Маховик как накопитель энергии

Маховик как накопитель энергии

Энергоэффективность — это проблема современных технологий, с которой борются лучшие инженеры. Были придуманы самые разнообразные способы сохранения энергии. К примеру, кинетический накопитель энергии.

Необычный вариант хранения кинетической энергии это использование маховика. Он получает энергию вращения от какого-то источника энергии (двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель), и когда нужно, к нему подключается генератор для быстрого преобразования энергии вращения в электроэнергию. Проще говоря, кинетический накопитель энергии, использующий маховик — это цилиндр с маховиком внутри, который можно «зарядить» — придав ему вращение, или «разрядить» — подключив его к генератору. Плюс такой технологии в том, что маховик мгновенно отдает энергию, она очень быстро преобразуется из кинетической (вращение) в электричество. Также в цилиндре откачивается воздух и маховик вращается в вакууме. В центре находится вал, к которому крепится маховик, и зачастую, делают магнитный подвес, чтобы исключить лишнее трение.

Такой электромеханический преобразователь имеет и другие преимущества. Удельная энергоемкость кинетических накопителей выше чем у конденсаторов, а по удельной отдаваемой в нагрузку мощности (токовой) они опережают как кислотные аккумуляторы, так и топливные элементы.

Они компактны, экологически безопасны, обладают КПД порядка 90%, имеют длительный срок эксплуатации более 10 лет, просты в обслуживании, а рабочий ресурс практически неограничен, к тому же система охлаждения получается дешевле, чем у сверхпроводящих индукционных накопителей (СПИН).

Да, у такого накопителя много преимуществ, таких как быстрая «зарядка», у него огромный ресурс для циклов заряд/разряд. Но у него есть огромный недостаток — он саморазряжается. Даже использование самых современных материалов не может продлить срок хранения энергии. Время хранения разнится, но обычно не превышает суток.

Монолитный маховик может накопить 2,5 Вт*ч/кг. Выше не получится в целях безопасности. Реальные показатели супермаховиков в наше время: 450 Вт*ч/кг. А в графеновых супермаховиках — до 1200 Вт*ч/кг у перспективных моделей.

Проблема в конструкции таких накопителей. Маховик теряет энергию примерно на 20% в час. Оказывается, дело в сохранении гироскопического момента, он оказался настолько большим, что даже вращение Земли оказывало сильную нагрузку на сам маховик и его подшипники, тем самым не только увеличивают силу трения, но и износ подшипников становится слишком сильным. Если же использовать магнитный подвес вместо подшипников, то возникает проблема охлаждения такого накопителя, а это снижает энергоэффективность до неприемлемого уровня.
Также есть проблема в центробежной силе. Она способна разорвать любой металл, поэтому часто используют композитные материалы.

Эксперименты с такими накопителями продолжаются. Он может найти применение в автомобильной промышленности. Если установить такой маховик в автомобиль, то при торможении можно накапливать энергию в маховике, а когда нужно ускоряться, забрать энергию из накопителя. Это очень сильно увеличивает энергоэффективность транспорта. Такая идея уже довольно старая, например, в 1948 году подобные маховики ставили на автобусы. Такой маховик можно использовать там, где часты разгон и торможения, например в вагонах метро или даже лифт.

В Голландии уже около 50 лет производят кинетические накопители для стратегически важных объектов, таких как дата-центры, военные объекты или медицинских учреждениях. В Канаде с 2015 года работают две накопительные электростанция по 5 МВт каждая. В каждой установлены пять трехтонных маховиков. Их скорость вращения – 18 тыс. об/мин. В Пенсильвании установлен накопитель электроэнергии от солнечной электростанции и ветрогенераторов. 200 супермаховиков весом по 2 т запасают суммарно 40 МВт энергии.

Маховик как накопитель энергии
Share on facebook
Share on vk
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
Share on print

Свежие материалы

Читайте еще