Super volante como dispositivo de armazenamento de energia em carros, trens ou residências

Quando criança, tive uma pequena biblioteca de literatura científica e educacional. Algo dele permaneceu agora e é relevante até hoje. Por exemplo, as revistas “Jovem Técnico”. Em um dos livros, havia a descrição de um sistema para acumular a energia cinética de rotação de um carro.

Encontrou o nome dela: N.V. Gulia "Em busca de uma cápsula de energia." Um volante foi instalado no caminhão na carcaça e durante a frenagem, a energia foi transmitida para acelerar o volante, e ao dirigir - a partir dele.

Nos tempos soviéticos, este tópico foi tratado pelo autor desse livro, Nurbey Gulia:

Desde 1946, ônibus giroscópios são fabricados na Europa, que armazenam energia nos volantes das paradas:

Desenvolvido pelo engenheiro Bjarne Storsand. Um volante pesando 1,5 toneladas desenvolveu 3.000 rpm. A quilometragem do giroscópio era então de 6 a 10 km com uma única carga. O tempo de carregamento é de até 3 minutos. Os girobos eram usados ​​em rotas urbanas na Suíça, Bélgica e até no Congo.

O princípio é semelhante às instalações de veículos híbridos modernos. Mas neles, o acúmulo de energia ocorre na bateria, e a movimentação deles - a partir do motor elétrico.

Ao longo dos anos, a ciência em sistemas de armazenamento de energia mecânica avançou ligeiramente. Super volantes foram desenvolvidos. Esses são sistemas que não têm corpos de revolução monolíticos, que são perigosos quando destruídos. E os super volantes são sistemas com fita de alta densidade, fibra ou enrolamento de fio. Em caso de possível destruição, não há aparência de uma explosão com o espalhamento de peças, e o sistema é desacelerado pelas forças de atrito que surgiram de pequenas peças.

Obviamente, para reduzir as forças de atrito, o volante gira em uma carcaça a vácuo. O uso de rolamentos feitos de supercondutores de alta temperatura é ideal. Mas isso aumentará muito o custo e será necessário um consumo constante de energia para resfriamento.

Quanta energia você pode armazenar? Para volantes monolíticos, este valor 2,5 W * h / kg. O texto acima não funcionará por motivos de segurança. Forças centrífugas rasgam qualquer metal. O verdadeiro desempenho dos super volantes em nosso tempo: 450 W * h / kg. Mas no grafeno super volantes - até 1200 W * h / kg de modelos promissores. Imagine, em 50 Kg super volante pode acumular até 60 kWh energia. Isso vai durar até 400 km quilometragem de um carro pequeno. Além disso, a eficiência da transformação do sistema depende de 95-98%.

Para comparação, as baterias de íon-lítio têm uma densidade de energia armazenada de 150 W * h / kg

Onde esses super volantes podem ser aplicados? Onde ocorre a extinção da energia mecânica do movimento. Aqueles. ao frear. Não deve ser gasto em apagar as almofadas, mas em tais unidades. Carros, trens, trens do metrô (onde a frenagem é especialmente frequente). A energia pode ser armazenada durante a frenagem e usada durante a aceleração. Isso economizará pelo menos 50% de energia.

O uso em carros em engarrafamentos é uma excelente solução. Ao frear, o volante gira, e ao dirigir em baixas velocidades, o volante gira o gerador elétrico e alimenta o motor elétrico no eixo automático. Acontece um carro elétrico, mas com energia armazenada em um super volante.

Outra dificuldade é o efeito giroscópico emergente no super volante. Pode afetar ao fazer curvas. Aqueles. o volante manterá a posição em que foi girado. O problema é resolvido por uma suspensão flutuante, onde o volante permanece em sua posição no chassi e o veículo gira. Se a rotação ocorrer com o mesmo gerador no modo de motor elétrico, o problema com o acionamento para tal estrutura também foi resolvido.

Também acionamentos em super volantes podem ser usados ​​em elevadores e guindastes. Sim, e em uma casa particular, você também pode usar esses sistemas. Por exemplo, você tem painéis solares. Durante o dia, a energia é acumulada no volante (por meio de um acionamento elétrico) e, à tarde e à noite ou em dias nublados, é desperdiçada. Não há necessidade de baterias com vida útil curta. O sistema super volante pode funcionar em 20-30 anos. Ou acumule energia à noite (à noite) e aqueça a casa durante o dia.

Para proteger ao máximo você e a casa da destruição - o sistema pode ser instalado em um anel de concreto enterrado no solo.

Alguém dirá que tudo isso é uma teoria abandonada e pelo fato de a tecnologia ter muitas deficiências, não adianta voltar a ela. Isso não é verdade. Por mais de 50 anos na Holanda, os sistemas de armazenamento de energia cinética foram produzidos para fornecimento de energia de backup em instalações críticas: militares, médicas, de informações (centros de dados).

No volante, que fica no centro - entre o gerador a diesel e o gerador elétrico, a energia cinética é armazenada. Além disso, a rotação é mantida por um motor elétrico da rede. Quando a fonte de alimentação central é desligada, a instalação libera eletricidade instantaneamente. Não há pausa de 15 a 30 segundos, necessários para dar partida na unidade a diesel e atingir sua potência nominal. O edifício não é desenergizado durante esses segundos.

O esquema é altamente eficiente em potências de 1 MW. Menos peso em comparação com acumuladores em uma bateria da mesma capacidade. Prazo de trabalho - até 30 anos (quando em manutenção). Considerando que a bateria precisa ser trocada a cada 5-10 anos (até 5 milhões. RUB custo de substituição para tal energia). Costumávamos fazer essas instalações. Os últimos foram instalados em Baikonur. E agora os holandeses são os líderes. Por 50 anos eles estabeleceram 1600 tais impulsos cinéticos redundantes.

Mais exemplos:

Duas usinas de armazenamento estão operando no Canadá desde 2015 5 MW cada cada um. Cada um tem 5 super volantes pesando 3 toneladas cada. Sua velocidade de rotação é de 18 mil. rpm

Há um impulso ainda mais sério nos Estados Unidos:

Na Pensilvânia, uma unidade de armazenamento de energia solar e turbinas eólicas foram instaladas. 200 super volantes pesando 2 toneladas são armazenados no total 40 MW energia. E um projeto semelhante em Nova York (no segundo slide) já está funcionando 9 anos.

A julgar por esta foto, a NASA também está desenvolvendo sistemas compactos para armazenar energia cinética:

O super volante de fibra de carbono pode ter energia suficiente para a vida de um pequeno satélite. Você acha que essa tecnologia tem alguma perspectiva?

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