Jump to content

User:ArmanArakelyanEdv/sandbox

From Wikipedia, the free encyclopedia
One of the first superflywheels and its inventor Nurbei Gulia

Superflywheel is a type of flywheel used in modern Flywheel Energy Storage Systems to store energy. Compared to conventional flywheels, superflywheels are able to store more energy and are safer to operate[1].

A modern superflywheel consist of a solid core (hub) and multiple thin layers of high-strength flexible materials, such as special steels, carbon fiber composites, glass fibers, or graphene, wound around it. This design provides higher energy density and operational safety. In case of failure superflywheel does not explode or burst into large shards, like a regular flywheel, but rather splits into layers. The separated layers then slow a superflywheel down by sliding against the inner walls of the enclosure, thus preventing any further destruction. Although exact value of energy density of a superflywheel would depend on the material used, it could be as high as 1200 Wh (4.4 MJ) per kg of mass for graphene superflywheels.


В составе Маховичного Накопителя Кинетической Энергии супермаховик работает в паре с мотором-генератором. При подключении в сеть мотор-генератор раскручивает супермаховик, а при подключении нагрузки — тормозит. КПД этого преобразования достигает 98 %. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.


Flywheels were used as early as Neolithic period in tools like Potter's wheel[2]. In the 20th century a number of design changes have significantly extended the energy capacity of the flywheels. This made it possible for flywheels to be used in the energy storage applications. For example, in the 1950s energy storage systems with flywheels enclosed in vacuum chambers were tested as energy sources for gyrobuses[3]. However, it was in 1964 when societ-russian scientist

В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволивших запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности, испытывались. В 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на первую конструкцию супермаховика[4][5].

Advantages and disadvantages of the superflywheel[edit]

Супермаховик сочетает в себе долговечность, безопасность[6] при разрушении, высокий КПД и умеренную цену. Недостатком супермаховиков является гироскопический эффект, обусловленный большим моментом импульса вращающегося маховика и препятствующий изменению направления оси вращения маховика. Для исключения этого нежелательного эффекта при применении маховиков в качестве накопителей энергии на транспортных средствах можно применить подвеску маховика в кардановом подвесе, но это существенно усложняет конструкцию.

Дополнительным недостатком супермаховика является отсутствие отработанной простой трансмиссии, позволяющей использовать его на транспорте. В настоящий момент проводятся эксперименты по передаче энергии вращения супермаховика на колёса транспортного средства посредством супервариатора. Перспективным также является использование вакуумированного супермаховика на магнитном подвесе в качестве источника электроэнергии.

Practical applications[edit]

Изначально Н. В. Гулиа в планировал применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

В настоящий момент накопители энергии на базе супермаховиков успешно применяются в других областях. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны в зависимости от модели запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч и выдавать мощность в 2 и 200 кВт соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года[7]. Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока. Однако намотанные из углеволокна супермаховики оказались крайне ненадежны, они внезапно разрывались со "взрывным эффектом" большой мощности даже на рабочей частоте.

Под научным руководством Н. В. Гулиа компания KEST[8] создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховиков из высокопрочной стальной ленты. Один такой накопитель способен запасать энергию до 20 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 1000 кВт. В условиях российского рынка кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то, что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остаётся одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идёт о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключённый к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. "Спасённая" таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 % и более[9].

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания объектов высших уровней ответственности. Свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

See also[edit]

References[edit]

  1. ^ Genta, G. (2014-04-24). Kinetic Energy Storage: Theory and Practice of Advanced Flywheel Systems. Butterworth-Heinemann. ISBN 978-1-4831-0159-0.
  2. ^ Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224—233 (233).
  3. ^ Alternative Energy Storage Methods including supercapacitors, flywheel batteries, compressed air storage, springs, pumped storage, nuclear batteries and superconducting magnet…
  4. ^ Larochelle, Pierre; McCarthy, J. Michael (2020-04-20). Proceedings of the 2020 USCToMM Symposium on Mechanical Systems and Robotics. Springer Nature. ISBN 978-3-030-43929-3.
  5. ^ [1], "Маховик", issued 1964-05-15 
  6. ^ Гулиа Н. В. (1980). Накопители энергии. М.: Наука.
  7. ^ Beacon Breaks Ground on 20-MW Flywheel Storage Plant.
  8. ^ "KEST Kinetic Energy Storage". KEST Energy. Retrieved 2020-07-25.{{cite web}}: CS1 maint: url-status (link)
  9. ^ "Energy Saving Solutions for Transport | Kinetic Power". Kinetic. Retrieved 2020-07-25.

Further reading[edit]

External links[edit]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=User:ArmanArakelyanEdv/sandbox&oldid=1015072360"