Volan energiyasini saqlash - Flywheel energy storage

NASA G2 volan

Volan energiyasini saqlash (FES) rotorni tezlashtirish orqali ishlaydi (volan ) juda yuqori tezlikka va tizimdagi energiyani saqlab turishga imkon beradi aylanish energiyasi. Tizimdan energiya olinadigan bo'lsa, volanning aylanish tezligi printsipi natijasida kamayadi energiyani tejash; tizimga energiya qo'shish mos ravishda volan tezligini oshirishga olib keladi.

Ko'pgina FES tizimlari volanni tezlashtirish va sekinlashtirish uchun elektr energiyasidan foydalanadi, lekin to'g'ridan-to'g'ri foydalanadigan qurilmalar mexanik energiya ishlab chiqilmoqda.^[1]

Ilg'or FES tizimlarida yuqori quvvatli uglerod-tolali kompozitlardan tayyorlangan rotorlar mavjud magnit rulmanlar va vakuumli idishda 20000 dan 50000 rpm dan yuqori tezlikda aylanish.^[2] Bunday volanlar bir necha daqiqada tezlashishi mumkin - bu boshqa ba'zi saqlash turlariga qaraganda ancha tezroq energiya hajmiga etadi.^[2]

Asosiy komponentlar

Oddiy volanning asosiy tarkibiy qismlari

Odatda tizim qo'llab-quvvatlanadigan volandan iborat rulmanli rulman a ga ulangan motor generatori. Volan va ba'zida motor generatori a-ga yozilgan bo'lishi mumkin vakuum kamerasi ishqalanishni kamaytirish va energiya yo'qotilishini kamaytirish uchun.

Birinchi avlod volanni energiya saqlash tizimlari katta hajmdan foydalanadi po'lat mexanik rulmanlarda aylanadigan volan. Yangi tizimlardan foydalanish uglerod tolasi kompozit rotorlar undan yuqori bo'lgan mustahkamlik chegarasi po'latdan ko'ra ko'proq energiya to'plashi mumkin massa.^[3]

Kamaytirish uchun ishqalanish, magnit rulmanlar ba'zan ularning o'rniga ishlatiladi mexanik rulmanlar.

Kelajakda supero'tkazuvchi rulmanlardan foydalanish mumkin

Sovutish xarajatlari magnit podshipniklarda foydalanish uchun past haroratli supero'tkazuvchilarni erta ishdan bo'shatilishiga olib keldi. Biroq, yuqori haroratli supero'tkazuvchi (HTSC) podshipniklari tejamkor bo'lishi mumkin va energiya tejash vaqtini uzaytirishi mumkin.^[4] Gibrid rulman tizimlari, ehtimol, ulardan foydalanishni birinchi bo'lib ko'rishlari mumkin. Yuqori haroratli Supero'tkazuvchilar podshipniklari tarixiy jihatdan kattaroq konstruktsiyalar uchun zarur bo'lgan ko'tarish kuchlarini ta'minlash bilan bog'liq muammolarga duch kelgan, ammo barqarorlashtiruvchi kuchni osonlikcha ta'minlashi mumkin. Shuning uchun, gibrid rulmanlarda doimiy magnitlar yukni qo'llab-quvvatlaydi va uni barqarorlashtirish uchun yuqori haroratli supero'tkazuvchilar ishlatiladi. Supero'tkazuvchilar yukni barqarorlashtirishda yaxshi ishlashi mumkinligi sababi, ular mukammaldir diamagnets. Agar rotor markazdan chetga chiqishga harakat qilsa, uni qaytaruvchi kuch oqimlarni biriktirish uni tiklaydi. Bu rulmaning magnit qattiqligi deb nomlanadi. Aylanadigan eksa tebranishi past qattiqlik va susayish tufayli sodir bo'lishi mumkin, bu supero'tkazuvchi magnitlarning o'ziga xos muammolari bo'lib, volanni ishlatish uchun to'liq supero'tkazuvchi magnit podshipniklardan foydalanishni oldini oladi.

Fly piningi barqarorlashtirish va ko'tarish kuchini ta'minlash uchun muhim omil bo'lganligi sababli, HTSC FES uchun boshqa maqsadlarga qaraganda ancha osonlashtirilishi mumkin. HTSC kukunlari o'zaro bog'liq shakllarda hosil bo'lishi mumkin, chunki oqim pimi kuchli bo'lsa. Supero'tkazuvchilar FES tizimining to'liq ko'tarish kuchini ta'minlashidan oldin engib chiqilishi kerak bo'lgan doimiy muammo, levitatsiya kuchining pasayishi va ish paytida rotorning asta-sekin tushishini to'xtatish yo'lini topadi. oqim oqimi Supero'tkazuvchilar material.

Jismoniy xususiyatlar

Umumiy

Elektr energiyasini saqlashning boshqa usullari bilan taqqoslaganda, FES tizimlari uzoq umr ko'rishadi (o'nlab yillar davomida parvarishlanmagan yoki umuman yo'q;^[2] volanlar uchun keltirilgan to'liq tsiklning ishlash muddati 10 dan ortiq⁵, 10 gacha⁷, foydalanish davrlari),^[5] yuqori o'ziga xos energiya (100-130 Vt · soat / kg yoki 360-500 kJ / kg),^[5][6] va katta maksimal quvvat chiqishi. The energiya samaradorligi (energiya uchun sarflanadigan energiya nisbati) uchib ketish samaradorligi deb ham ataladigan volanlarning darajasi 90% ga etishi mumkin. Odatda quvvat 3 ga tengkVt soat 133 kVt soatgacha.^[2] Tizimning tez quvvatlanishi 15 daqiqadan kam vaqt ichida sodir bo'ladi.^[7] Tez-tez volanlarda keltirilgan yuqori o'ziga xos energiya biroz chalg'itishi mumkin, chunki qurilgan tijorat tizimlari solishtirma energiyani ancha past, masalan, 11 Vt · soat / kg yoki 40 kJ / kg.^[8]

Energiyani saqlash shakli

Atalet momenti:	${ displaystyle J_ {m} = int _ {m} r ^ {2} , mathrm {d} m}$
Burchak tezligi:	${ displaystyle omega _ {m} = 2 pi cdot n_ {m}}$
Saqlangan aylanish energiyasi:	${ displaystyle W _ { text {kin}} = { frac {1} {2}} J_ {m} omega ^ {2}}$

Bu yerda ${ displaystyle m}$ volan massasining ajralmas qismidir va ${ displaystyle n_ {m}}$ bo'ladi aylanish tezligi (soniyadagi inqiloblar soni).

Maxsus energiya

Maksimal o'ziga xos energiya volan rotori asosan ikkita omilga bog'liq: birinchisi rotor geometriyasi, ikkinchisi ishlatilayotgan materialning xususiyatlari. Bir material uchun, izotrop rotorlar bu munosabatni quyidagicha ifodalash mumkin^[9]

${ displaystyle { frac {E} {m}} = K chap ({ frac { sigma} { rho}} o'ng),}$

qayerda

${ displaystyle E}$ bu rotorning kinetik energiyasi [J],

${ displaystyle m}$ rotorning massasi [kg],

${ displaystyle K}$ Rotorning geometrik shakllanish koeffitsienti [o'lchovsiz],

${ displaystyle sigma}$ materialning tortishish kuchi [Pa],

${ displaystyle rho}$ bu materialning zichligi [kg / m³].

Geometriya (shakl koeffitsienti)

Shakl faktori uchun mumkin bo'lgan eng yuqori qiymat^[10] volan rotori, ${ displaystyle K = 1}$, bunga faqat nazariy jihatdan erishish mumkin doimiy stressli disk geometriya.^[11] Doimiy qalinlikdagi disk geometriyasi shakl faktoriga ega ${ displaystyle K = 0.606}$, doimiy qalinlikdagi novda uchun qiymat ${ displaystyle K = 0.333}$. Yupqa silindrning shakl faktori mavjud ${ displaystyle K = 0.5}$. Milga ega bo'lgan volanlarning ko'pchiligi uchun shakl faktori quyida yoki taxminan ${ textstyle K = 0.333}$. Shaftsiz dizayn^[12] doimiy qalinlikdagi diskka o'xshash shakl faktoriga ega (${ textstyle K = 0.6}$), bu esa ikki baravar energiya zichligini ta'minlaydi.

Moddiy xususiyatlar

Energiyani saqlash uchun yuqori quvvatli va past zichlikka ega materiallar kerak. Shu sababli, kompozitsion materiallar tez-tez rivojlangan volanlarda ishlatiladi. The zichlik va zichlik nisbati material Wh / kg (yoki Nm / kg) bilan ifodalanishi mumkin; 400 Vt / kg dan yuqori qiymatlarga ma'lum kompozitsion materiallar yordamida erishish mumkin.

Rotor materiallari

Bir nechta zamonaviy volan rotorlari kompozit materiallardan tayyorlangan. Bunga Beacon Power Corporation kompaniyasining uglerod tolali kompozit volanini misol keltirish mumkin^[13] va PowerThru Phillips Service Industries kompaniyasidan volan.^[14] Shu bilan bir qatorda, Calnetix volan konstruktsiyasida aerokosmik darajadagi yuqori samarali po'latdan foydalanadi.^[15]

Ushbu rotorlar uchun moddiy xususiyatlar, geometriya va energiya zichligi o'rtasidagi bog'liqlikni o'rtacha tortish usuli yordamida ifodalash mumkin.^[16]

Uzatilish kuchi va ishdan chiqish rejimlari

Volan dizayni uchun asosiy chegaralardan biri bu rotorning tortishish kuchi. Umuman olganda, disk qanchalik kuchliroq bo'lsa, u shunchalik tezroq aylantirilishi mumkin va tizim shuncha ko'p energiya to'play oladi.

Kompozit volanning tashqi bog'lovchi qopqog'ining tortishish quvvati oshib ketganda, bog'lovchi qopqoq sinadi va g'ildirak parchalanadi, chunki tashqi g'ildirakning siqilishi butun aylana bo'ylab yo'qoladi va uning barcha saqlangan energiyasini bir vaqtning o'zida chiqaradi; bu odatda "volanning portlashi" deb nomlanadi, chunki g'ildirak bo'laklari o'q bilan taqqoslanadigan kinetik energiyaga erishishi mumkin. Qatlamlarga o'ralgan va yopishtirilgan kompozitsion materiallar tezda parchalanishga moyil bo'lib, avval bir-birlarini chulg'ab oladigan va sekinlashtiradigan kichik diametrli iplarga, so'ngra qizg'ish kukunga aylanadi; quyma metall volan katta tezlikli shrapnellarning katta qismlarini tashlaydi.

Uchun quyma metall volan, ishlamay qolish chegarasi - bu bog'lanish kuchi don chegaralari ning polikristal kalıplanmış metall. Ayniqsa alyuminiy aziyat chekmoqda charchoq va rivojlanishi mumkin mikrofraktsiyalar kam quvvatli takroriy cho'zishdan. Burchak kuchlari metall volanning qismlarini tashqi tomonga egilib, tashqi to'siq idishida siljiy boshlashiga yoki butunlay ajralib chiqib, ichki qismida tasodifiy sakrashga olib kelishi mumkin. Volanning qolgan qismi hozirda juda muvozanatsiz bo'lib, bu tebranishdan rulmaning tez ishlamay qolishiga va volanning katta segmentlarini to'satdan zarba bilan sinishiga olib kelishi mumkin.

An'anaviy volan tizimlari xavfsizlik choralari sifatida kuchli saqlovchi kemalarni talab qiladi, bu esa qurilmaning umumiy massasini ko'paytiradi. Nosozlikdan energiya chiqishi jelatinli yoki kapsulali suyuq ichki korpus qoplamasi bilan namlanishi mumkin, bu esa vayronagarchilik energiyasini qaynatadi va yutadi. Shunga qaramay, katta miqdordagi volan energiyasini saqlash tizimlarining ko'plab mijozlari ularni saqlash joyidan chiqib ketishi mumkin bo'lgan har qanday materialni to'xtatish uchun ularni erga singdirishni afzal ko'rishadi.

Energiyani saqlash samaradorligi

Mexanik podshipniklardan foydalangan holda volan energiyasini saqlash tizimlari ikki soat ichida 20% dan 50% gacha energiyani yo'qotishi mumkin.^[17] Energiyani yo'qotish uchun mas'ul bo'lgan ishqalanishning aksariyati volanning erning aylanishi tufayli yo'nalishini o'zgartirishi natijasida yuzaga keladi (bu ta'sir Fuko mayatnik ). Yo'nalishning bu o'zgarishiga volanning burchakli impulsi ta'sir qiladigan giroskopik kuchlar qarshilik ko'rsatadi va shu bilan mexanik rulmanlarga qarshi kuch sarflaydi. Ushbu kuch ishqalanishni kuchaytiradi. Volanning aylanish o'qini erning aylanish o'qiga parallel ravishda tekislash orqali bunga yo'l qo'ymaslik mumkin.^{[iqtibos kerak ]}

Aksincha, volan bilan magnit rulmanlar va yuqori vakuum 97% ni saqlab turishi mumkin mexanik samaradorlik va 85% atrofida sayohat samaradorligi.^[18]

Avtotransport vositalarida burchak momentumining ta'siri

Avtotransport vositalaridan foydalanilganda, volan ham rol o'ynaydi giroskoplar, ulardan beri burchak momentum odatda harakatlanadigan transport vositasiga ta'sir etuvchi kuchlar kabi kattalik darajasiga o'xshashdir. Ushbu xususiyat burilish paytida yoki qo'pol erni haydashda transport vositasining ishlash xususiyatlariga zarar etkazishi mumkin; Nishab qirg'og'i tomon haydash g'ildiraklarning erdan qisman ko'tarilishiga olib kelishi mumkin, chunki volan yonboshlab burilish kuchlariga qarshi turadi. Boshqa tomondan, ushbu xususiyat avtomobilni keskin burilish paytida ag'darilmasligi uchun uni muvozanatni saqlash uchun ishlatilishi mumkin.^[19]

Volan energiya tejash uchun emas, balki transport vositasining ta'siriga ta'sir qilish uchun to'liq ishlatilganda, u reaksiya g'ildiragi yoki a nazorat momenti gyroskopi.

Volanni mos ravishda qo'llaniladigan to'plamga o'rnatib, burchakka burilishning qarshiligini deyarli butunlay yo'q qilish mumkin gimbals, volanning transport vositasiga ta'sir qilmasdan asl yo'nalishini saqlab qolish imkoniyatini beradi Xususiyatlari gyroskop ). Bu asoratlarni oldini olmaydi gimbal qulf va shuning uchun gimballar soni va burchak erkinligi o'rtasida kelishuv zarur.

Volanning markaziy o'qi bitta gimbal rolini o'ynaydi va agar vertikal ravishda tekislangan bo'lsa, gorizontal tekislikda 360 daraja yawlashga imkon beradi. Biroq, masalan, tepalikka haydash uchun ikkinchi pog'ona gimbal kerak bo'ladi va nishab qirg'og'ida haydash uchun uchinchi gimbal rulo kerak.

To'liq harakatlanadigan gimballar

Volanning o'zi tekis halqa shaklida bo'lishi mumkin bo'lsa-da, transport vositasi ichida erkin harakatlanadigan gimbalaj o'rnatilishi volan ichida erkin aylanishi uchun sharsimon hajmni talab qiladi. O'ziga qoldirgan transport vositasida aylanayotgan volan Yerning aylanishidan keyin asta sekinlik bilan harakat qiladi va Yerning egri sharsimon yuzasi bo'ylab uzoq masofalarga harakatlanadigan transport vositalarida hali ham to'xtab qoladi.

To'liq harakatlanuvchi gimbalda volanga qanday qilib va ​​qanday qilib tashqariga chiqish mumkinligi haqida qo'shimcha muammolar mavjud, chunki volan har kuni bir marta to'liq aylanib ketishi mumkin, chunki Yer aylanmoqda. To'liq bepul aylanish talab etiladi toymasin halqalar quvvat o'tkazgichlari uchun har bir gimbal o'qi atrofida, dizaynning murakkabligini yanada oshiradi.

Cheklangan gimballar

Kosmosdan foydalanishni kamaytirish uchun gimbal tizim cheklangan harakatga ega bo'lishi mumkin, amortizatorlar yordamida to'satdan tez harakatlanishni ma'lum darajadagi tekislikdan tashqari burchakka aylantiradi va keyin volanni transport vositasini qabul qilishga majbur qiladi. joriy yo'nalish. Bu halqa shaklidagi volan atrofidagi gimbal harakat maydonini to'liq shardan qisqartirilgan silindrga qadar qisqartiradi, masalan volan atrofida barcha yo'nalishlarda ± 30 daraja balandlik va ± 30 daraja burama.

Burchak momentumini muvozanatlash

Muammoning muqobil echimi - qarama-qarshi yo'nalishda sinxron ravishda aylanadigan ikkita birlashtirilgan volanlarning bo'lishi. Ular nolning umumiy burchak momentumiga ega bo'lar edi va giroskopik ta'sir ko'rsatmaydi. Ushbu echim bilan bog'liq muammo shundaki, har bir volanning impulsi orasidagi farq noldan boshqa narsa bo'lganda, ikkita volanning korpusi momentni namoyon qiladi. Burchak tezligini nol darajasida ushlab turish uchun ikkala g'ildirak ham bir xil tezlikda saqlanishi kerak. To'liq aytganda, ikkita volan juda katta kuch sarflaydi burilish markaziy nuqtada bir lahza, o'qni egishga harakat qilmoqda. Ammo, agar o'q etarli darajada kuchli bo'lsa, hech qanday giroskopik kuchlar muhrlangan idishga aniq ta'sir ko'rsatmaydi, shuning uchun hech qanday moment sezilmaydi.

Kuchlarni yanada muvozanatlash va zo'riqishni yoyish uchun bitta katta volanni har ikki tomonning ikkita yarim o'lchovli volanlari bilan muvozanatlashi yoki volanlarning o'lchamlari bir-biriga qarama-qarshi yo'nalishda aylanuvchi bir-birining o'rnini bosadigan qatlamlari bo'lishi mumkin. Biroq, bu korpus va rulmanning murakkabligini oshiradi.

Ilovalar

Transport

Avtomobil

1950-yillarda volan yordamida harakatlanadigan avtobuslar girobuslar, ishlatilgan Yverdon (Shveytsariya ) va Gent (Belgiya ) va volan tizimlarini kichikroq, engilroq, arzonroq va ko'proq quvvatga ega qilish bo'yicha izlanishlar olib borilmoqda. Volan tizimlari elektrotexnika vositalari kabi mobil ilovalar uchun odatdagi kimyoviy batareyalarni almashtirishi mumkin degan umiddamiz. Taklif etilayotgan volan tizimlari batareyaning quvvat tizimlarining kam quvvatini, zaryadning uzoq vaqtini, og'irligini va foydalanishga yaroqsiz umrining ko'pgina kamchiliklarini bartaraf etadi. Tajribada volanlardan foydalanilgan bo'lishi mumkin Chrysler Patriot, bu bahsli bo'lsa-da.^[20]

Shuningdek, volanlardan foydalanish taklif qilingan uzluksiz o'zgaruvchan uzatmalar. Hozirda Punch Powertrain bunday qurilmada ishlamoqda.^[21]

1990 yillar davomida, Rozen Motors ishlab chiqilgan gaz turbinasi quvvatlanadi seriyali gibrid kichik gaz turbinasi dvigateli ta'minlay olmagan tezlashuv portlashlarini ta'minlash uchun 55000 rpm tezlikli volan yordamida avtoulovning elektr quvvati. Volan, shuningdek, energiyani saqlagan regenerativ tormozlash. Volan a dan tashkil topgan titanium bilan markaz uglerod tolasi silindr va edi gimbal - transport vositalarini boshqarishdagi salbiy giroskopik ta'sirlarni minimallashtirish uchun o'rnatildi. Prototip avtomobil 1997 yilda muvaffaqiyatli sinovdan o'tkazildi, ammo hech qachon ommaviy ishlab chiqarilmadi.^[22]

2013 yilda, Volvo S60 sedanining orqa o'qiga o'rnatilgan volan tizimini e'lon qildi. Tormoz harakati volanni 60000 rpm ga qadar aylantiradi va oldinga o'rnatilgan dvigatelni to'xtatadi. Volan energiyasi transport vositasini qisman yoki to'liq quvvatlantirish uchun maxsus transmissiya orqali qo'llaniladi. 20 santimetr (7,9 dyuym), 6 kilogramm (13 funt) uglerod tolasi ishqalanishni yo'q qilish uchun volan vakuumda aylanadi. To'rt silindrli dvigatel bilan hamkorlik qilganda, u yoqilg'i sarfini 25 foizga kamaytiradi va olti silindrli turbo bilan taqqoslaganda 80 ot kuchiga (60 kVt) kuch beradi va soatiga 100 kilometrga (62 milya) erishishga imkon beradi. ) 5,5 soniyada. Kompaniya ushbu texnologiyani mahsulot qatoriga kiritish bo'yicha aniq rejalarni e'lon qilmadi.^[23]

2014 yil iyul oyida GKN sotib olingan Uilyams Hybrid Power (WHP) bo'linmasi va 500 ta etkazib berishni rejalashtirmoqda uglerod tolasi Gyrrodrive keyingi ikki yil ichida shahar avtobuslari operatorlariga elektr volan tizimlari^[24] Dastlabki ishlab chiquvchi nomi shuni anglatadiki, ular dastlab mo'ljallangan edi Formula-1 avtoulov poygalari ilovalar. 2014 yil sentyabr oyida, Oksford avtobus kompaniyasi 14 ni kiritayotganini e'lon qildi Gyrodrive gibrid avtobuslar Aleksandr Dennis uning Brooks Bus ishida.^[25][26]

Temir yo'l transporti vositalari

Volan tizimlari eksperimental tarzda kichik hajmda ishlatilgan elektrovozlar manevr uchun yoki almashtirish, masalan. The Sentinel-Oerlikon Gyro Lokomotiv. Kattaroq elektrovozlar, masalan. British Rail Class 70, ba'zida ularni bo'shliqlarni ko'tarish uchun volan kuchaytirgichlari o'rnatilgan uchinchi temir yo'l. 133 kVt / soat to'plami kabi rivojlangan volanlar Ostindagi Texas universiteti, turishdan boshlanib, kruiz tezligiga qadar poyezdda borishi mumkin.^[2]

The Parry People Mover a vagon u volan yordamida ishlaydi. Yakshanba kunlari 12 oy davomida sinovdan o'tkazildi Stourbridge shahar filiali liniyasi ichida G'arbiy Midlend, Angliya 2006 va 2007 yillar davomida va poezd operatori tomonidan to'liq xizmat sifatida taqdim etilishi ko'zda tutilgan edi London Midlend 2008 yil dekabrida bir marta ikkita birlik buyurtma qilingan edi. 2010 yil yanvar oyida ikkala blok ham ishlaydi.^[27]

Temir yo'llarni elektrlashtirish

Elektrlashtirilgan temir yo'llarning chekkasida FES ishlatilishi mumkin, bu esa voltajni tartibga solishda yordam beradi, shu bilan modifikatsiyalanmagan elektr poezdlarining tezlashishini va shu vaqt ichida chiziqqa qaytarilgan energiya miqdorini yaxshilaydi. regenerativ tormozlash, shuning uchun energiya to'lovlarini pasaytirish.^[28] Sinovlar London, Nyu-York, Lion va Tokioda bo'lib o'tdi,^[29] va Nyu-York MTA "s Long Island temir yo'l yo'li endi LIRR-dagi pilot loyihaga 5,2 million dollar sarmoya yotqizmoqda G'arbiy Xempstid filiali chiziq.^[30]Ushbu sinovlar va tizimlar kinetik energiyani doimiy magnit hosil qiluvchi neodimiyum temir-bor kukuni bilan o'ralgan uglerodli shisha kompozit silindrdan iborat rotorlarda saqlaydi. Bular 37800rev / min gacha aylanadi va har 100 kVt quvvat 11 MJ qayta ishlatilishi mumkin bo'lgan energiyani to'play oladi.^[29]

Uzluksiz quvvat manbalari

2001 yilda ishlab chiqarilayotgan volan quvvatini saqlash tizimlari^[yangilash] batareyalar bilan taqqoslanadigan saqlash qobiliyatiga va tezroq tushirish tezligiga ega. Ular asosan katta akkumulyator tizimlari uchun yukni tekislashni ta'minlash uchun ishlatiladi, masalan uzluksiz quvvat manbai ma'lumotlar markazlari uchun, chunki ular batareyalar tizimlariga nisbatan ancha bo'sh joyni tejashadi.^[31]

Volanga texnik xizmat ko'rsatish odatda an'anaviy UPS tizimidagi batareyalar narxining taxminan yarmiga to'g'ri keladi. Faqatgina parvarishlash - bu har yili profilaktika ishlarining muntazam tartibi va har besh yildan o'n yilgacha podshipniklarni almashtirish, bu taxminan to'rt soat davom etadi.^[7] Yangi volan tizimlari parvarish qilinmasdan foydalanib, yigiruv massasini to'liq ko'taradi magnit rulmanlar Shunday qilib, rulmanlarni mexanik parvarishlash va nosozliklarni bartaraf etish.^[7]

To'liq o'rnatilgan volan UPS (elektr ta'minotini o'z ichiga olgan holda) narxi (2009 yilda) boshiga taxminan 330 dollarni tashkil etadi kilovatt (15 soniya davomida to'liq yuk hajmi).^[32]

Sinov laboratoriyalari

Volan quvvat tizimlari uchun uzoq vaqtdan beri ishlab kelinayotgan bozor bu erda imkoniyatlardir elektron to'xtatuvchidir va shunga o'xshash qurilmalar sinovdan o'tkaziladi: hatto kichik uy o'chirish to'xtatuvchisi ham oqimni to'xtatishi mumkin 10000 yoki undan ko'p amper va undan kattaroq birliklar bo'lishi mumkin xalaqit beradigan reytinglar ning 100000 yoki 1000000 amperlar. Bunday qurilmalarni simulyatsiya qilingan qisqa tutashuvlarni to'xtatish qobiliyatini namoyish etishga qasddan majburlash natijasida hosil bo'lgan ulkan vaqtinchalik yuklar, agar ushbu sinovlar to'g'ridan-to'g'ri qurilish quvvatidan amalga oshirilsa, mahalliy tarmoqqa qabul qilinishi mumkin bo'lmagan ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Odatda bunday laboratoriyada bir necha daqiqa davomida tezlikda aylanadigan bir nechta yirik motor generatorlari to'plamlari bo'ladi; keyin elektron to'xtatuvchini sinab ko'rishdan oldin vosita o'chiriladi.

Fizika laboratoriyalari

Tokamak termoyadroviy tajribalar qisqa vaqt oralig'ida (asosan, bir necha soniya davomida katta elektromagnitlarni quvvatlantirish uchun) juda yuqori oqimlarga muhtoj.

• JET (the Qo'shma Evropa Torusi ) 225 rpmgacha aylanadigan 775 tonna ikkita volanga ega (1981 yilda o'rnatilgan).^[33] Har bir volan 3,75 GJ ni saqlaydi va 400 MVt ga qadar quvvat etkazishi mumkin.^[34]
• The Helic simmetrik tajriba da Viskonsin-Medison universiteti 18 ta bir tonnalik volanga ega bo'lib, ular qayta yo'naltirilgan elektr poyezd motorlari yordamida 10000 rpm ga aylantiriladi.
• ASDEX uchta volan generatoriga ega.
• DIII-D (tokamak) da Umumiy atom
• The Princeton Katta Torus (PLT) da Princeton plazma fizikasi laboratoriyasi

Shuningdek, tokamak bo'lmaganlar: Nimrod sinxrotroni da Ruterford Appleton laboratoriyasi ikkita 30 tonna volan bor edi.

Samolyotlarni uchirish tizimlari

The Jerald R. Ford- sinf samolyot tashuvchisi kemaning elektr ta'minotidan energiya to'plash uchun volanlardan foydalanib, tezda bo'shatish uchun elektromagnit samolyotlarni uchirish tizimi. Kema energiya tizimi o'z-o'zidan samolyotlarni uchirish uchun zarur bo'lgan yuqori quvvatli vaqtinchalik vositalarni ta'minlay olmaydi. To'rt rotorning har biri 121 MJ (34 kVt soat) ni 6400 rpm tezlikda saqlaydi. Ular 122 MJ (34 kVt soat) ni 45 sekundda saqlashlari va uni 2-3 soniya ichida bo'shatishlari mumkin.^[35] Volanning energiya zichligi 28 kJ / kg (8 Vt · soat / kg); statorlar va korpuslarni o'z ichiga olgan holda, bu moment doirasini hisobga olmaganda, 18,1 kJ / kg (5 Vt · soat / kg) ga tushadi.^[35]

NASA G2 kosmik kemalari energiyasini saqlash uchun volan

Bu tomonidan moliyalashtirilgan dizayn edi NASA Glenn tadqiqot markazi va laboratoriya sharoitida komponentlarni sinash uchun mo'ljallangan. Unda magnit podshipniklarga o'rnatilgan 60000 rpm / min tezlikda aylanish uchun mo'ljallangan titanli uyadan iborat uglerod tolasi chekkasi ishlatilgan. Og'irligi 250 funt bilan cheklangan edi. Saqlash 525 Vt-soat (1.89 MJ) ni tashkil etdi va uni 1 kVt quvvatga olish yoki zaryadlash mumkin edi.^[36] Sahifaning yuqori qismidagi fotosuratda ko'rsatilgan ishchi model 2004 yil 2 sentyabrda 41000 rpm tezlikda ishlagan.^[37]

O'yin-kulgi attraktsionlari

The Montezoomaning qasos rollari da Knottning Berri fermasi dunyodagi birinchi volan yordamida ishga tushirilgan roller qirg'og'i va bu AQShda hanuzgacha faoliyat yuritayotgan so'nggi tur. Safarda 7,6 tonna volan yordamida poezdni soatiga 55 mil tezlikda (89 km / soat) 4,5 soniyada tezlashtirdi.

The Incredible Hulk roller coaster da Universalning Sarguzasht orollari odatdagi tortishish kuchi pasayishidan farqli o'laroq, tezlashib borayotgan tepalikka uchirish xususiyatiga ega. Bunga kuchli orqali erishiladi tortish dvigatellari mashinani yo'lga tashlaydiganlar. To'liq qirg'oq poyezdini yuqori tezlikka ko'tarish uchun zarur bo'lgan qisqa vaqt ichida juda yuqori oqimga erishish uchun park katta volanlarga ega bo'lgan bir nechta motor generatorlarini ishlatadi. Ushbu saqlanadigan energiya bloklarisiz, park yangi podstansiyaga mablag 'kiritishi yoki xavf tug'dirishi kerak edi jigarrang Har safar safar boshlanganda mahalliy energiya tarmog'i.

Pulse kuchi

Flywheel Energy Storage Systems (FESS) tarmoqqa ulangan energiya boshqaruvidan uzluksiz quvvat manbalariga qadar turli xil dasturlarda uchraydi. Texnologiyalar rivojlanib borayotganligi sababli, FESS dasturida tezkor yangilanishlar mavjud. Masalan, tizim bir necha soniya va hatto millisekundalar tartibida qisqa vaqt ichida juda yuqori quvvat talab qiladigan yuqori quvvatli qurollar, samolyot quvvat agregatlari va kema quvvat tizimlarini o'z ichiga oladi. Kompensatsiyalangan impulsli alternator (kompulsator) eng mashhur tanlovlardan biri hisoblanadi odatda FESS uchun mo'ljallangan yuqori energiya zichligi va quvvat zichligi tufayli termoyadroviy reaktorlar, yuqori quvvatli impulsli lazerlar va gipervelokatsion elektromagnit uchirish moslamalari uchun impulsli quvvat manbalari.^[38] Kompulatorlar (past indüktanslı alternatorlar) kondansatörler kabi ishlaydi, ularni temir qurollar va lazerlar uchun impulsli quvvat bilan ta'minlash uchun aylantirish mumkin. Alohida volan va generatorga ega bo'lish o'rniga, faqat alternatorning katta rotori energiya to'playdi. Shuningdek qarang Gomopolyar generator.^[39]

Avtomobil sporti

Formula-1da foydalanish uchun qurilgan Flybrid Systems kinetik energiyani tiklash tizimi

A dan foydalanish uzluksiz o'zgaruvchan uzatish (CVT), tormozlash paytida haydovchi poezddan energiya olinadi va volanda saqlanadi. Ushbu saqlangan energiya tezlashtirish vaqtida CVT nisbatini o'zgartirib ishlatiladi.^[40] Avtotransport vositalarida ushbu energiya karbonat angidrid chiqindilarini kamaytirish o'rniga tezlashtirishni yaxshilash uchun ishlatiladi - garchi xuddi shu texnologiya yo'l avtomashinalarida ham yaxshilanishi mumkin yoqilg'i samaradorligi.^[41]

Automobile Club de l'Ouest, yillik ortidagi tashkilotchi 24 soatlik Le-Man voqea va Le Mans seriyasi, hozirda "uchun maxsus qoidalarni o'rganmoqda LMP1 kinetik energiyani tiklash tizimi bilan jihozlangan bo'ladi. "^[42]

Williams F1 Racing jamoasining sho'ba korxonasi Uilyams Hybrid Power,^[43] Porsche va Audi-ni Porsche-ning 911 GT3 R gibridiga volan asosidagi gibrid tizim bilan ta'minladilar.^[44] va Audi-ning R18 e-Tron Quattro.^[45] Audi-ning 2012 yildagi g'alabasi "24 soatlik Le Mans" gibrid (dizel-elektr) avtomobil uchun birinchi hisoblanadi.^[46]

Tarmoq energiyasini saqlash

Ba'zan volanlardan qisqa muddatli foydalaniladi yigiruv zaxirasi bir lahzali panjara uchun chastotani tartibga solish va ta'minot va iste'mol o'rtasidagi to'satdan o'zgarishlarni muvozanatlash. Tabiiy gaz turbinalari kabi an'anaviy energiya manbalari o'rniga volanlardan foydalanishning afzalliklari orasida uglerod chiqindilarining yo'qligi, tezroq javob berish vaqtlari va eng yuqori soatlarda quvvat sotib olish imkoniyati mavjud.^[47] Amaliyot bir xil dasturdagi batareyalarga juda o'xshash, ularning farqlari birinchi navbatda iqtisodiy.

Beacon Power 5 MVt soat (20 MVt 15 daqiqadan ko'proq) ochdi^[18] volan energiyasini saqlash zavodi Stiventaun, Nyu-York 2011 yilda^[48] 200 ta volan yordamida^[49] va shunga o'xshash 20 MVt quvvatga ega tizim Hazle Township, Pensilvaniya 2014 yilda.^[50]

2 MVt (15 daqiqa davomida)^[51] Mintodagi volanlarni saqlash vositasi, Ontario, Kanada 2014 yilda ochilgan.^[52] Volan tizimi (tomonidan ishlab chiqilgan NRStor ) magnit podshipniklarda 10 ta aylanuvchi po'lat volanlardan foydalaniladi.^[52]

Amber Kinetics, Inc. bilan kelishuvga ega Tinch okeanidagi gaz va elektr energiyasi (PG&E) 20 MVt / 80 MVt soatlik volanni energiya saqlash ombori uchun, Fresno, Kaliforniya shahrida joylashgan, to'rt soatlik zaryadsizlantirish muddati.^[53]

Shamol turbinalari

Flywheels shamol turbinalari tomonidan ishlab chiqarilgan energiyani avjiga chiqmagan davrda yoki yuqori shamol tezligida saqlash uchun ishlatilishi mumkin.

Beacon Power shamol energetikasida o'zlarining Smart Energy 25 (Gen 4) volan energiyasini saqlash tizimini sinovdan o'tkazishni boshladi Tehachapi, Kaliforniya. Ushbu tizim Kaliforniya Energetika Komissiyasi tomonidan amalga oshirilayotgan shamol energetikasi / volanni namoyish qilish loyihasining bir qismidir.^[54]

O'yinchoqlar

Ishqalanish motorlari ko'pchilikni ishlatish uchun ishlatilgan o'yinchoq mashinalar, yuk mashinalari, poezdlar, eksklyuziv o'yinchoqlar va shunga o'xshash oddiy volan dvigatellari.

Harakat tugmachalarini almashtirish / yoqish

Sanoatda, harakat tugmachalarini almashtirish hali ham mashhur. Odatdagi tartib juda kuchli narsani o'z ichiga oladi krank mili va pressni harakatga keltiradigan og'ir bog'lovchi novda. Katta va og'ir volanlarni elektr dvigatellari boshqaradi, lekin volanlar faqat debriyaj yoqilganda krank milini aylantiradi.

Elektr batareyalari bilan taqqoslash

Flyuchkalar harorat o'zgarishiga unchalik ta'sir ko'rsatmaydi, haroratning ancha kengroq diapazonida ishlay oladi va kimyoviy moddalarning ko'p uchraydigan nosozliklariga duch kelmaydi. qayta zaryadlanuvchi batareyalar.^[55] Bundan tashqari, ular asosan atrof-muhitga kamroq zarar etkazishi mumkin inert yoki zararsiz materiallar. Volanlarning yana bir afzalligi shundan iboratki, aylanish tezligini oddiy o'lchash orqali zaxiralangan energiyaning aniq miqdorini bilish mumkin.

Ko'pgina batareyalardan farqli o'laroq, faqat cheklangan muddat ishlaydi (masalan, taxminan 36 oy) lityum ionli polimer batareyalar ), volan potentsial ravishda ishlash muddatiga ega. Bir qismi sifatida qurilgan volanlar Jeyms Vatt bug 'dvigatellari ikki yuz yildan ortiq vaqt davomida doimiy ravishda ishlamoqda.^[56] Asosan frezalash va kulolchilik buyumlarida ishlatiladigan qadimgi volanlarning ishchi namunalarini Afrika, Osiyo va Evropaning ko'plab joylarida topish mumkin.^[57][58]

Zamonaviy volanlarning aksariyati odatda muhrlangan qurilmalar bo'lib, ularning ishlash muddati davomida minimal texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi. Yuqorida tasvirlangan NASA modeli singari vakuumli korpuslardagi magnit podshipnikli volanlar hech qanday texnik xizmat ko'rsatishga muhtoj emas va shuning uchun ham umr ko'rish muddati, ham energiya yig'ish hajmi jihatidan batareyalardan ustundir.^{[iqtibos kerak ]} Mexanik rulmanli volan tizimlari eskirish tufayli umrini cheklaydi.

Batareyalarning jismoniy joylashuvi turli xil konfiguratsiyalarga mos ravishda ishlab chiqilishi mumkin, lekin volan minimal darajada belgilangan kvadrat yuzani va hajmni egallashi kerak.^{[nega? ]} Agar o'lchamlar energiya saqlash texnologiyasini qo'llash uchun cheklov bo'lsa (masalan, tunnelda poezd shassisi ostida), volan hayotiy echim bo'lmasligi mumkin.^{[iqtibos kerak ]}

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

Qo'shimcha o'qish

• Beacon Power DOE grantlari uchun 20 MVt quvvatga ega ikkita ikkita 20 santimetr energiya yig'ish inshootining 50 foizigacha mablag 'ajratishga sarflanadi, 2009 yil 1 sentyabr [1]^{[doimiy o'lik havola ]}
• Sheahen, T., P. (1994). Yuqori haroratli supero'tkazuvchanlikka kirish. Nyu-York: Plenum matbuoti. pp.76 –78, 425–431. ISBN  978-0-306-44793-8.
• El-Vakil, M., M. (1984). Powerplant texnologiyasi. McGraw-Hill. pp.685 –689.
• Koshizuka, N .; Ishikava, F.; Nasu, X.; Murakami, M .; va boshq. (2003). "Volan energiyasini saqlash tizimlari uchun supero'tkazuvchi podshipnik texnologiyalarining rivojlanishi". Physica C. 386 (386): 444–450. Bibcode:2003PhyC..386..444K. doi:10.1016 / S0921-4534 (02) 02206-2.
• Volskiy, A., M. (2002). "HTSni o'z ichiga olgan volan va SMESning holati va istiqbollari". Physica C. 372 (372–376): 1495–1499. Bibcode:2002 yil ... HyC..372.1495W. doi:10.1016 / S0921-4534 (02) 01057-2.
• Sung, T. H.; Xan, S. C .; Xan, Y. X .; Li, J. S .; va boshq. (2002). "Yuqori voltsiyali supero'tkazuvchi podshipniklardan foydalangan holda volan energiyasini saqlash tizimlarini loyihalash va tahlillari". Kriyogenika. 42 (6–7): 357–362. Bibcode:2002 yil Kryo ... 42..357S. doi:10.1016 / S0011-2275 (02) 00057-7.
• Axil, Abbos; Svaminatan, Shiva; Sen, Rajat K. (2007 yil fevral). "Elektr energiyasini saqlash tizimlarining iqtisodiy tahlillari" (PDF). Sandia milliy laboratoriyalari. Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2007-06-21.
• Larbalestier, Devid; Blaugher, Richard D.; Shval, Robert E.; Sokolovski, Robert S.; va boshq. (1997 yil sentyabr). "Flywheels". Yaponiya va Germaniyada Supero'tkazuvchilar quvvatining kuchli qo'llanilishi. Jahon texnologiyalarini baholash markazi.
• "Eski g'oyaga yangi qarash: elektromexanik akkumulyator" (PDF). Ilmiy va texnologik tadqiqotlar: 12-19. Aprel 1996. Arxivlangan asl nusxasi (PDF) 2008-04-05 da. Olingan 2006-07-21.
• Janse van Rensburg, PJ (dekabr 2011). "Kompozit volan rotorlarida energiyani saqlash". Stellenbosch universiteti, Janubiy Afrika. hdl:10019.1/17864. Iqtibos jurnali talab qiladi | jurnal = (Yordam bering)
• Devitt, Drew (2010 yil mart). "Volan energiyasini saqlash uchun ish yaratish". Qayta tiklanadigan energiya jurnali Shimoliy Amerika.

Tashqi havolalar

• Boeing Flywheel energiya saqlash texnologiyasi
• Federal texnologiya to'g'risida ogohlantirish, volanni energiyani saqlash
• Yashil energiyani saqlash tizimi uchun magnitlangan oq qog'oz - GESS
• Volan energiyasini saqlash natijasida hosil bo'lgan gyro kuchlari bo'yicha magnetal tahlil