm\; \{\backslash \; displaystyle\; J\_\; \{m\}\; =\; \backslash \; int\; \_\; \{m\}\; r\; ^\; \{2\}\; \backslash ,\; \backslash \; mathrm\; \{d\}\; m\}$
Угловая скорость :	$\omega \; m\; =\; 2\; \pi \; \cdot \; nm\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; omega\; \_\; \{m\}\; =\; 2\; \backslash \; pi\; \backslash \; cdot\; n\_\; \{m\}\}$
Сохраненная энергия вращения :	$W\; kin\; =\; 1\; 2\; Дж\; м\; \omega \; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; W\; \_\; \{\backslash \; text\; \{kin\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{2\}\}\; J\_\; \{m\}\; \backslash \; omega\; ^\; \{2\}\}$

Здесь $m\; \{\backslash \; displaystyle\; m\}$- это интеграл от массы маховика, а $нм\; \{\backslash \; displaystyle\; n\_\; \{m\}\}$- скорость вращения (количество оборотов в секунду).

Удельная энергия

Максимальная удельная энергия ротора маховика в основном зависит от двух факторов: первый - геометрия ротора, а второй - свойства ротора. используемый материал. Для одинарных изотропных роторов это соотношение может быть выражено как

$E\; m\; =\; K\; (\sigma \; \rho ),\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{E\}\; \{m\}\}\; =\; K\; \backslash \; left\; (\{\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; sigma\}\; \{\backslash \; rho\}\}\; \backslash \; right),\}$

где

$E\; \{\backslash \; displaystyle\; E\}$- кинетическая энергия ротора [Дж],

$m\; \{\; \backslash \; displaystyle\; m\}$- масса ротора [кг],

$K\; \{\backslash \; displaystyle\; K\}$- коэффициент геометрической формы ротора [м],

$\sigma \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; sigma\}$- предел прочности материала [Па],

$\rho \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; rho\}$- плотность материала [кг / м].

Геометрия (коэффициент формы)

Максимально возможное значение коэффициента формы ротора маховика составляет $K\; =\; 1\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; =\; 1\}$, что может быть достигнуто только теоретическая геометрия диска постоянного напряжения. Геометрия диска постоянной толщины имеет коэффициент формы $K\; =\; 0.606\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; =\; 0.606\}$, а для стержня постоянной толщины значение составляет $K\; =\; 0,333\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; =\; 0,333\}$. Тонкий цилиндр имеет коэффициент формы $K\; =\; 0,5\; \{\backslash \; displaystyle\; K\; =\; 0,5\}$. Для большинства маховиков с валом коэффициент формы ниже или около $K\; =\; 0,333\; \{\backslash \; textstyle\; K\; =\; 0,333\}$. Конструкция без вала имеет коэффициент формы, подобный диску постоянной толщины ($K\; =\; 0,6\; \{\backslash \; textstyle\; K\; =\; 0,6\}$), что позволяет удвоить плотность энергии.

Свойства материала

Для накопления энергии желательны материалы с высокой прочностью и низкой плотностью. По этой причине композитные материалы часто используются в усовершенствованных маховиках. Отношение прочности к плотности материала может быть выражено в Втч / кг (или Нм / кг); значения более 400 Втч / кг могут быть достигнуты с помощью некоторых композитных материалов.

Материалы ротора

Некоторые современные роторы маховиков изготавливаются из композитных материалов. Примеры включают композитный маховик из углеродного волокна от Beacon Power Corporation и маховик PowerThru от Phillips Service Industries. В качестве альтернативы, Calnetix использует в конструкции маховиков высококачественную сталь аэрокосмического качества.

Для этих роторов взаимосвязь между свойствами материала, геометрией и плотностью энергии может быть выражена с помощью метода взвешенного среднего.

Прочность на растяжение и виды отказов

Одним из основных ограничений конструкции маховика является предел прочности ротора на разрыв. Как правило, чем прочнее диск, тем быстрее он вращается и тем больше энергии может хранить система.

При превышении предела прочности на растяжение внешнего связующего покрытия маховика из композита, связующее покрытие разрушается, и колесо разваливается, поскольку внешнее сжатие колеса теряется по всей окружности, высвобождая всю накопленную энергию на один раз; это обычно называют «взрывом маховика», поскольку осколки колеса могут достигать кинетической энергии, сравнимой с энергией пули. Композитные материалы, которые наматываются и склеиваются слоями, имеют тенденцию быстро распадаться, сначала на нити малого диаметра, которые переплетаются и замедляют друг друга, а затем на раскаленный порошок; маховик из литого металла отбрасывает большие куски высокоскоростной шрапнели.

Для маховика из литого металла пределом разрушения является прочность связывания границ зерен поликристаллического формованного металла. Алюминий, в частности, страдает от усталости и может образовывать микротрещины в результате повторяющегося низкоэнергетического растяжения. Угловые силы могут привести к изгибу частей металлического маховика наружу и их волочению за внешний защитный сосуд или к полному разделению и беспорядочным колебаниям внутри. Остальная часть маховика теперь сильно разбалансирована, что может привести к быстрому выходу подшипника из строя из-за вибрации и внезапному ударному разрушению больших сегментов маховика.

Для традиционных систем с маховиком в качестве меры предосторожности требуются прочные защитные сосуды, что увеличивает общую массу устройства. Выделение энергии в результате разрушения может быть смягчено гелеобразной или инкапсулированной жидкой внутренней облицовкой корпуса, которая закипит и поглотит энергию разрушения. Тем не менее, многие заказчики крупномасштабных систем хранения энергии с маховиком предпочитают встраивать их в землю, чтобы остановить любой материал, который может выскользнуть из контейнера.

Эффективность аккумулирования энергии

Системы аккумулирования энергии с маховиком, в которых используются механические подшипники, могут терять от 20% до 50% своей энергии за два часа. Большая часть трения, ответственного за эту потерю энергии, возникает из-за изменения ориентации маховика из-за вращения Земли (эффект, аналогичный тому, который демонстрирует маятник Фуко ). Этому изменению ориентации противодействуют гироскопические силы, создаваемые угловым моментом маховика, таким образом оказывая силу на механические подшипники. Эта сила увеличивает трение. Этого можно избежать, выровняв ось вращения маховика параллельно оси вращения Земли.

И наоборот, маховики с магнитными подшипниками и высоким вакуумом могут поддерживать 97% механических КПД и КПД 85% в оба конца.

Влияние углового момента в транспортных средствах

При использовании в транспортных средствах маховики также действуют как гироскопы, поскольку их угловой момент обычно имеет такой же порядок величины, как силы, действующие на движущееся транспортное средство. Это свойство может отрицательно сказаться на управляемости автомобиля при поворотах или движении по пересеченной местности; движение по наклонной насыпи может привести к частичному отрыву колес от земли, поскольку маховик противодействует силам бокового наклона. С другой стороны, это свойство можно было бы использовать для удержания автомобиля в равновесии и предотвращения его опрокидывания во время крутых поворотов.

Когда маховик используется полностью для его влияния на положение транспортного средства, скорее чем для накопления энергии, его называют реактивным колесом или гироскопом для управления моментом.

. Сопротивление угловому наклону может быть почти полностью устранено путем установки маховика в надлежащим образом установленном комплекте карданы, позволяющие маховику сохранять свою исходную ориентацию, не влияя на транспортное средство (см. Свойства гироскопа ). Это не позволяет избежать усложнения фиксатора подвеса, поэтому необходим компромисс между количеством подвесов и угловой свободой.

Центральная ось маховика действует как одиночный кардан и, если выровнена по вертикали, допускает поворот на 360 градусов в горизонтальной плоскости. Однако, например, для движения в гору требуется второй стабилизатор наклона, а для движения по наклонной насыпи требуется третий стабилизатор поперечной устойчивости.

Полно-подвижные карданы

Хотя сам маховик может иметь форму плоского кольца, для крепления карданного подвеса внутри транспортного средства требуется сферический объем, чтобы маховик мог свободно вращаться внутри. Сам по себе вращающийся маховик в транспортном средстве будет медленно прецессировать вслед за вращением Земли и еще дальше прецессировать в транспортных средствах, которые путешествуют на большие расстояния по изогнутой сферической поверхности Земли.

У полноповоротного подвеса есть дополнительные проблемы, связанные с передачей мощности на маховик и от него, поскольку маховик потенциально может полностью перевернуться один раз в день, прецессируя при вращении Земли. Для полного свободного вращения потребуется контактных колец вокруг каждой оси кардана для силовых проводов, что еще больше усложнит конструкцию.

Подвесы с ограниченным движением

Чтобы уменьшить занимаемое пространство, подвесная система может иметь конструкцию с ограниченным движением, с использованием амортизаторов для смягчения резких быстрых движений в пределах определенного количества градусов наружу. угловое вращение в плоскости, а затем постепенно вынуждает маховик принять текущую ориентацию автомобиля. Это уменьшает пространство для перемещения кардана вокруг кольцевого маховика от полной сферы до короткого утолщенного цилиндра, охватывающего, например, ± 30 градусов по тангажу и ± 30 градусов по крену во всех направлениях вокруг маховика.

Уравновешивание углового момента

Альтернативным решением проблемы является синхронное вращение двух соединенных маховиков в противоположных направлениях. У них будет нулевой полный угловой момент и не будет гироскопического эффекта. Проблема с этим решением состоит в том, что, когда разность между импульсом каждого маховика не равна нулю, корпуса двух маховиков будут показывать крутящий момент. Оба колеса должны поддерживать одинаковую скорость, чтобы угловая скорость оставалась равной нулю. Строго говоря, два маховика будут оказывать огромный крутящий момент в центральной точке, пытаясь изогнуть ось. Однако, если бы ось была достаточно прочной, никакие гироскопические силы не имели бы общего воздействия на герметичный контейнер, поэтому крутящий момент не был бы замечен.

Для дальнейшего уравновешивания сил и распределения деформации один большой маховик может быть уравновешен двумя маховиками половинного размера с каждой стороны, или маховики могут быть уменьшены в размере, чтобы они представляли собой серию чередующихся слоев, вращающихся в противоположные направления. Однако это увеличивает сложность корпуса и подшипников.

Транспорт

Автомобилестроение

В 1950-х автобусы с маховиком, известные как гиробусы, использовались в Ивердон (Швейцария ) и Гент (Бельгия ), и в настоящее время ведутся исследования по созданию более компактных, легких, дешевых и недорогих систем с маховиками. большая емкость. Есть надежда, что системы с маховиком могут заменить обычные химические батареи для мобильных приложений, например для электромобилей. Предлагаемые системы с маховиком позволят устранить многие недостатки существующих систем питания от батарей, такие как низкая емкость, длительное время зарядки, большой вес и короткий срок службы. Маховики могли использоваться в экспериментальном Chrysler Patriot, хотя это оспаривается.

Маховики также предлагались для использования в бесступенчатых трансмиссиях. Punch Powertrain в настоящее время работает над таким устройством.

В 1990-х годах был разработан гибридный автомобильный силовой агрегат с газотурбинным двигателем с приводом от серии с маховиком 55000 об / мин, обеспечивающий всплески скорости ускорение, которое не мог обеспечить небольшой газотурбинный двигатель. Маховик также накапливал энергию за счет рекуперативного торможения. Маховик состоял из титановой ступицы с цилиндром из углеродного волокна и был установлен на кардане, чтобы минимизировать неблагоприятные гироскопические эффекты на управляемость транспортного средства. Опытный образец автомобиля прошел успешные дорожные испытания в 1997 году, но так и не был выпущен серийно.

В 2013 году Volvo анонсировала установку маховика на заднюю ось своего седана S60. При торможении маховик раскручивается со скоростью до 60 000 об / мин и останавливается передний двигатель. Энергия маховика передается через специальную трансмиссию для частичного или полного привода автомобиля. 20-сантиметровый (7,9 дюйма), 6-килограммовый (13 фунтов) карбоновый маховик вращается в вакууме для устранения трения. В сочетании с четырехцилиндровым двигателем он обеспечивает снижение расхода топлива до 25 процентов по сравнению с шестицилиндровым двигателем с турбонаддувом с аналогичными характеристиками, обеспечивая прирост в 80 лошадиных сил (60 кВт) и позволяя развивать скорость до 100 километров в час (62 миль в час).) за 5,5 секунды. Компания не объявила о конкретных планах по включению этой технологии в свою линейку продуктов.

В июле 2014 года GKN приобрела Williams подразделение Hybrid Power (WHP) и намеревается поставлять 500 углеродное волокно Системы электрических маховиков с гидроприводом для операторов городских автобусов в течение следующих двух лет Как следует из прежнего названия разработчика, они изначально были разработаны для Формулы-1 автоспорта Приложения. В сентябре 2014 года Oxford Bus Company объявила, что она внедряет 14 гибридных автобусов Gyrodrive от Alexander Dennis на своей линии Brookes Bus.

Железнодорожные вагоны

Системы маховиков экспериментально использовались в небольших электровозах для маневрирования или переключения, например Гироскопический локомотив Сентинел-Эрликон. Большие электровозы, например British Rail Class 70, иногда оснащались усилителями маховиков для переноса их через щели в третьей направляющей. Усовершенствованные маховики, такие как блок мощностью 133 кВт / ч от Техасского университета в Остине, позволяют двигать поезд с места до крейсерской скорости.

Parry People Mover - это вагон, приводимый в движение маховиком. Он был испытан по воскресеньям в течение 12 месяцев на Stourbridge Town Branch Line в West Midlands, England в 2006 и 2007 годах и должен был быть представлен как полное обслуживание железнодорожным оператором Лондон Мидленд в декабре 2008 г. после того, как были заказаны две единицы. В январе 2010 года оба блока находятся в эксплуатации.

Электрификация железных дорог

FES может использоваться на линии электрифицированных железных дорог для регулирования линейного напряжения, таким образом улучшая ускорение неизмененных электропоездов и количество энергии, возвращаемое обратно в линию во время рекуперативного торможения, что снижает счета за электроэнергию. Испытания проходили в Лондоне, Нью-Йорке, Лионе и Токио, и New York MTA Long Island Rail Road теперь инвестирует 5,2 миллиона долларов в пилотный проект LIRR Линия West Hempstead Branch. Эти испытания и системы хранят кинетическую энергию в роторах, состоящих из композитного цилиндра из углеродного стекла, заполненного порошком неодима, железа и бора, который образует постоянный магнит. Они вращаются со скоростью до 37800 об / мин, и каждый блок мощностью 100 кВт может хранить 11 МДж повторно используемой энергии.

Источники бесперебойного питания

Системы накопления энергии с маховиком, производимые с 2001 года, имеют хранилище емкость сопоставима с батареями и более высокая скорость разряда. Они в основном используются для выравнивания нагрузки для больших аккумуляторных систем, таких как источник бесперебойного питания для центров обработки данных, поскольку они значительно экономят пространство по сравнению с аккумуляторными системами.

Техническое обслуживание маховика в General стоит примерно половину стоимости традиционных аккумуляторных систем ИБП. Единственное техническое обслуживание - это базовое ежегодное профилактическое обслуживание и замена подшипников каждые пять-десять лет, что занимает около четырех часов. Более новые системы маховиков полностью левитируют вращающуюся массу с помощью необслуживаемых магнитных подшипников, что исключает необходимость технического обслуживания и отказов механических подшипников.

Стоимость полностью установленного ИБП с маховиком (включая систему кондиционирования) составляет (в 2009) около 330 долларов США за киловатт (для 15 секунд полной нагрузки).

Испытательные лаборатории

Давний нишевый рынок для систем питания с маховиком - это объекты, где автоматические выключатели и аналогичные устройства проходят испытания: даже небольшой домашний автоматический выключатель может быть рассчитан на прерывание тока в 10000 или более ампер, а более крупные блоки могут иметь отключающие характеристики 100000 или 1000000 ампер.. Огромные переходные нагрузки, возникающие в результате намеренного принуждения таких устройств к демонстрации их способности прерывать моделируемые короткие замыкания, имели бы неприемлемые последствия для местной электросети, если бы эти испытания проводились непосредственно от электросети здания. Обычно такая лаборатория имеет несколько больших мотор-генераторов, которые можно раскручивать за несколько минут; затем двигатель отключается перед испытанием автоматического выключателя.

Физическим лабораториям

Токамак для термоядерных экспериментов требуются очень высокие токи в течение коротких интервалов (в основном для питания больших электромагнитов в течение нескольких секунд).

• JET (Joint European Torus ) имеет два 775-тонных маховика (установлены в 1981 г.), которые вращаются до 225 об / мин. Каждый маховик вмещает 3,75 ГДж и может обеспечить мощность до 400 МВт.
• Эксперимент по спирально-симметричной схеме в Университете Висконсин-Мэдисон имеет 18 маховиков по 1 тонне, которые раскручиваются до 10000 об / мин с использованием переделанных двигателей электропоездов.
• ASDEX имеет 3 генератора с маховиком.
• DIII-D (токамак) в General Atomics
• Princeton Large Тор (PLT) в Принстонской лаборатории физики плазмы

Также нетокамак: синхротрон Нимрода в лаборатории Резерфорда Эпплтона имел два 30-тонных маховика.

Системы запуска самолетов

На авианосце класса Джеральд Р. Форд будут использоваться маховики для аккумулирования энергии от источника питания корабля для быстрой передачи в электромагнитная система пуска самолета. Судовая система питания не может сама обеспечивать переходные процессы большой мощности, необходимые для запуска самолета. Каждый из четырех роторов будет хранить 121 МДж (34 кВтч) при 6400 об / мин. Они могут накопить 122 МДж (34 кВтч) за 45 секунд и высвободить их за 2–3 секунды. Плотность энергии маховика составляет 28 кДж / кг (8 Вт · ч / кг); включая статоры и корпуса, это составляет 18,1 кДж / кг (5 Вт · ч / кг) без учета крутящего момента.

Маховик NASA G2 для накопления энергии космического корабля

Это была конструкция финансируется исследовательским центром Гленна НАСА и предназначен для тестирования компонентов в лабораторных условиях. В нем использовался обод из углеродного волокна с титановой ступицей, рассчитанный на вращение со скоростью 60 000 об / мин, установленный на магнитных подшипниках. Вес был ограничен 250 фунтами. Хранилище составляло 525 Вт-ч (1,89 МДж) и могло заряжаться или разряжаться при 1 кВт. Рабочая модель, показанная на фотографии вверху страницы, работала со скоростью 41 000 об / мин 2 сентября 2004 года.

Аттракционы

Американские горки Montezooma's Revenge в Knott's Berry Farm были первыми в мире американскими горками, запускаемыми маховиком, и последним аттракционом такого типа, который все еще используется в Соединенных Штатах. В поездке используется 7,6-тонный маховик, который разгоняет поезд до 55 миль в час (89 км / ч) за 4,5 секунды.

Американские горки Incredible Hulk на Острова приключений Universal отличаются быстро ускоряющимся запуском в гору, в отличие от обычного падения силы тяжести. Это достигается за счет мощных тяговых двигателей, которые подбрасывают автомобиль по трассе. Для достижения кратковременного очень высокого тока, необходимого для разгона полного каботажного поезда до полной скорости при подъеме в гору, парк использует несколько мотор-генераторных установок с большими маховиками. Без этих блоков накопленной энергии парку пришлось бы вкладывать средства в новую подстанцию ​​или рисковать отключением местной энергосистемы каждый раз, когда начинается поездка.

Импульсная мощность

Системы накопления энергии с маховиком (FESS) используются во множестве приложений, начиная от сетевого управления энергопотреблением и заканчивая источниками бесперебойного питания. С развитием технологий приложение FESS подвергается быстрому обновлению. Примеры включают в себя оружие большой мощности, силовые агрегаты самолетов и судовые системы питания, где система требует очень высокой мощности в течение короткого периода времени, порядка нескольких секунд и даже миллисекунд. Компенсированный импульсный генератор переменного тока (компрессор) - один из наиболее популярных вариантов импульсных источников питания для термоядерных реакторов, мощных импульсных лазеров и сверхскоростных электромагнитных пусковых установок из-за его высокой плотности энергии и плотности мощности, которые обычно предназначены для FESS. Компульсаторы (низкоиндуктивные генераторы переменного тока) действуют как конденсаторы, их можно раскручивать для обеспечения импульсной мощности для рельсотрона и лазеров. Вместо отдельного маховика и генератора только большой ротор генератора переменного тока накапливает энергию. См. Также униполярный генератор.

Моторный спорт

Система рекуперации кинетической энергии Flybrid Systems, созданная для использования в Формуле-1

Используя бесступенчатую трансмиссию (CVT), энергия восстанавливается из приводной механизм при торможении хранится в маховике. Эта накопленная энергия затем используется во время ускорения, изменяя передаточное отношение вариатора. В автоспорте эта энергия используется для улучшения ускорения, а не для уменьшения выбросов углекислого газа - хотя та же технология может применяться к дорожным автомобилям для повышения топливной экономичности.

Automobile Club de l'Ouest, организатор за ежегодным мероприятием 24 часа Ле-Мана и серией Ле-Ман в настоящее время «изучает особые правила для LMP1, который будет оснащен системой рекуперации кинетической энергии.

Williams Hybrid Power, дочерняя компания команды Williams F1 Racing, поставила Porsche и Audi гибридную систему на основе маховика для Porsche 911 GT3 R Hybrid и Audi R18 e-Tron Quattro. Победа Audi в 2012 году «24 часа Ле-Мана» стала первой для гибридного (дизель-электрического) автомобиля.

Накопитель энергии в сети

Маховики иногда используются в качестве краткосрочного запаса хода для мгновенная сетка регулировка частоты и балансировка внезапных изменений между поставкой и потреблением. Отсутствие выбросов углерода, более быстрое время отклика и возможность покупать электроэнергию в непиковые часы являются одними из преимуществ использования маховиков вместо традиционных источников энергии, таких как газовые турбины. Работа очень похожа на аккумуляторы в одном и том же приложении, их различия в первую очередь экономические.

Beacon Power открыла электростанцию ​​с маховиком мощностью 5 МВтч (20 МВт за 15 минут) в Стефентауне, штат Нью-Йорк в 2011 году, используя 200 маховиков и аналогичную систему мощностью 20 МВт в Хазле. Тауншип, Пенсильвания в 2014 году.

2 МВт (в течение 15 минут) хранилище маховика в Минто, Онтарио, Канада открылось в 2014 году. Маховик Система (разработанная) использует 10 вращающихся стальных маховиков на магнитных подшипниках.

Amber Kinetics, Inc. имеет соглашение с Pacific Gas and Electric (PGE) на маховиковый накопитель энергии мощностью 20 МВт / 80 МВтч, расположенный во Фресно, Калифорния, с четырехчасовой продолжительностью разряда.

Ветровые турбины

Маховики могут использоваться для хранения энергии, вырабатываемой ветровыми турбинами в периоды непиковой нагрузки или при высоких скоростях ветра.

Beacon Power начали испытания своей системы накопления энергии с маховиком Smart Energy 25 (Gen 4) на ветряной электростанции в Техачапи, Калифорния. Система является частью демонстрационного проекта ветроэнергетики / маховика, выполняемого для Энергетической комиссии Калифорнии.

Игрушки

Фрикционные двигатели используются для питания многих игрушечных машинок, грузовиков, поезда, игрушки и тому подобное - простые моторы с маховиком.

Прессы с переключателем действия

В промышленности все еще популярны. Обычная конструкция включает очень прочный коленчатый вал и сверхмощный шатун, который приводит в движение пресс. Большие и тяжелые маховики приводятся в движение электродвигателями, но маховики вращают коленчатый вал только при включении сцепления.

Маховики не так сильно подвержены влиянию температурных изменений, могут работать в гораздо более широком диапазоне температур и не подвержены многим обычным химическим сбоям аккумуляторные батареи. Они также менее опасны для окружающей среды, поскольку в основном сделаны из инертных или безвредных материалов. Еще одно преимущество маховиков заключается в том, что путем простого измерения скорости вращения можно узнать точное количество сохраненной энергии.

В отличие от большинства батарей, которые работают только в течение ограниченного периода времени (например, примерно 36 месяцев в случае литий-ионных полимерных батарей ), маховик потенциально имеет неограниченный срок службы. Маховики, построенные как часть Джеймса Ватта паровых двигателей, непрерывно работают более двухсот лет. Рабочие образцы древних маховиков, используемых в основном в фрезеровании и гончарном производстве, можно найти во многих местах в Африке, Азии и Европе.

Большинство современных маховиков, как правило, представляют собой герметичные устройства, которые требуют минимального обслуживания в течение всего срока службы. Маховики с магнитными подшипниками в вакуумных кожухах, таких как модель NASA, изображенная выше, не нуждаются в обслуживании подшипников и поэтому превосходят батареи как по общему сроку службы, так и по емкости хранения энергии. Системы маховиков с механическими подшипниками будут иметь ограниченный срок службы из-за износа.

Физическое расположение батарей может быть спроектировано таким образом, чтобы соответствовать большому количеству конфигураций, тогда как маховик, как минимум, должен занимать фиксированную квадратную площадь поверхности и объем. В тех случаях, когда размеры являются ограничением для применения технологии аккумулирования энергии (например, под шасси поезда в туннеле), маховик может оказаться неприемлемым решением.

• Энергетический портал

• Международная база данных Министерства энергетики США
• Хранение энергии
• Список тем по энергетике
• Beacon Power компания
• Импульсный генератор с компенсацией
• Электрический двухслойный конденсатор
• Инвертор
• Grid energy storage
• Launch loop
• List of energy storage projects
• Plug-in hybrid electric vehicle
• Rechargeable battery
• Regenerative brake
• Rotational energy
• STATCOM

• Beacon Power Applies for DOE Grants to Fund up to 50% of Two 20 MW Energy Storage Plants, Sep. 1, 2009 [1]
• Sheahen, T., P. (1994). Introduction to High-Temperature Superconductivity. Нью-Йорк: Пленум Пресс. pp. 76 –78, 425–431. ISBN 978-0-306-44793-8.
• El-Wakil, M., M. (1984). Powerplant Technology. Макгроу-Хилл. pp. 685 –689.
• Koshizuka, N.; Ishikawa, F.; Nasu, H.; Murakami, M.; и другие. (2003). "Progress of superconducting bearing technologies for flywheel energy storage systems". Physica C. 386(386): 444–450. Bibcode :2003PhyC..386..444K. doi :10.1016/S0921-4534(02)02206-2.
• Wolsky, A., M. (2002). "The status and prospects for flywheels and SMES that incorporate HTS". Physica C. 372(372–376): 1495–1499. Bibcode :2002PhyC..372.1495W. doi :10.1016/S0921-4534(02)01057-2.
• Sung, T. H.; Han, S. C.; Han, Y. H.; Lee, J. S.; и другие. (2002). "Designs and analyses of flywheel energy storage systems using high-Tc superconductor bearings". Cryogenics. 42(6–7): 357–362. Bibcode :2002Cryo...42..357S. doi :10.1016/S0011-2275(02)00057-7.
• Akhil, Abbas; Swaminathan, Shiva; Sen, Rajat K. (February 2007). "Cost Analysis of Energy Storage Systems for Electric Utility Applications" (PDF). Sandia National laboratories. Archived from the original (PDF) on 2007-06-21.
• Larbalestier, David; Blaugher, Richard D.; Schwall, Robert E.; Sokolowski, Robert S.; и другие. (September 1997). "Flywheels". Power Applications of Superconductivity in Japan and Germany. World Technology Evaluation Center.
• "A New Look at an Old Idea: The Electromechanical Battery" (PDF). Science Technology Review: 12–19. April 1996. Archived from the original (PDF) on 2008-04-05. Retrieved 2006-07-21.
• Janse van Rensburg, P.J. (December 2011). "Energy storage in composite flywheel rotors". University of Stellenbosch, South Africa. hdl :10019.1/17864.Cite journal requires |journal=()
• Devitt, Drew (March 2010). "Making a case for flywheel energy storage". Renewable Energy World Magazine North America.

Wikimedia Commons has media related to Flywheel energy storage devices.

• Boeing Flywheel Energy Storage Technology
• Federal Technology Alert, Flywheel Energy Storage
• Magnetal Whitepaper for its Green Energy Storage System – GESS
• Magnetal analysis on gyro forces induced by flywheel energy storage