Súper volante como dispositivo de almacenamiento de energía en automóviles, trenes o una casa privada
Cuando era niño, tenía una pequeña biblioteca de literatura científica y educativa. Algo de eso permaneció ahora y es relevante hasta el día de hoy. Por ejemplo, las revistas "Joven técnico". En uno de los libros había una descripción de un sistema para acumular la energía cinética de rotación de un automóvil.
Encontró su nombre: N.V. Gulia "En busca de una cápsula de energía". Se instaló un volante en el camión en la carcasa y, al frenar, se transfirió energía para acelerar el volante y, al conducir, desde él.
En la época soviética, este tema fue tratado por la autora de ese libro, Nurbey Gulia:
Desde 1946, en Europa se fabrican giroscopios que almacenan energía en volantes en las paradas:
Desarrollado por el ingeniero Bjarne Storsand. Un volante que pesaba 1,5 toneladas desarrolló 3000 rpm. El kilometraje del autogiro era de 6 a 10 km con una sola carga. El tiempo de carga es de hasta 3 minutos. Los giroscopios se utilizaron en rutas urbanas en Suiza, Bélgica e incluso en el Congo.
El principio es similar a las instalaciones modernas de vehículos híbridos. Pero en ellos, la acumulación de energía se produce en la batería y el impulso desde ellos, desde el motor eléctrico.
A lo largo de los años, la ciencia de los sistemas de almacenamiento de energía mecánica ha avanzado ligeramente. Se desarrollaron supervolantes. Estos son sistemas que no tienen cuerpos monolíticos de revolución, que son peligrosos cuando se destruyen. Y los súper volantes son sistemas con bobinado de cinta, fibra o alambre de alta densidad. En caso de posible destrucción, no hay apariencia de explosión con la dispersión de piezas, y el sistema se ralentiza por las fuerzas de fricción que han surgido de piezas pequeñas.
Por supuesto, para reducir las fuerzas de fricción, el volante gira en una carcasa de vacío. El uso de cojinetes hechos de superconductores de alta temperatura es ideal. Pero esto aumentará considerablemente el costo y se requiere un consumo constante de energía para la refrigeración.
¿Cuánta energía puedes almacenar? Para volantes monolíticos, este valor 2,5 W * h / kg. Lo anterior no funcionará por razones de seguridad. Las fuerzas centrífugas desgarran cualquier metal. El rendimiento real de los súper volantes en nuestro tiempo: 450 W * h / kg. Pero en los súper volantes de grafeno, hasta 1200 W * h / kg de modelos prometedores. Imagínese, en 50 kilogramos super volante se puede acumular hasta 60 kWh energía. Esto durará hasta 400 kilometros kilometraje de un coche pequeño. Además, la eficiencia de la transformación del sistema depende de 95-98%.
A modo de comparación, las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía almacenada de 150 W * h / kg
¿Dónde se pueden aplicar estos súper volantes? Donde se produce la extinción de la energía mecánica del movimiento. Aquellos. al frenar. No debe gastarse en borrar las almohadillas, sino en tales unidades. Coches, trenes, metro (donde el frenado es especialmente frecuente). La energía puede almacenarse durante el frenado y utilizarse durante la aceleración. Esto ahorrará al menos un 50% de energía.
El uso en automóviles en atascos es una excelente solución. Al frenar, el volante gira, y cuando se conduce a bajas velocidades, el volante hace girar el generador eléctrico y alimenta el motor eléctrico en el eje automático. Resulta un auto eléctrico, pero con energía almacenada en un súper volante.
Otra dificultad es el efecto giroscópico emergente en el súper volante. Puede afectar al tomar curvas. Aquellos. el volante mantendrá la posición en la que se hizo girar. El problema se resuelve con una suspensión flotante, donde el volante permanece en su posición en el marco y el vehículo gira. Si el giro ocurre con el mismo generador en el modo de motor eléctrico, entonces también se resuelve el problema con el accionamiento a dicho marco.
También se pueden utilizar propulsores con supervolantes en ascensores y grúas. Sí, y en una casa privada, también puede usar dichos sistemas. Por ejemplo, tienes paneles solares. Durante el día, la energía se acumula en el volante (a través de un motor eléctrico), y por la tarde y por la noche o en días nublados, se desperdicia. No se necesitan baterías que tengan una vida útil corta. El sistema de super volante puede funcionar 20-30 años. O acumular energía por la noche (al ritmo de la noche) y calentar la casa durante el día.
Para protegerse al máximo usted y la casa de la destrucción, el sistema se puede instalar en un anillo de hormigón enterrado en el suelo.
Alguien dirá que todo esto es una teoría abandonada y debido a que la tecnología tiene muchas deficiencias, no tiene sentido volver a ella. Esto no es verdad. Durante más de 50 años en los Países Bajos, se han producido sistemas de almacenamiento de energía cinética para el suministro de energía de respaldo en instalaciones críticas: militares, médicas, de información (centros de datos).
En el volante, que está en el centro, entre el generador diésel y el generador eléctrico, se almacena energía cinética. Además, la rotación se mantiene mediante un motor eléctrico de la red. Cuando se apaga la fuente de alimentación central, la instalación entrega electricidad instantáneamente. No hay pausa de 15 a 30 segundos, que son necesarios para arrancar la unidad diesel y alcanzar su potencia nominal. El edificio no se desenergiza durante estos segundos.
El esquema es altamente eficiente en potencias desde 1 MW. Menos peso en comparación con los acumuladores de una batería de la misma capacidad. Plazo de trabajo: hasta 30 años (cuando se realiza el mantenimiento). Mientras que la batería debe cambiarse cada 5-10 años (hasta 5 millones. Costo de reemplazo de RUB para dicha energía). Solíamos hacer tales instalaciones. Estos últimos se instalaron en Baikonur. Y ahora los holandeses son los líderes. Por 50 años ellos establecieron 1600 tales unidades cinéticas redundantes.
Más ejemplos:
Dos plantas de almacenamiento de energía han estado operando en Canadá desde 2015 5 MW cada uno cada uno. Cada uno tiene 5 súper volantes que pesan 3 toneladas cada uno. Su velocidad de rotación es de 18 mil. rpm
Hay un impulso aún más serio en los EE. UU.:
En Pensilvania, se instala un dispositivo de almacenamiento de energía solar y eólica. 200 Se almacenan supervolantes que pesan 2 toneladas en total. 40 MW energía. Y un proyecto similar en Nueva York (en la segunda diapositiva) ya está funcionando 9 años.
A juzgar por esta foto, la NASA también está desarrollando sistemas compactos para almacenar energía cinética:
El súper volante de fibra de carbono puede tener suficiente energía para la vida de un pequeño satélite. ¿Cree que esta tecnología tiene perspectivas?
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