Маховик гулиа своими руками пошаговая инструкция по сборке

Из всех зол самое большее для чипмейкера отсутствие электричества требуемого качества и достаточного количества. В среднем потребление 10 квт/часов в день состоит из пиков когда запускаются электродвигатели, работает сварка и другие потребители и пауз, когда мгновенное потребление только на освещение, вентиляцию ну и ещё на кой-какие мелкие потребы чипмейкера. Если сеть хорошая, 3 фазы в наличии и лампочки у соседей не мигают тогда беспокоиться не о чем. А если нет…вот если нет тогда есть такое решение- накапливать энергию 16 часов понемногу, допустим по 3 квт/час и расходовать за 2-3 часа когда потребление мгновенное достигает 20-30 кВт. Какие схемы могут обеспечить такую мощность…:

1. Аккумуляторы+инвертор…дорого, ресур акумов небольшой (хотя в стационарном режиме гораздо больше). КПД преобразования точно не скажу, зависит от комплектующих, но около 60%. Хотя выделяемая мощность мгновенная довольно большая может быть.

2. Гидроаккумулятор типа водонапорной башни или пруда, закачка воды в нерабочее время и расходование в рабочее…башня надо ого-го и пруд тоже, КПД к 90% но ещё дороже чем п.1 и МЧС настучит по ж_опе. Мгновенная мощность огромна в сравнении с п.1, но тут у нас не экватор, и морозы бывают.

3. Пневмоаккумулятор высокого давления…тема тут рассматривалась, КПД никакой, оборудование не дешевле чем в пп.1 и 2. Мгновенная мощность так себе, а опасность бабаха мастерской с содержащимся в ней чипмейкером высокая.

4. Нагрев солей до плавления+паровой двигатель…тут можно подумать, соли имеют довольно высокую теплоёмкость, а паровой двигатель высокую удельную мощность, но габариты и стоимость комплекта пугают. К тому-же иметь около себя агрессивный расплав с температурой 600 гр как-то не в кайф, но попутно решается проблема с отоплением и КПД около дела с такой мини-ТЭЦ, где то 90% надеюсь.

5. Дизель/бензин/газ-генератор…к аккумуляторам не отнести, но доступно, удобно, относительно дёшево плюс КПД в режиме мини-ТЭЦ тоже стремится к 80% если не ошибаюсь.

6. Аккумулятор на основе супермаховика-этот рассмотрим подробнее.

Идея такая-в течении 16 часов небольшой мотор-генератор раскручивает супермаховик и к моменту прихода чипмейкера в мастерню он накапливает существенную энергию, а как известно маховик может отдать мгновенную мощность сравнимую со взрывом…но взрыв нам не нужен, люди мы мирные и когда нас не трогают мы тоже никого не трогаем :rolleyes:.

Итак- чипмейкер включает свой любимый 16К20, реле щёлкнули и мотор-генератор отбирает энергию от маховика и, если принять в расчёт мощь супермаховика, мотор кашки запускается в обычном порядке, да что там…цех кашек запустит лишь бы геныч не задымил. Пик пройден и теперь наш маховичный аккумулятор работает в режиме заряда, потребляя небольшую мощность, но, весело пощёлкивая релюшками, всегда готов выложится в случае просадки сети. Случай со сваркой полностью индентичен.

Супермаховик не так сложен как кажется, если не гонятся за высочайшей удельной мощностью на грани прочности материала это будет диск из дураля и предварительно напряжённый обод из проволоки, намотаной в нагретом состоянии. Проволока остынет и это буде преднапряжение обода, в случае разрыва обода проволока распуститься на витки, станет тормозить маховик о кожух и проволочинки не смогут его пробить в сравнении с осколками маховика обычного…ну да это всё в литературе о супермаховиках есть. Аккумулятор установлен стационарно, так что гироскопический эффект чипмейкера нисколько не колышет, не будет же он его ворочать в работающем состоянии.

Мне кажется что это самый эффективный способ накопления энергии чипмейкером, и в качестве бонуса ещё преобразование 1Ф в 3Ф.

Супермаховик – накопитель кинетической энергии.

Супермаховик – один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии. За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт•ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Описание

Преимущества

Сравнительные характеристики

Принцип работы

Перспективы использования

Описание:

Супермаховик — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Супермаховик впервые был изобретен в 1964 г. советским учёным Н. Гулиа.

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна, углеродных композитов либо графеновой бумаги. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор–генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. Максимальное КПД этого преобразования достигает 98 %.

Преимущества:

– долговечность. Имеет большой жизненный цикл по сравнению с другими устройствами, 

– безопасен при разрушении,

– высокий КПД – до 98%,

– проще и дешевле в изготовлении, чем аккумуляторы,

– экологически чище, не наносят вред окружающей среде,

– запасает гораздо большую энергию за в разы меньшее время, чем аккумуляторы. Также и отдает,

– работают при любом температурном режиме,

– может быть использован в качестве буферного источника пиковой мощности в сочетании с другими устройствами запасания энергии, такими  как аккумуляторы,

– максимальное время хранения энергии в отличии от других устройств. 

Сравнительные характеристики:

Принцип работы:

Кинетическая механическая энергия передается на супермаховик и обратно от супермаховика при помощи ротора – мотор-генератора, который также способен преобразовывать кинетическую механическую энергию обратно в электрическую.

Супермаховик работает в двух режимах: в режиме запасания энергии и режиме отдачи. При работе в режиме запасания энергии подводимая энергия создает вращающий момент на валу и увеличивает скорость вращения маховика. При обратном процессе – запасенная кинетическая энергия превращается в генераторный момент на валу мотор-генератора и впоследствии в электрическую энергию.

Заряжается супермаховик от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии, а также от подводимой электрической энергии. В последнем случае мотор-генератор работает как электродвигатель, создает вращающий момент на валу.

Количество запасаемой энергии пропорционально инерции вращающегося тела маховика J и квадрату угловой скорости вращения ω. Оно определяется согласно формуле: E_k=1/2*J*ω².

Из формулы видно, что запасаемая в маховике кинетическая энергия имеет линейную зависимость от момента инерции вращающейся массы тела маховика и квадратичную зависимость от скорости вращения. Соответственно при росте скорости вращения количество запасаемой энергии будет расти в геометрической прогрессии.

Перспективы использования:

Распространение автономных источников генерации энергии требует ее запасания. Методы запасания энергии различаются по многим параметрам, таким как выходная мощность, количество запасаемой энергии, время хранения, количество циклов заряд/разряд, массогабаритные показатели, энергоемкость, эффективность, стоимость.

Супермаховик является современной энергоэффективной и высокотехнологичной альтернативой различным способам запасания и хранения энергии, таким как  акумуляторы, суперконденсаторы, прочие накопители энергии, а также систем со сжатым воздухом, гидроаккумулирующих электростанций.

двигатель супермаховик нурбей гулиа своими руками форум теория купить аккумулятор на автомобиле
супермаховики новые аккумуляторы энергии
чертежи точка опоры оси в азоте для супермаховика 401

Коэффициент востребованности
7 102

Альтернативный накопитель энергии с уникальными характеристиками

Не только источники энергии могут быть альтернативными, но способы накопления/хранения энергии. Более полувека назад, в СССР разработали концепцию супермаховика для аккумулирования энергии, который в стационарном исполнении практически не имеет недостатков. По эксплуатационным характеристикам они превосходят самые лучшие современные АКБ в несколько раз.

Принципиальная схема аккумулятора энергии

Заскорузлые представления о сохранении энергии, вызывают из памяти автомобильный аккумулятор. Однако энергия может быть электрической, тепловой, механической, кинетической и т.д. Для хранения, энергию одного вида, переводят в другой. Например, фотоэлементы вырабатывают электрическую энергию, но для хранения в АКБ, её преобразовывают в химическую.

Перевод энергии одного типа в другой, всегда сопровождается частичной потерей. КПД свинцово-кислотного аккумулятора в лучшем случае достигает 70%.

Супермаховик как аккумулятор электроэнергии

В 1964 году, советский учёный Н.В. Гулиа обратил внимание на обычный маховик.

Его используют уже тысячи лет. Самый древний маховик, гончарный круг. Он продолжает вращаться после разгона некоторое время, значит, в нём запасена кинетическая энергия.

После ряда опытов и расчётов, изобретатель пришёл к выводу, что:

1. Скорость вращения маховика имеет большее значение для энергоёмкости накопителя, нежели масса. Доказательство E=mc², т.е. энергия пропорциональная квадрату скорости, а масса учитывается только в первой степени.
2. Отказ от цельных (литых, кованых) конструкций. Они обязательно должны быть составными. Дело в том, что запас кинетической энергии был настолько велик, что в случае разрушения монолитного супермаховика, килограммовые осколки разлетались со скоростью пули!
3. Если маховик подвесить на магнитные подшипники и поместить в прочный стальной корпус с разреженной атмосферой, то продолжительность вращения можно сравнивать с периодом саморазряда автомобильного аккумулятора.

В 70-х годах Гулиа изготовил несколько работающих образцов супермаховика, и некоторые из них даже устанавливал на автобусы для рекуперации энергии. Но сам маховик, учёный как-бы «наматывал», а не собирал.

Причина в том, что параметр удельной прочности материала, мешает увеличить скорость вращения для увеличения энергоёмкости. Проблема решалась только использованием материалов с одноосной прочностью, как-то: ленты, металлические нити и волокна, проволока. Дополнительно это делало устройство безопасным. Ведь при аварийном разрушении, маховик запутывался в этих обрывках и легко восстанавливался.

Сравнение химических аккумуляторов и супермаховика

При интеграции в энергосистему, супермаховик гораздо проще и неприхотливее любых аккумуляторов. Бронекапсулу можно закопать в грунт на глубину нескольких метров, и наверху останутся только несколько проводов для управления и использования.

Современное состояние

Удивительно, но этот вариант сохранения электроэнергии вообще не освещается в прессе. Тем временем в Канаде уже 5 лет функционируют 2 аккумулирующие станции, хранящих по 5 мВт/ч электроэнергии.

На каждой из них установлено по 5 супермаховиков, массой 3 тонны, вращающихся со скоростью около 18000 оборотов в минуту.

В США построили более серьёзные накопители. В Пенсильвании, недалеко от солнечных электростанций и полей с ветрогенераторами, фирма Beacon Power собрала аккумуляторную подстанцию, работающую на супермаховиках.

Суммарная мощность запасаемой энергии 40 мВт. На объекте установлены «небольшие» супермаховики весом около 2 тонн, в количестве 200 шт. Каждый из них может запасать до 0,2 мВт/ч электроэнергии.

Аналогичная подстанция стоит около Нью-Йорка уже 9 лет и до сих пор работает без поломок.

Изобретатель кинетического аккумулятора Н. В. Гулиа, нашёл инвесторов и открыл в России фирму, которая выпускает супермаховики нескольких типоразмеров. Почти все покупатели из Европы.

Использование супермаховика в частном домовладении

В России несколько фирм выпускают супермаховики небольших типоразмеров. Например, этот накопитель может хранить около 20 кВт электроэнергии.

Но в конструкции супермаховика есть и опасность. Ротор вращается со скоростью 1500-1700 об/сек!  Это позволяет сохранить колоссальный запас электроэнергии, но собирать его в домашней мастерской затруднительно.

Но нет ничего невозможного! Патенты на изобретение находятся в открытом доступе. Есть умельцы, которые уже сделали супермаховик для своей системы автономного энергообеспечения. Пусть не с такими фантастическими характеристиками, но всё равно они в 4-6 раз более энергоёмкие, нежели стандартные АКБ.

А можно и купить такой супермаховик у самого изобретателя. Кинетический накопитель энергии собранный в промышленных условиях будет стоить не дороже, чем система свинцово-кислотных аккумуляторов, но в эксплуатации она гораздо надёжнее и долговечнее.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:МикроГЭС и гидроаккумуляторы в частном секторе

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Супермаховик – накопитель кинетической энергии.

Супермаховик – один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии. За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт•ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Описание

Преимущества

Сравнительные характеристики

Принцип работы

Перспективы использования

Описание:

Супермаховик — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. В отличие от обычных маховиков способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Супермаховик впервые был изобретен в 1964 г. советским учёным Н. Гулиа.

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна, углеродных композитов либо графеновой бумаги. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор–генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. Максимальное КПД этого преобразования достигает 98 %.

Преимущества:

– долговечность. Имеет большой жизненный цикл по сравнению с другими устройствами, 

– безопасен при разрушении,

– высокий КПД – до 98%,

– проще и дешевле в изготовлении, чем аккумуляторы,

– экологически чище, не наносят вред окружающей среде,

– запасает гораздо большую энергию за в разы меньшее время, чем аккумуляторы. Также и отдает,

– работают при любом температурном режиме,

– может быть использован в качестве буферного источника пиковой мощности в сочетании с другими устройствами запасания энергии, такими  как аккумуляторы,

– максимальное время хранения энергии в отличии от других устройств. 

Сравнительные характеристики:

Принцип работы:

Кинетическая механическая энергия передается на супермаховик и обратно от супермаховика при помощи ротора – мотор-генератора, который также способен преобразовывать кинетическую механическую энергию обратно в электрическую.

Супермаховик работает в двух режимах: в режиме запасания энергии и режиме отдачи. При работе в режиме запасания энергии подводимая энергия создает вращающий момент на валу и увеличивает скорость вращения маховика. При обратном процессе – запасенная кинетическая энергия превращается в генераторный момент на валу мотор-генератора и впоследствии в электрическую энергию.

Заряжается супермаховик от электродвигателей, от энергии рекуперации при торможении, от стационарных источников энергии, а также от подводимой электрической энергии. В последнем случае мотор-генератор работает как электродвигатель, создает вращающий момент на валу.

Количество запасаемой энергии пропорционально инерции вращающегося тела маховика J и квадрату угловой скорости вращения ω. Оно определяется согласно формуле: E_k=1/2*J*ω².

Из формулы видно, что запасаемая в маховике кинетическая энергия имеет линейную зависимость от момента инерции вращающейся массы тела маховика и квадратичную зависимость от скорости вращения. Соответственно при росте скорости вращения количество запасаемой энергии будет расти в геометрической прогрессии.

Перспективы использования:

Распространение автономных источников генерации энергии требует ее запасания. Методы запасания энергии различаются по многим параметрам, таким как выходная мощность, количество запасаемой энергии, время хранения, количество циклов заряд/разряд, массогабаритные показатели, энергоемкость, эффективность, стоимость.

Супермаховик является современной энергоэффективной и высокотехнологичной альтернативой различным способам запасания и хранения энергии, таким как  акумуляторы, суперконденсаторы, прочие накопители энергии, а также систем со сжатым воздухом, гидроаккумулирующих электростанций.

двигатель супермаховик нурбей гулиа своими руками форум теория купить аккумулятор на автомобиле
супермаховики новые аккумуляторы энергии
чертежи точка опоры оси в азоте для супермаховика 401

Коэффициент востребованности
7 065

Когда речь заходит о том, что надо как-то накопить энергию, многие сразу начинают думать об аккумуляторной батарее. Конечно, что же это может быть еще. Тем не менее, есть еще один способ, который используется не очень часто, но при этом имеет очень хорошие перспективы. Особенно, на фоне развития других технологий. Такие разработки даже применялись при производстве общественного и грузового транспорта. Их начало берет свои корни еще в Советском Союзе, но в последнее время технология начинает применяться все чаще. Несколько лет назад, когда позволял регламент, это использовалось даже в Формуле-1. Откроем завесу тайны и расскажем, как работает это достаточно простое, но гениальное изобретение, и о человеке, который посвятил этому жизнь.

Что такое маховик?

Говорить мы сегодня будем о супермаховиках и об их создателе Нурбее Гулиа. Хоть и кажется, что маховик это что-то устаревшее и чисто техническое, но и в новом электрическом мире ему есть место.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента, как это используется на космических аппаратах.

Сами маховики были изобретены очень давно и даже успешно применялись в промышленности тех лет. Есть даже находки в Междуречье и древнем Китае, которые подтверждают использование подобных устройств. Правда, тогда они делались из обожженной глины или из дерева и выполняли иные функции.

Где применяются маховики?

Благодаря своей массивности и законам физики, которые сопровождают движение маховика, он нашел применение во многих современных механизмах — от транспорта до промышленности.

Самое простое применение заключается в сохранении скорости вращения вала, на котором установлен маховик. Это может пригодиться во время работы какого-нибудь станка. Особенно, в те моменты, когда он испытывает резкие нагрузки и надо не допустить падения частоты вращения. Получается такой своего рода демпфер.

Наверное, самым частым местом, где встречаются маховики, является двигатель внутреннего сгорания автомобиля. Он позволяет сохранить скорость вращения двигателя при выключении сцепления. Тем самым снижается воздействие на трансмиссию, так как переключение передачи происходит в то время, когда двигатель работает на оборотах выше оборотов холостого хода. Кроме этого, так достигается больший комфорт и плавность движения. Правда, на гоночных машинах маховик очень сильно облегчается для снижения веса и увеличения скорости, с которой раскручивается двигатель.

Также маховики часто используются для стабилизации движения. Происходит это за счет того, что колесо, которым и является маховик, при вращении создает гироскопический эффект. Он создает сильное сопротивление при попытке наклонить его. Этот эффект легко ощутить, например, раскрутив колесо велосипеда и попытавшись его наклонить, или взяв в руки работающий жесткий диск.

Есть развитие и обычнх аккумуляторов: Новый тип аккумулятора позволит электромобилям проехать почти 2400 километров без подзарядки

Такая сила мешает при управлении мотоциклом, заставляя прибегать к контррулению, особенно на большой скорости, но очень помогает, например, для стабилизации корабля во время качки. Также подвесив такой маховик и учитывая, что он всегда находится в одном положении относительно горизонта, можно фиксировать его отклонения от корпуса объекта и понимать его положение в пространстве. Применение таких свойств маховика актуально в авиации. Именно вращающийся маховик позволит определить положение фюзеляжа самолета в пространстве.

Супермаховик Гулиа

Теперь, после достаточно долгого введения и предысторий, поговорим непосредственно о супермаховиках и о том, как они помогают сохранять энергию, не имея в составе каких-либо химических соединения для этого.

Супермаховик представляет собой один из типов маховиков, предназначенный для накопления энергии. Он специально сделан так, чтобы накапливать как можно больше энергии без необходимости применения по другому назначению.

Такие маховики тяжелые и очень быстро крутятся. Из-за того, что скорость вращения очень высокая, есть риск разрежения конструкции, но это тоже продумано. Сам маховик состоит из намотанных витков стальной пластичной ленты или из композитных материалов. Кроме того, что такая конструкция прочнее монолитной, она еще разрушается постепенно. То есть, при отслоениях маховик просто будет тормозиться и запутается в своих же частях. Думаю, не стоит объяснять, что разрыв маховика, который вращается со скоростью в десятки тысяч оборотов в минуту и весит минимум десятки килограмм, чреват очень серьезными последствиями.

Кроме этого, для обеспечения еще большей безопасности можно поместить систему с таким маховиком в бронекапсулу и закопать ее на несколько метров в землю. В этом случае движущиеся элементы точно никак не смогут навредить человеку.

Дополнительным плюсом использования бронекапсулы будет создание в ней вакуума, который позволит существенно снизить воздействие внешних сил на движение. Проще говоря, так можно свести к минимуму или вообще убрать сопротивление газовой среды (в обычном случае воздуха).

В качестве дополнительных сил, мешающих вращению, еще выступает сопротивление подшипников, на которых установлен маховик. Но его можно установить на магнитный подвес. В этом случае силы воздействия сведены к такому минимуму, которым можно пренебречь. Именно по этой причине такие маховики способны крутиться месяцами. Кроме этого, магнитный подвес позволяет не задумываться об износе системы. Изнашивается только генератор.

Именно генератор и является тем элементом, который позволяет выработать электричество. Он просто подключается к маховику, и получая переданное им вращение вырабатывает электричество. Получается аналог обычного генератора, только для этого не надо сжигать топливо.

Чтобы получать еще больше интересной информации из мира высоких технологий, подписывайся на наш новостной канал в Telegram.

Для накопления энергии в то время, когда нет нагрузки, маховик раскручивается и тем самым “держит заряд”. Собственно, возможен и комбинированный вариант по аналогии с обычными аккумуляторами, которые могут одновременно отдавать энергию и заряжаться сами. Для раскрутки маховика используется мотор-генератор, который может как раскручивать маховик, так и забирать энергию его вращения.

Такие системы актуальны для накопления энергии в домохозяйствах и в системах зарядки. Например, подобная система по задумке инженеров Skoda должна использоваться для зарядки автомобилей. Днем маховик раскручивается, а вечером отдает заряд в электромобили, не нагружая городскую сеть в вечернее и ночное время. При этом можно заряжаться медленно от одного маховика или быстро от нескольких, с которых будет “сниматься” больше электричества.

Эффективность супермаховиков

Эффективность супермаховиков при всей их кажущейся архаичности достигает очень высоких значений. Их КПД доходит до 98 процентов, что даже не снилось обычным аккумуляторным батареям. Кстати, саморазряд таких батарей тоже происходит быстрее, чем потеря скорости хорошо сделанного маховика в вакууме и на магнитном подвесе.

Можно вспомнить старые времена, когда люди начали запасать энергию посредством маховиков. Самым простым примером являются гончарные круги, которые раскручивались и крутили, пока ремесленник работал над очередным сосудом.

Мы уже определись, что конструкция супермаховика достаточно проста, он имеет высокий КПД и при этом стоит относительно недорого, но есть у него один минус, который сказывается на эффективности его использования и стоит на пути массового внедрения. Точнее, таких минусов два.

Главным из них будет тот самый гироскопический эффект. Если на кораблях это полезное побочное свойство, то на автомобильном транспорте это будет очень сильно мешать и надо будет использовать сложные системы подвеса. Вторым минусом будет пожароопасность в случае разрушения. Из-за большой скорости разрушения даже композитные маховики будут выделять большое количество тепла за счет трения о внутреннюю часть бронекапсулы. На стационарном объекте это не будет большой проблемой, так как можно сделать систему пожаротушения, но на транспорте может создать очень много трудностей. Тем более, на транспорте риск разрушения выше за счет вибраций во время движения.

Где применяются супермаховики?

В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.

Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.

В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.

Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.

Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.

Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.

Альтернативный накопитель энергии с уникальными характеристиками

Не только источники энергии могут быть альтернативными, но способы накопления/хранения энергии. Более полувека назад, в СССР разработали концепцию супермаховика для аккумулирования энергии, который в стационарном исполнении практически не имеет недостатков. По эксплуатационным характеристикам они превосходят самые лучшие современные АКБ в несколько раз.

Принципиальная схема аккумулятора энергии

Заскорузлые представления о сохранении энергии, вызывают из памяти автомобильный аккумулятор. Однако энергия может быть электрической, тепловой, механической, кинетической и т.д. Для хранения, энергию одного вида, переводят в другой. Например, фотоэлементы вырабатывают электрическую энергию, но для хранения в АКБ, её преобразовывают в химическую.

Перевод энергии одного типа в другой, всегда сопровождается частичной потерей. КПД свинцово-кислотного аккумулятора в лучшем случае достигает 70%.

Супермаховик как аккумулятор электроэнергии

В 1964 году, советский учёный Н.В. Гулиа обратил внимание на обычный маховик.

Его используют уже тысячи лет. Самый древний маховик, гончарный круг. Он продолжает вращаться после разгона некоторое время, значит, в нём запасена кинетическая энергия.

После ряда опытов и расчётов, изобретатель пришёл к выводу, что:

1. Скорость вращения маховика имеет большее значение для энергоёмкости накопителя, нежели масса. Доказательство E=mc², т.е. энергия пропорциональная квадрату скорости, а масса учитывается только в первой степени.
2. Отказ от цельных (литых, кованых) конструкций. Они обязательно должны быть составными. Дело в том, что запас кинетической энергии был настолько велик, что в случае разрушения монолитного супермаховика, килограммовые осколки разлетались со скоростью пули!
3. Если маховик подвесить на магнитные подшипники и поместить в прочный стальной корпус с разреженной атмосферой, то продолжительность вращения можно сравнивать с периодом саморазряда автомобильного аккумулятора.

В 70-х годах Гулиа изготовил несколько работающих образцов супермаховика, и некоторые из них даже устанавливал на автобусы для рекуперации энергии. Но сам маховик, учёный как-бы «наматывал», а не собирал.

Причина в том, что параметр удельной прочности материала, мешает увеличить скорость вращения для увеличения энергоёмкости. Проблема решалась только использованием материалов с одноосной прочностью, как-то: ленты, металлические нити и волокна, проволока. Дополнительно это делало устройство безопасным. Ведь при аварийном разрушении, маховик запутывался в этих обрывках и легко восстанавливался.

Сравнение химических аккумуляторов и супермаховика

При интеграции в энергосистему, супермаховик гораздо проще и неприхотливее любых аккумуляторов. Бронекапсулу можно закопать в грунт на глубину нескольких метров, и наверху останутся только несколько проводов для управления и использования.

Современное состояние

Удивительно, но этот вариант сохранения электроэнергии вообще не освещается в прессе. Тем временем в Канаде уже 5 лет функционируют 2 аккумулирующие станции, хранящих по 5 мВт/ч электроэнергии.

На каждой из них установлено по 5 супермаховиков, массой 3 тонны, вращающихся со скоростью около 18000 оборотов в минуту.

В США построили более серьёзные накопители. В Пенсильвании, недалеко от солнечных электростанций и полей с ветрогенераторами, фирма Beacon Power собрала аккумуляторную подстанцию, работающую на супермаховиках.

Суммарная мощность запасаемой энергии 40 мВт. На объекте установлены «небольшие» супермаховики весом около 2 тонн, в количестве 200 шт. Каждый из них может запасать до 0,2 мВт/ч электроэнергии.

Аналогичная подстанция стоит около Нью-Йорка уже 9 лет и до сих пор работает без поломок.

Изобретатель кинетического аккумулятора Н. В. Гулиа, нашёл инвесторов и открыл в России фирму, которая выпускает супермаховики нескольких типоразмеров. Почти все покупатели из Европы.

Использование супермаховика в частном домовладении

В России несколько фирм выпускают супермаховики небольших типоразмеров. Например, этот накопитель может хранить около 20 кВт электроэнергии.

Но в конструкции супермаховика есть и опасность. Ротор вращается со скоростью 1500-1700 об/сек!  Это позволяет сохранить колоссальный запас электроэнергии, но собирать его в домашней мастерской затруднительно.

Но нет ничего невозможного! Патенты на изобретение находятся в открытом доступе. Есть умельцы, которые уже сделали супермаховик для своей системы автономного энергообеспечения. Пусть не с такими фантастическими характеристиками, но всё равно они в 4-6 раз более энергоёмкие, нежели стандартные АКБ.

А можно и купить такой супермаховик у самого изобретателя. Кинетический накопитель энергии собранный в промышленных условиях будет стоить не дороже, чем система свинцово-кислотных аккумуляторов, но в эксплуатации она гораздо надёжнее и долговечнее.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:МикроГЭС и гидроаккумуляторы в частном секторе

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

На что способен маховичный накопитель

Сегодня ученые со всего мира безуспешно пытаются создать недорогой, легкий, компактный и невероятно емкий аккумулятор. А между тем такой накопитель энергии уже существует.

Николай Корзинов

Мир электроники и электричества наступает! Милые поклонникам механики устройства все чаще уступают место машинам с электромоторами и электронными схемами. Однако мир будущего станет более механическим! Так считает профессор Нурбей Гулиа. За последние десятилетия механические накопители энергии заметно прибавили в энергоемкости, и именно их, по мнению ученого, будут использовать во многих устройствах вместо привычных электрохимических аккумуляторов.

Пружина, резина, конденсатор…

Во всем мире вряд ли найдется человек, который посвятил себя разработке маховичных накопителей энергии в большей мере, чем Нурбей Гулиа. Ведь делом своей жизни изобретатель начал заниматься в 15 лет.

Тогда советский школьник Нурбей решил изобрести «энергетическую капсулу» — так он назвал накопитель энергии, который должен был стать столь же энергоемким, как бак с бензином, но при этом копить в себе абсолютно безвредную для человека энергию. Первым делом любознательный школьник опробовал аккумуляторы различных типов. Одним из самых безнадежных вариантов оказался пружинный накопитель. Чтобы обычный легковой автомобиль проехал с таким аккумулятором 100 км пути, последний должен был весить 50 т.

Резиновый аккумулятор показался куда перспективней: накопитель с зарядом на 100 км мог весить «всего» 900 кг. Заинтересовавшись, Нурбей даже разработал резиноаккумулятор инновационной конструкции для привода детской коляски. Один из прохожих, очарованный самоходной коляской, посоветовал разработчику подать заявку в Комитет по изобретениям и даже помог ее составить. Так Гулиа получил первое авторское свидетельство на изобретение.

Вскоре резину сменил сжатый воздух. И опять Нурбей разработал инновационное устройство — относительно компактный гидрогазовый аккумулятор. Однако, как выяснилось в ходе работы над ним, при использовании сжатого газа энергетический «потолок» был невысок. Но изобретатель не сдался: вскоре им был построен пневмокар с подогревом воздуха горелками. Эта машина получила высокую оценку у его друзей, но по своим возможностям была еще далека от того, чтобы конкурировать с автомобилем.

Особенно тщательно будущий профессор отнесся к проработке варианта «электрической капсулы». Нурбей оценил возможности конденсаторов, электромагнитов и, разумеется, собрал всю возможную информацию об электрохимических аккумуляторах. Был даже построен электромобиль. В качестве аккумулятора для него конструктор использовал батарею МАЗа. Однако возможности тогдашних электрохимических аккумуляторов Гулиа не впечатлили, не было и оснований ожидать, что в области энергоемкости произойдет прорыв. Поэтому из всех накопителей энергии наиболее перспективными Нурбею Владимировичу показались механические аккумуляторы в виде маховиков, несмотря на то что в то время они ощутимо проигрывали электрохимическим накопителям.

Тогдашние маховики, даже сделанные из самой лучшей стали, в пределе могли накопить только 30−50 кДж на 1 кг массы. Если раскручивать их быстрее, они разрывались, приводя в негодность все вокруг. Даже свинцово-кислотные аккумуляторы с энергоемкостью 64 кДж/кг смотрелись на их фоне крайне выигрышно, а щелочные аккумуляторы с плотностью энергии 110 кДж/кг были вне конкуренции. Кроме того, уже тогда существовали страшно дорогие серебряно-цинковые аккумуляторы: по удельной емкости (540 кДж/кг) они примерно соответствовали самым емким на сегодня литий-ионным аккумуляторам. Но Гулиа сделал ставку на столь далекий от совершенства маховик…

Маховик на миллион

Чем выше частота вращения маховика, тем сильнее его частицы «растягивают» диск, пытаясь его разорвать. Поскольку разрыв маховика дело страшное, конструкторам приходится закладывать высокий запас прочности. В результате на практике энергоемкость маховика раза в три ниже возможной, и в начале 1960-х годов самые совершенные маховики могли запасать всего 10−15 кДж энергии на 1 кг. Если же применить более устойчивые к разрыву материалы, прочность маховика станет выше, но такой скоростной маховик становится опасным. Получается порочный круг: прочность материала возрастает, а предельная энергоемкость увеличивается незначительно. Нурбей Гулиа поставил своей задачей вырваться из этого замкнутого круга, и в один памятный день он испытал момент внезапного прояснения. На глаза изобретателю попался тросик, свитый из проволок, — такие обычно применяют в тренажерах для подъема тяжестей. Тросик был примечателен тем, что обладал высокой прочностью и никогда не рвался сразу. Именно этих качеств и не хватало тогдашним маховикам.

Ученый принялся за работу: сначала поэкспериментировал с тросом, скатав из него маховик, а потом заменил проволочки тонкой стальной лентой такой же прочности — ее намотка была плотнее, а для надежности можно было склеить витки ленты между собой. Разрыв такого маховика уже не представлял опасности: при превышении предельной скорости первой должна была оторваться наиболее нагруженная внешняя лента. Она прижимается к корпусу и автоматически затормаживает маховик — никаких несчастных случаев, а оторванную ленту можно приклеить снова.

Первое испытание, когда ленточный маховик Гулиа раскручивался от скоростного электромотора пылесоса, прошло успешно. Маховик вышел на максимальную частоту вращения без разрыва. А затем, когда ученому удалось испытать этот маховик на специальном разгонном стенде, выяснилось, что разрыв наступал только при скорости обода почти 500 м/c или плотности энергии около 100 кДж/кг. Изобретение Гулиа в несколько раз превзошло по плотности энергии самые передовые на то время маховики и оставило позади свинцово-кислотные аккумуляторы.

В мае 1964 года Гулиа первым в мире подал заявку на изобретение супермаховика, но из-за бюрократизма советской патентной системы получил необходимый документ только через 20 лет, когда срок его действия уже истек. Но приоритет изобретения за СССР сохранился. Жил бы ученый на Западе — давно бы стал мультимиллионером.

Через какое-то время после Гулиа супермаховик изобрели и на Западе, и спустя годы ему находят множество применений. В разных странах разрабатываются проекты маховичных машин. Американские специалисты создают беспилотный вертолет, в котором вместо двигателя используют супермаховики. Отправляют супермаховики и в космос. Там для них особенно благоприятная среда: в космическом вакууме нет аэродинамического сопротивления, а невесомость устраняет нагрузки на подшипники. Поэтому на некоторых спутниках связи применяются супермаховичные накопители — они долговечнее электрохимических аккумуляторов и могут долгое время снабжать аппаратуру спутника энергией. Недавно в США стали рассматривать возможность применения супермаховиков в качестве источников бесперебойного питания для зданий. Там уже работают электростанции, которые во время пика потребления энергии увеличивают мощность за счет маховичных накопителей, а при спаде, обычно в ночное время, направляют избытки энергии на раскручивание маховиков.

В итоге у электростанции значительно повышается КПД работы. Кроме того, потери энергии в супермаховиках составляют всего 2% — это меньше, чем у любых других накопителей энергии.

Профессор Гулиа тоже времени зря не терял: создал очень удобную маховичную дрель, разработал первый в мире гибридный маховичный автомобиль на базе УАЗ-450Д — он оказался вдвое экономичней обычной машины. Но главное — профессор постоянно совершенствует разные элементы своей маховичной концепции, чтобы сделать ее по-настоящему конкурентоспособной.

Чудо-махомобили

Можно ли вывести супермаховик на уровень самых емких аккумуляторов? Оказывается, это не проблема. Если вместо стали использовать более прочные материалы, то пропорционально вырастет и энергоемкость. Причем, в отличие от электрохимических аккумуляторов, здесь практически нет потолка.

Супермаховик из кевлара на испытаниях при той же массе накапливал в четыре раза больше энергии, чем стальной. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20−30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость — 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. «Если из такого материала навить супермаховик, — рассказывает профессор, — плотность энергии может достичь 2500−3500 МДж/кг. А значит, 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной прокрутки — больше, чем может выдержать шасси машины».

За счет того что супермаховик вращается в вакууме, а его ось закреплена в магнитной подвеске, сопротивление при вращении оказывается минимальным. Возможно, такой супермаховик может крутиться до остановки многие месяцы. Однако машина, способная работать в течение всего срока службы без заправок, пока еще не изобретена.

Мощности современных электростанций определенно не хватит для зарядки таких серийных чудо-махомобилей.

Но именно автотранспорт, считает профессор, самая подходящая сфера применения супермаховиков. И показатели машин проекта Гулиа, на которых он планирует использовать супермаховики, не менее удивительные. По оценке ученого, «здоровый» расход топлива у бензинового автомобиля должен составлять примерно 1,5 л на 100 км, а у дизельного — 1,2 л.

Как такое возможно? «В энергетике есть неписаный закон: при одинаковых капиталовложениях всегда более экономичен привод, в котором нет преобразований видов и форм энергии, — поясняет профессор. — Двигатель выделяет энергию в виде вращения, и ведущие колеса автомобиля потребляют эту энергию тоже в виде вращения. Значит, не надо преобразовывать энергию двигателя в электрическую и обратно, достаточно передавать ее от двигателя к колесам через механический привод».

Таким образом, механический гибрид оказывается максимально энергосберегающим и, как уверяет ученый, в условиях города снижает расход топлива в три раза! Применение супермаховика, который запасает огромное количество энергии от двигателя, а затем практически без потерь отправляет ее на колеса через супервариатор (см. «ПМ», № 3’2006), позволяет снизить размер и мощность двигателя. Двигатель же в проекте ученого работает только в оптимальном режиме, когда его КПД наиболее высок, поэтому-то «суперавтомобиль» Гулиа столь экономичен. Имеется у профессора и проект использования топливных элементов с супермаховиком. У топливных элементов КПД в пределе может быть почти вдвое выше, чем у ДВС, и составляет около 70%.

«Но почему же при всех достоинствах такой схемы она пока не используется на автомобилях?» — задаем мы очевидный вопрос. «Для такой машины был необходим супервариатор, а он появился сравнительно недавно и сейчас только начинает производиться, — объясняет профессор Гулиа. — Так что такой автомобиль на подходе». Нашему журналу приятно сознавать, что если такой автомобиль появится, то в этом будет и наша заслуга. После того как в «TechInsider» появилась статья о супервариаторе Гулиа, этим проектом сразу заинтересовались производители приводной техники, и сейчас профессор занимается созданием и совершенствованием своего супервариатора. А значит, стоит надеяться, что ждать суперавтомобиля осталось недолго…

Аккумулятор будущего – маховик?: engineering_ru — LiveJournal

?

Categories:

• Авто
• Производство
• Cancel

Оригинал взят у rutinin в Аккумулятор будущего – маховик?

Дешев. Долговечен. Экологически чист. Энергетические возможности маховика, как накопителя кинетической энергии определяются тремя параметрами: скоростью вращения,  диаметром и массой. Увеличив скорость вращения можно убавить вес и размер, но возникает опасность разрыва маховика центробежной силой.
В молодости я прочитал книжку в поисках “энергетической капсулы”
Ее автор изобрел супермаховик, супервариатор, а если  все это установить на автомобиль, то и он  будет  – супер!Изобретение Нурбея Гулиа заключалось в том, что он придумал маховик навитый из металлической ленты. Такой маховик выдерживал центробежную силу в пять раз большую, чем литой . А при разрыве не разлетался на части, как артиллерийский снаряд, а тормозился лентой о кожух. Супермаховик в вакуумном корпусе с магнитной подвеской и скоростным электродвигателем-генератором для отбора мощности. В общем, жил бы на западе, давно бы уже был мультимиллионером, а не обклеивал квартиру авторскими свидетельствами вместо обоев (у него их три сотни).
С приходом нанотехнологий его изобретение приобрело еще большую значимость. Вот, что он пишет:
>если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1Мв-час/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров — больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Удельная энергоемкость такого сверхнакопителя в 500—1000 кВт·ч/кг позволит, например, создать электромобиль, заряжаемый прямо на сборочном конвейере один раз на весь срок эксплуатации машины. Два-три десятка килограммов нового супермаховика обеспечат накопление дешевой ночной электроэнергии для огромного дома и расходование этой энергии днем. .>
Фантаст, конечно, но идея красивая!

Источники
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BB%D0%B8%D0%B0,_%D0%9D%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B5%D0%B9_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87
http://www.i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=12&id=1133
http://nurbejgulia.ru/

Tags: транспорт, энергетика, энергоэффективность

Subscribe

• Помогите решить проблему с БЫСТРЫМ определением сторон света через Google Maps на iPhone.

  Всем привет! Замучила меня одна проблема, которая случается практически в начале каждой поездки по маршруту введенному через Google Maps на iPhone.…

• Сможите ли вы правильно решить простой пример?

  В твиттере и фейсбуке разгорелась дискуссия вокруг решения простого примера: Мнения разделились между ответами 1 и 4. Я сам на автомате сначала…

• Странный прибор в лунном модуле миссии Аполлон-17

  Пару лет назад скачал с сайта: https://www.flickr.com/ все фотографии миссии Аполлон-17. 21 кассета экспонированного фотоматериала.…

• 1
• 2
• 3

• Помогите решить проблему с БЫСТРЫМ определением сторон света через Google Maps на iPhone.

  Всем привет! Замучила меня одна проблема, которая случается практически в начале каждой поездки по маршруту введенному через Google Maps на iPhone.…

• Сможите ли вы правильно решить простой пример?

  В твиттере и фейсбуке разгорелась дискуссия вокруг решения простого примера: Мнения разделились между ответами 1 и 4. Я сам на автомате сначала…

• Странный прибор в лунном модуле миссии Аполлон-17

  Пару лет назад скачал с сайта: https://www.flickr.com/ все фотографии миссии Аполлон-17. 21 кассета экспонированного фотоматериала.…

Бетонная маховиковая система хранения для жилых фотоэлектрических систем – фотожурнал International

Французский стартап разработал бетонный маховик для накопления солнечной энергии инновационным способом. В настоящее время решение для хранения данных проходит испытания во Франции и первоначально будет предлагаться на заморских территориях Франции и в Африке.

21 июня 2021 г. Gwénaëlle Deboutte

Из журнала pv France

Французский стартап Energiestro разработал технологию хранения бытовых фотоэлектрических систем на основе маховиковой системы на основе бетона.

Система маховика способна накапливать электричество, преобразовывая его в кинетическую энергию с помощью двигателя, вращающего ротор. Маховик вращается с такой высокой скоростью, что электрическая энергия преобразуется в механическую.

Предлагаемое решение состоит из полого или сплошного цилиндра, который вращается вокруг оси и соединен с электродвигателем и генератором. «Когда у вас есть запас энергии, двигатель приводит в движение маховик, который разгоняется», — сказал соучредитель и генеральный директор компании Андре Женнессо. «В другом направлении двигатель может действовать как тормоз для разрядки электричества».

На сегодняшний день, по словам производителя, большинство маховиков, используемых для хранения такого рода, были изготовлены из стали. «Но у стальных маховиков есть ограничение: их цена, в то время как пользователи стационарных хранилищ ищут, прежде всего, оптимальные затраты», — пояснил Женнессо. «Некоторые компании также разрабатывают углеродные баллоны, которые намного легче, но, опять же, очень дороги, в то время как наш подход заключается в том, чтобы не работать в первую очередь на вес, потому что в этом типе приложений это не имеет значения».

По словам генерального директора, сейчас карбоновые маховики стоят около 250 евро/кВтч, стальные маховики – 200 евро/кВтч, а бетонные – около нескольких евро. «Особенность нашей запатентованной технологии заключается в том, что бетонный цилиндр предварительно натягивается обмоткой из стекловолокна и удерживается в вакууме, чтобы избежать трения», — заявил Женнессо. Благодаря этому операции по техническому обслуживанию сокращаются, поскольку механическая часть герметична, а смазочное масло также находится в вакууме без риска окисления.

Гарантия на маховик составляет 30 лет, а замена его инвертора ожидается через 15 лет. «Сначала мы выбрали бетон из соображений цены, но быстро обнаружили, что анализ его жизненного цикла также был положительным», — продолжил Женнессо. «У нас около 10 граммов CO ₂ на кВтч, в то время как у литий-ионных аккумуляторов около 40 г CO ₂ / кВтч, на том же уровне, что и у стальных маховиков».

Popular content

В настоящее время Energiestro предлагает стандартное решение для хранения с номинальной мощностью около 10 кВт, что соответствует циклу зарядки и разрядки в течение одного часа.

Маховик имеет диаметр один метр и весит три тонны и может быть размещен в саду частного дома.

Емкость системы должна быть увеличена сначала до 20 кВтч, а затем до 50 кВтч, чтобы в конечном итоге достичь 24 часов хранения. «Ограничение по размеру будет определяться логистикой, поскольку нам нужно найти краны, способные закапывать маховики в землю, поэтому в нашем текущем бизнес-плане мы ограничиваемся 50 кВтч», — добавил Женнессо, отметив, что решение будет первоначально предлагался на заморских территориях Франции и в Африке.

Французская компания получила финансирование от исследовательской и инновационной программы Horizon 2020 Европейского Союза. «В качестве бета-теста у нас есть демонстрационный проект с Voltalia в Гайане», — сказал Дженнессо. «В этом контексте мы установим маховик мощностью 10 кВтч, который будет управлять колебаниями в сети в течение одного часа, если пройдет облако».

По его словам, в жарких и влажных регионах маховики намного прочнее и надежнее литий-ионных аккумуляторов. Компания также работает в партнерстве с Engie над проектом солнечной электростанции Thémis в Восточных Пиренеях (3,4 МВт), где будет установлено несколько маховиков мощностью 10 кВтч с целью проверки влияния этой технологии на регулирование частоты по сравнению с литиевыми. -ионные аккумуляторы.

*Статья обновлена ​​для исправления ошибки перевода. Предлагаемое решение состоит из полого или сплошного цилиндра, а не из полого сплошного цилиндра, как мы сообщали ранее.

Этот контент защищен авторским правом и не может быть повторно использован. Если вы хотите сотрудничать с нами и хотели бы повторно использовать часть нашего контента, обращайтесь по адресу: [email protected].

Механическая технология хранения электроэнергии | Ассоциация накопителей энергии

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: ESA теперь является частью Американской ассоциации чистой энергии (ACP). Этот материал веб-сайта не обновляется регулярно и предназначен только для архивных и справочных целей. Пожалуйста, посетите сайт cleanpower.org для получения дополнительной информации.

Механические системы хранения энергии используют кинетические или гравитационные силы для хранения введенной энергии. В то время как физика механических систем часто довольно проста (например, вращение маховика или подъем веса в гору), технологии, которые позволяют эффективно и действенно использовать эти силы, особенно продвинуты. Высокотехнологичные материалы, передовые компьютерные системы управления и инновационный дизайн делают эти системы применимыми в реальных приложениях.

Маховик — это вращающееся механическое устройство, которое используется для накопления вращательной энергии, которую можно использовать мгновенно. На самом базовом уровне маховик содержит вращающуюся массу в центре, которая приводится в движение двигателем, а когда требуется энергия, сила вращения приводит в действие устройство, похожее на турбину, для производства электроэнергии, замедляя скорость вращения. Маховик перезаряжается с помощью двигателя, чтобы еще раз увеличить скорость его вращения.

Технология маховика обладает многими полезными свойствами, которые позволяют нам улучшать нашу текущую электрическую сеть. Маховик способен захватывать энергию от прерывистых источников энергии с течением времени и обеспечивать непрерывную бесперебойную подачу электроэнергии в сеть. Маховики также способны мгновенно реагировать на сигналы сети, обеспечивая регулирование частоты и улучшение качества электроэнергии.

Маховики традиционно изготавливаются из стали и вращаются на
обычные подшипники; они, как правило, ограничены скоростью вращения
несколько тысяч об/мин. Более совершенные конструкции маховиков изготовлены из углеродного волокна.
материалы, хранящиеся в вакууме для уменьшения сопротивления и использующие магнитную левитацию
вместо обычных подшипников, что позволяет им вращаться со скоростью до
60 000 об/мин.

Ниже вы можете узнать больше о технологиях маховиков.

Системы накопления энергии с маховиком (FESS)

Системы накопления энергии маховика (FESS) используют входную электрическую энергию, которая сохраняется в виде кинетической энергии. Кинетическая энергия может быть описана как «энергия движения», в данном случае движение вращающейся массы, называемой ротором. Ротор вращается в корпусе почти без трения. Когда требуется кратковременное резервное питание из-за колебаний или потери электроэнергии в сети, инерция позволяет ротору продолжать вращаться, а полученная кинетическая энергия преобразуется в электричество. Большинство современных высокоскоростных маховиковых накопителей энергии состоят из массивного вращающегося цилиндра (обод, прикрепленный к валу), который поддерживается на статоре — неподвижной части электрогенератора — подшипниками на магнитной подушке. Для поддержания эффективности система маховика работает в вакууме, чтобы уменьшить сопротивление. Маховик соединен с мотором-генератором, который взаимодействует с коммунальной сетью через передовую силовую электронику.

Некоторыми из ключевых преимуществ маховикового накопителя энергии являются низкие эксплуатационные расходы, длительный срок службы (некоторые маховики способны выполнять более 100 000 циклов полной глубины разряда, а новейшие конфигурации способны даже больше, более 175 000 полных циклов разрядки циклы) и незначительное воздействие на окружающую среду. Маховики могут преодолеть разрыв между кратковременной мощностью при движении и долговременным накоплением энергии с отличными циклическими характеристиками и характеристиками отслеживания нагрузки.

Как правило, пользователи высокоскоростных маховиков должны выбирать между двумя типами ободов: сплошной сталью или углеродистым композитом. Выбор материала обода будет определять стоимость, вес, размер и производительность системы. Композитные диски легче и прочнее стали, а это значит, что они могут достигать гораздо более высоких скоростей вращения. Количество энергии, которое может храниться в маховике, зависит от квадрата числа оборотов в минуту, что делает желательными более высокие скорости вращения. В настоящее время мощные маховики используются во многих аэрокосмических и ИБП-приложениях. Сегодня системы 2 кВт/6 кВтч используются в телекоммуникационных приложениях. Для хранения коммунального масштаба можно использовать подход «маховик фермы» для хранения мегаватт электроэнергии для приложений, требующих нескольких минут продолжительности разряда.

Как энергия маховика
Storage Systems Work

Системы накопления энергии с маховиком (FESS) используют кинетическую энергию, хранящуюся во вращающейся массе, с очень низкими потерями на трение. Потребляемая электрическая энергия разгоняет массу до скорости с помощью встроенного мотор-генератора. Энергия высвобождается за счет вытягивания кинетической энергии с помощью того же двигателя-генератора. Количество энергии, которое может быть сохранено, пропорционально моменту инерции объекта, умноженному на квадрат его угловой скорости. Для оптимизации отношения энергии к массе маховик должен вращаться с максимально возможной скоростью. Однако быстро вращающиеся объекты подвержены действию значительных центробежных сил, хотя плотные материалы могут хранить больше энергии, они также подвержены более высокой центробежной силе и, следовательно, могут быть более склонны к отказу при более низких скоростях вращения, чем материалы с низкой плотностью. Следовательно, прочность на разрыв важнее, чем плотность материала. Низкоскоростные маховики изготовлены из стали и вращаются со скоростью до 10 000 об/мин.

Более продвинутые FESS обеспечивают привлекательную плотность энергии, высокую эффективность и низкие потери в режиме ожидания (в течение периодов от многих минут до нескольких часов) за счет использования четырех ключевых особенностей: 1) вращающаяся масса из смол стекловолокна или полимерных материалов с высокой прочностью. – отношение веса, 2) масса, которая работает в вакууме, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление, 3) масса, которая вращается с высокой частотой, и 4) технология подшипников с воздушным или магнитным подавлением для обеспечения высокой скорости вращения. Усовершенствованные FESS работают при частоте вращения более 100 000 об/мин с конечными скоростями более 1000 м/с. FESS лучше всего использовать для приложений с высокой мощностью и низким энергопотреблением, которые требуют много циклов.

Кроме того, они имеют ряд преимуществ перед химическими накопителями энергии. Они обладают высокой плотностью энергии и существенной долговечностью, что позволяет часто использовать их без ущерба для производительности. Они также имеют очень быстрый отклик и скорость линейного изменения. Фактически, они могут перейти от полного разряда к полному заряду в течение нескольких секунд или меньше. Системы накопления энергии с маховиком (FESS) становятся все более важными для приложений с высокой мощностью и относительно низким энергопотреблением. Они особенно привлекательны для приложений, требующих частых циклов, поскольку при интенсивном использовании они имеют ограниченное сокращение срока службы (т. е. они могут подвергаться множеству частичных и полных циклов зарядки-разрядки с незначительным износом за цикл).

FESS особенно хорошо подходят для нескольких приложений, включая качество и надежность электроснабжения, пропускную способность во время запуска генераторных установок для более длительного резервирования, регулирование зоны, быстрое регулирование зоны и частотную характеристику. FESS также может быть полезен в качестве подсистемы в гибридных транспортных средствах, которые часто останавливаются и трогаются с места, как компонент гусеничных или бортовых систем рекуперативного торможения.0002 Хранилище энергии на сжатом воздухе (CAES) — это способ хранения энергии, произведенной в один момент времени, для использования в другое время. В коммунальном масштабе энергия, вырабатываемая в периоды низкого спроса на энергию (непиковые периоды), может быть высвобождена для удовлетворения периодов более высокого спроса (пиковой нагрузки).

С 1870-х годов системы CAES были развернуты для обеспечения эффективной энергии по требованию для городов и промышленных предприятий. Несмотря на то, что существует множество небольших приложений, первая система CAES промышленного масштаба была введена в действие в 1970-х годах с более чем 29Паспортная мощность 0 МВт. CAES предлагает потенциал для небольших локальных решений по хранению энергии, а также для более крупных установок, которые могут обеспечить огромные резервы энергии для сети.

Как работает система хранения энергии на сжатом воздухе

Установки для хранения энергии на сжатом воздухе (CAES) в значительной степени эквивалентны гидроаккумулирующим электростанциям с точки зрения их применения. Но вместо того, чтобы перекачивать воду из нижнего пруда в верхний в периоды избыточной мощности, на установке CAES окружающий воздух или другой газ сжимается и хранится под давлением в подземной полости или контейнере. Когда требуется электричество, сжатый воздух нагревается и расширяется в турбодетандере, приводящем в действие генератор для производства электроэнергии.

Особенностью хранения сжатого воздуха является то, что воздух сильно нагревается при сжатии от атмосферного давления до давления хранения прибл. 1015 фунтов на квадратный дюйм (70 бар). В стандартных многоступенчатых воздушных компрессорах используются промежуточные и доохладители для снижения температуры нагнетания до 300/350°F (149/177°C), а температуры воздуха нагнетания в каверне до 110/120°F (43/49°C). Таким образом, теплота сжатия извлекается в процессе сжатия или отводится промежуточным охладителем. Потери этой тепловой энергии затем компенсируются на этапе выработки электроэнергии турбодетандером путем нагревания воздуха высокого давления в камерах сгорания с использованием природного газа или, в качестве альтернативы, с использованием тепла выхлопных газов газовой турбины в рекуператоре для нагрева поступающего воздуха. перед циклом расширения. В качестве альтернативы теплота сжатия может быть термически сохранена перед входом в пещеру и использована для адиабатического расширения, извлекая тепло из системы накопления тепла.

Диабатический метод CAES

Две существующие промышленные установки CAES в Хунторфе, Германия,
и в Макинтоше, Алабама, США, а также все предполагаемые проекты в обозримом будущем
Будущие основаны на диабатическом методе. В принципе, эти растения
по сути просто обычные газовые турбины, но где сжатие
воздух для горения отделен от газовой турбины и независим от нее
процесс. Это приводит к двум основным преимуществам этого метода.

Поскольку ступень сжатия обычно использует около 2/3
мощности турбины, турбина CAES, не сдерживаемая работой сжатия, может
генерировать в 3 раза больше мощности при том же расходе природного газа. Это снижает
удельный расход газа и сокращает сопутствующие выбросы углекислого газа на
от 40 до 60%, в зависимости от того, используется ли отработанное тепло для нагрева
воздуха в рекуператоре. Коэффициент полезного действия мощности составляет ок. 42% без и
55% с утилизацией сбросного тепла.

Вместо того, чтобы сжимать воздух ценным газом, можно использовать более дешевую избыточную энергию в непиковые периоды или избыточную возобновляемую энергию сверх местного спроса на энергию.

Оба вышеупомянутых завода используют одновальные машины, где
двигатель-компрессор/генератор-газовая турбина расположены на одном валу
и соединены через редуктор. В других концептуальных проектах установок CAES
моторно-компрессорная установка и турбогенераторная установка будут механически
развязанный. Это позволяет модульно расширять установку по отношению к
допустимая входная мощность и выходная мощность. Использование обычного газа
тепловая энергия выхлопных газов турбины для нагрева воздуха высокого давления
перед расширением в цикле с воздушным дном позволяет использовать установки CAES с переменным
размеры основаны на объеме хранилища каверны и давлении.

Адиабатический метод

Значительно более высокая эффективность до 70% может быть достигнута, если
теплота сжатия рекуперируется и используется для повторного нагрева сжатого воздуха во время
работы турбины, потому что больше нет необходимости сжигать лишние природные
газ для подогрева декомпрессированного воздуха.

Варианты хранения

Независимо от выбранного метода, из-за низкой плотности хранения требуются места хранения очень большого объема. Предпочтительными местами являются искусственно сооруженные соляные пещеры в глубоких соляных пластах. Соляные каверны характеризуются рядом положительных свойств: высокой гибкостью, отсутствием потерь давления внутри хранилища и отсутствием реакции с кислородом воздуха и соляной вмещающей породой. Если нет подходящих солевых образований, также можно использовать естественные водоносные горизонты, однако сначала необходимо провести испытания, чтобы определить, реагирует ли кислород с горной породой и с какими-либо микроорганизмами в водоносном пласте, что может привести к кислороду. истощение или закупорка поровых пространств в коллекторе. Истощенные месторождения природного газа также изучаются для хранения сжатого воздуха; в дополнение к проблемам истощения и блокировки, упомянутым выше, необходимо учитывать смешивание остаточных углеводородов со сжатым воздухом.

Электростанции CAES являются реальной альтернативой гидроэлектростанциям. Капитальные и операционные затраты на уже действующие диабатические установки конкурентоспособны.

Expand

Изотермический CAES

Изотермический накопитель энергии на сжатом воздухе (CAES) — это новая технология, которая пытается преодолеть некоторые ограничения традиционных (диабатических или адиабатических) CAES. Традиционная CAES использует турбомашины для сжатия воздуха примерно до 70 бар перед хранением. При отсутствии промежуточного охлаждения воздух нагревался бы примерно до 900K, что делает невозможным (или непомерно дорогим) переработку и хранение газа. Вместо этого воздух проходит последовательные стадии сжатия и теплообмена для достижения более низкой конечной температуры, близкой к температуре окружающей среды. В Advanced-Adiabatic CAES теплота сжатия хранится отдельно и возвращается обратно в сжатый газ при расширении, что устраняет необходимость повторного нагрева с помощью природного газа.

Принцип работы изотермического накопителя энергии на сжатом воздухе

Управление кривой давление-объем (P-V) во время сжатия
а расширение является ключом к эффективной CAES.

Вместо использования многочисленных ступеней для сжатия, охлаждения, нагрева
и расширить воздух, изотермические технологии CAES пытаются достичь истинного
изотермическое сжатие и расширение на месте, обеспечивающее улучшенный проход туда и обратно
эффективность и низкие капитальные затраты. В принципе, это также отменяет необходимость
аккумулировать теплоту сжатия какими-либо вторичными средствами (например, маслом).

Проблемы

Изотермический CAES технологически сложен, поскольку требует непрерывного отвода тепла от воздуха во время цикла сжатия и непрерывного добавления тепла во время расширения для поддержания изотермического процесса. Теплопередача происходит со скоростью, пропорциональной градиенту температуры, умноженному на площадь поверхности контакта; следовательно, для передачи тепла с высокой скоростью при минимальной разнице температур требуется очень большая площадь поверхности контакта.

Хотя в настоящее время нет коммерческих изотермических реализаций CAES, было предложено несколько возможных решений, основанных на поршневых машинах. Один из методов заключается в распылении мелких капель воды внутри поршня во время сжатия. Большая площадь поверхности капель воды в сочетании с высокой теплоемкостью воды по сравнению с воздухом означает, что температура внутри поршня остается примерно постоянной — вода удаляется и либо выбрасывается, либо сохраняется, и цикл повторяется.

Цитата: DruuM от 21 Апр. 2012 в 16:57
1)8квт*ч это абсолют. Из них реально используемы 8*(0.8~0.75)*КПД_{системы}
2)40 000об/мин-ссылку плз на реальные подшипники.
3)интереснее стекловолокна-карбоновый ровинг
4)годами не прослужит-накапливаются усталостные деформации-ресурс считать- та еще занимательная арифметика
5)»породнить» маховик и генератор да еще с гироподвесом и с магнитным (плз ссылку на реальные магнитные подшипники)

Ну по пунктам:
1. Откуда простите коэффициенты? Потери в моторе 20%? КПД BLDC движка (который так же в качестве генератора работает) более 95%. Других потерь там нет. Трения нет. Кроме потерь на эл. сопротивление проводов больше нет потерь у безщеточного двигателя постоянного тока вращающегося в вакууме на безконтактных подшипниках.

2. Вот например http://www.mashportal.ru/Default.aspx?PageContentMode=1&tabid=448 (до 100 тыс оборотов) либо электромагнитный, ему по барабану с какой скоростью вал вращается.
А вот магнитные подшипники в продаже http://www.bergab.ru/skfmagnetic.shtml

3. Карбон дороже стекловолокна в 10 раз, мы говорим о дешевом варианте для сборки в гараже:) Несколько тысяч долларов на 50-100кг карбона мало у кого найдется. А вот 500 баксов на стекло найдутся))
4. Усталость конечно можно учитывать, но электродвигатли как-то работают по 5-10 лет на одном валу, палят на них обмотки не правильной экспуатацией, переметывают дальше используют, его вал не исчерпывает свой усталостный ресурс за 10 лет (аккумуляторы год-два проживут и то под конец емкость будет уже не та)
5. Любой BLDC мотор является генератором. Сроднять ничего и ненужно, как только от схемы снимается внешний источник тока, то этот мотор начинает вырабатывать энергию при замкнутой цепи и тормозить маховик.

Динамическая устойчивость организуется этими самыми подшипниками, это их побочное свойство) Когда вал в силу вибраций начинает «ходить» подшипники начинают его в противоположном направлении тягать уравновешивая, так как в них индуктивные датчики расстояния стоят и любое отклонение автоматически уравновешивается электромагнитом на другой стороне. Гироподвес…а что простите в нем сложного? 2 рамки 4 втулки 4 подшипника. Ресурс..не меньше чем у электродвигателя, потому что работает на том же принципе, маховик вообще не изнашивается в вакууме. Есть ролик на ютубе где огромный двигатель (полметра в диаметре) раскручивают до 20 тыс оборотов в минуту, а на нем стоит монетка ребром и не падает, вот такие «вибрации» в саморегулирующемся магнитном подшипнике.

По поводу его безопасности то вы рассуждаете в категории твердотельных маховиков, когда разлетаются 3 куска с энергией в несколько килограмм тротилла, стекловолокно рассыпается в пыль, причем только верхний милиметровый слой который и превысит предел прочности, внутренний слой вращается на меньшем радиусе и может себе позвольть бОльшие частоты вращения, тоесть не разорвется весь маховик, он не цельный. Так что рискуем мы отрываением слоя в милиметр например с маленькой энергией, а тепловыделение определяется КПД, если КПД более 95% (а на что там потери идут? трения в подшипниках нет, трения о воздух нет, только на нагрев проводов генератора в силу ненулевого сопротивления тоесть 5% энергии перейдет в тепло, а количество тепла в час определяется снимаемой мощностью, если снимается 5квт в час, то отводить нужно 250 вт в час это ерундовое дело)

А тему почитаю, не видел ее раньше.

Цитата: den812 от 21 Апр. 2012 в 17:42
неуспел.. уже написали.. про гироэффект… 

Вы не прочли полностью сообщение, гироэффект в автомобиле наблюдается если маховик у него на раме закреплен, а закреплять его нужно как в гироскопе на вращающихся рамках, тоесть наклоняется автомобиль, а маховик сохраняет вертикальную ось вращения. Какие же тут проблемы. Так как ось вращения маховика вертикальна, то движению авто он не мешает, потому что маховик мешает только изменять угол плоскости вращения, но не ее положение. Откройте на википедии гироскоп, он подвешен на рамках, вот маховик так же должен «болтаться» в машине.

Ну вот же на видео школьники развлекаются. Смотрите начиная с 1 минуты 40 секунды, он руками по всякому вращает рамку, а маховик висит себе и никакого гироэффекта на рамке, тоесть автомобиль так же может по всем ямам наклоняться не мешая маховику крутиться. Какие проблемы так же в автомобиле подвесить маховик на рамках?
механический гироскоп