Svinghjul energilagring - Flywheel energy storage

Svinghjulsenergilagring ( FES ) fungerer ved at accelerere en rotor ( svinghjul ) til en meget høj hastighed og opretholde energien i systemet som rotationsenergi . Når der udvindes energi fra systemet, reduceres svinghjulets rotationshastighed som en konsekvens af princippet om energibesparelse ; tilføjer energi til systemet resulterer tilsvarende i en stigning i svinghjulets hastighed.

De fleste FES -systemer bruger elektricitet til at accelerere og bremse svinghjulet, men enheder, der direkte bruger mekanisk energi , udvikles.

Avancerede FES-systemer har rotorer fremstillet af højstyrke-kulfiberkompositter, ophængt af magnetiske lejer og spinder med hastigheder fra 20.000 til over 50.000 omdr./min. I et vakuumindkapsling. Sådanne svinghjul kan komme op i hastighed på få minutter - når deres energikapacitet meget hurtigere end nogle andre former for opbevaring.

Hovedkomponenter

Et typisk system består af et svinghjul understøttet af rullelementlejer forbundet til en motorgenerator . Svinghjulet og undertiden motorgeneratoren kan være lukket i et vakuumkammer for at reducere friktion og reducere energitab.

Første generations svinghjuls energilagringssystemer bruger et stort svinghjul i stål, der roterer på mekaniske lejer. Nyere systemer anvender carbon-fiber komposit rotorer der har en højere trækstyrke end stål og kan lagre meget mere energi for den samme masse .

At reducere friktionen , magnetiske lejer anvendes undertiden i stedet for mekaniske lejer .

Mulig fremtidig brug af superledende lejer

Udgifterne til køling førte til tidlig afskedigelse af lavtemperatur-superledere til brug i magnetiske lejer. Imidlertid høj temperatur superleder kan (HTSL) lejer være økonomisk og kunne muligvis forlænge energi kunne lagres økonomisk. Hybridlejesystemer vil højst sandsynligt se brug først. Højtemperatur superlederlejer har historisk set haft problemer med at levere de løftekræfter, der er nødvendige for de større designs, men kan let give en stabiliserende kraft. Derfor understøtter permanente magneter i hybridlejer belastningen, og høj-temperatur superledere bruges til at stabilisere den. Grunden til at superledere kan fungere godt ved at stabilisere belastningen, er fordi de er perfekte diamagneter . Hvis rotoren forsøger at drive off-center, genopretter en genoprettende kraft på grund af fluxfastgørelse den. Dette er kendt som lejets magnetiske stivhed. Rotationsaksevibrationer kan forekomme på grund af lav stivhed og dæmpning, som er iboende problemer med superledende magneter, hvilket forhindrer brug af helt superledende magnetiske lejer til svinghjulsprogrammer.

Da fluxpinning er en vigtig faktor for at tilvejebringe stabiliserings- og løftekraften, kan HTSC gøres meget lettere for FES end til andre anvendelser. HTSC -pulvere kan formes til vilkårlige former, så længe fluxfastgørelsen er stærk. En løbende udfordring, der skal overvindes, før superledere kan levere den fulde løftekraft til et FES -system, er at finde en måde at undertrykke faldet i levitationskraft og rotorens gradvise fald under drift forårsaget af det superledende materiales flux -kryb .

Fysiske egenskaber

Generel

Sammenlignet med andre måder at opbevare elektricitet på, har FES-systemer lang levetid (varige årtier med lidt eller ingen vedligeholdelse, levetider for hele cyklussen, der er angivet for svinghjul, spænder fra mere end 10 ⁵ , op til 10 ⁷ , brugscyklusser ), høj specifik energi (100–130 W · h/kg eller 360–500 kJ/kg) og stor maksimal effekt. Den energieffektivitet ( forholdet mellem energi ud pr energi i ) af svinghjul, også kendt som returrejse effektivitet, kan være så højt som 90%. Typiske kapaciteter spænder fra 3  kWh til 133 kWh. Hurtig opladning af et system sker på mindre end 15 minutter. De høje specifikke energier, der ofte citeres med svinghjul, kan være lidt vildledende, da kommercielle systemer, der er bygget, har meget lavere specifik energi, f.eks. 11 W · h/kg eller 40 kJ/kg.

Form for energilagring

Inertimoment :	${\ displaystyle J_ {m} = \ int _ {m} r^{2} \, \ mathrm {d} m}$
Vinkelhastighed :	${\ displaystyle \ omega _ {m} = 2 \ pi \ cdot n_ {m}}$
Lagret rotationsenergi :	${\ displaystyle W _ {\ text {kin}} = {\ frac {1} {2}} J_ {m} \ omega ^{2}}$

Her er integralen af ​​svinghjulets masse og er rotationshastigheden (antal omdrejninger pr. Sekund). ${\ displaystyle m}$${\ displaystyle n_ {m}}$

Specifik energi

Den maksimale specifikke energi for et svinghjulrotor er hovedsageligt afhængig af to faktorer: den første er rotorens geometri, og den anden er egenskaberne af det anvendte materiale. For isotrope rotorer af enkelt materiale kan dette forhold udtrykkes som

${\ displaystyle {\ frac {E} {m}} = K \ venstre ({\ frac {\ sigma} {\ rho}} \ højre),}$

hvor

${\ displaystyle E}$ er rotorens kinetiske energi [J],

${\ displaystyle m}$ er rotorens masse [kg],

${\ displaystyle K}$ er rotorens geometriske formfaktor [dimensionsløs],

${\ displaystyle \ sigma}$ er materialets trækstyrke [Pa],

${\ displaystyle \ rho}$er materialets densitet [kg/m ³ ].

Geometri (formfaktor)

Den højest mulige værdi for en svinghjulrotors formfaktor er , som kun kan opnås ved den teoretiske skivegeometri med konstant spænding . En skivegeometri med konstant tykkelse har en formfaktor på , mens værdien er for en stang med konstant tykkelse . En tynd cylinder har en formfaktor på . For de fleste svinghjul med en aksel, formfaktoren er under eller over . Et skaftfrit design har en formfaktor, der ligner en skive med konstant tykkelse ( ), hvilket muliggør en fordoblet energitæthed. ${\ displaystyle K = 1}$${\ displaystyle K = 0,606}$${\ displaystyle K = 0,333}$${\ displaystyle K = 0,5}$${\ textstyle K = 0.333}$${\ textstyle K = 0,6}$

Materialegenskaber

Til energilagring er materialer med høj styrke og lav densitet ønskelige. Af denne grund bruges kompositmaterialer ofte i avancerede svinghjul. Forholdet mellem styrke og tæthed af et materiale kan udtrykkes i Wh/kg (eller Nm/kg); værdier større end 400 Wh/kg kan opnås med visse kompositmaterialer.

Rotor materialer

Flere moderne svinghjulrotorer er fremstillet af kompositmaterialer. Eksempler omfatter kulfiberkomposit svinghjul fra Beacon Power Corporation og PowerThru svinghjul fra Phillips Service Industries. Alternativt anvender Calnetix højtydende stål i luftfartskvalitet i deres svinghjulskonstruktion.

For disse rotorer kan forholdet mellem materialegenskaber, geometri og energitæthed udtrykkes ved hjælp af en vejet gennemsnitlig tilgang.

Trækstyrke og fejltilstande

En af de primære grænser for svinghjulsdesign er rotorens trækstyrke. Generelt, jo stærkere disken er, jo hurtigere kan den centrifugeres, og jo mere energi kan systemet lagre. (Hvis svinghjulet bliver tungere uden en tilsvarende stigning i styrken, sænkes den maksimale hastighed, svinghjulet kan dreje uden at gå i stykker, og det øger derfor ikke den samlede mængde energi, svinghjulet kan lagre.)

Når trækstyrken af ​​et komposit svinghjuls ydre bindingsdæksel overskrides, vil bindingsdækslet knække, og hjulet knuses, når det ydre hjulkomprimering går tabt omkring hele omkredsen, og frigiver al dets lagrede energi på en gang; dette betegnes almindeligvis som "svinghjulseksplosion", da hjulfragmenter kan nå kinetisk energi, der kan sammenlignes med en kugles. Kompositmaterialer, der er viklet og limet i lag, har en tendens til hurtigt at gå i opløsning, først i filamenter med lille diameter, der sammenfiltrerer og bremser hinanden, og derefter til rødglødende pulver; et svinghjul i støbt metal smider store bidder af højhastigheds-granater af.

For et støbt metal svinghjul er fejlgrænsen bindestyrken af korngrænserne for det polykrystallinske formstøbte metal. Aluminium lider især af træthed og kan udvikle mikrobrud fra gentagen lavenergi-strækning. Vinkelkræfter kan få dele af et metal svinghjul til at bøje udad og begynde at trække på det ydre indeslutningsfartøj eller at adskille sig helt og hoppe tilfældigt rundt i det indre. Resten af ​​svinghjulet er nu stærkt ubalanceret, hvilket kan føre til hurtige lejesvigt fra vibrationer og pludselig stødbrud i store segmenter af svinghjulet.

Traditionelle svinghjulssystemer kræver stærke indeslutningsbeholdere som en sikkerhedsforanstaltning, hvilket øger enhedens samlede masse. Energifrigivelsen fra fiasko kan dæmpes med en gelatinøs eller indkapslet flydende indre beklædning, som vil koge og absorbere ødelæggelsesenergien. Alligevel foretrækker mange kunder i storskala svinghjulsenergilagringssystemer at have dem indlejret i jorden for at standse ethvert materiale, der kan undslippe indeslutningsbeholderen.

Energilagringseffektivitet

Svinghjulsenergilagringssystemer, der bruger mekaniske lejer, kan miste 20% til 50% af deres energi på to timer. Meget af friktionen, der er ansvarlig for dette energitab, skyldes, at svinghjulet ændrer orientering på grund af jordens rotation (en effekt, der ligner den, der vises ved et Foucault -pendul ). Denne ændring i orientering modstås af de gyroskopiske kræfter, der udøves af svinghjulets vinkelmoment, og udøver således en kraft mod de mekaniske lejer. Denne kraft øger friktionen. Dette kan undgås ved at justere svinghjulets rotationsakse parallelt med jordens rotationsakse.

Omvendt kan svinghjul med magnetiske lejer og højt vakuum opretholde 97% mekanisk effektivitet og 85% rundturseffektivitet.

Virkninger af vinkelmoment i køretøjer

Når de bruges i køretøjer, fungerer svinghjul også som gyroskoper , da deres vinkelmoment typisk er af en lignende størrelsesorden som de kræfter, der virker på det bevægelige køretøj. Denne egenskab kan være skadelig for køretøjets håndteringskarakteristika, når du drejer eller kører på ujævnt underlag; kørsel på siden af ​​en skrånende dæmning kan få hjul til delvis at løfte fra jorden, da svinghjulet modsætter sig sideværts vippekræfter. På den anden side kan denne ejendom bruges til at holde bilen i balance, så den ikke kan vælte under skarpe sving.

Når et svinghjul udelukkende bruges til dets virkninger på et køretøjs holdning i stedet for til energilagring, kaldes det et reaktionshjul eller et kontrolmoment -gyroskop .

Modstanden ved vinkelhældning kan næsten helt fjernes ved at montere svinghjulet inden for et passende anvendt sæt gimbals , så svinghjulet kan bevare sin originale retning uden at påvirke køretøjet (se Egenskaber for et gyroskop ). Dette undgår ikke komplikationen ved gimbal -lås , og derfor er der brug for et kompromis mellem antallet af gimbals og den kantede frihed.

Svinghjulets midteraksel fungerer som en enkelt kardan, og hvis den er justeret lodret, tillader den 360 graders gab i et vandret plan. For eksempel kræver kørsel op ad bakke en anden pitch gimbal, og kørsel på siden af ​​en skrånende dæmning kræver en tredje rulle gimbal.

Full-motion gimbals

Selvom selve svinghjulet kan have en flad ringform, kræver en fri bevægelig gimbalmontering inde i et køretøj et sfærisk volumen for svinghjulet til frit at rotere indeni. Overladt til sit eget, ville et snurrende svinghjul i et køretøj langsomt foregive efter Jordens rotation og fortsætte endnu i køretøjer, der kører lange afstande over Jordens buede sfæriske overflade.

En gimbal i fuld bevægelse har yderligere problemer med, hvordan man kommunikerer strøm til og ud af svinghjulet, da svinghjulet potentielt kan vende fuldstændigt om en gang om dagen, forudgående når jorden roterer. Fuld fri rotation ville kræve glidringe rundt om hver gimbalakse for strømledere, hvilket yderligere øger designkompleksiteten.

Begrænset bevægelse gimbals

For at reducere pladsforbruget kan gimbalsystemet have et design med begrænset bevægelse og bruge støddæmpere til at dæmpe pludselige hurtige bevægelser inden for et bestemt antal grader af vinkelrotation uden for flyet og derefter gradvist tvinge svinghjulet til at vedtage køretøjets nuværende orientering. Dette reducerer gimbal-bevægelsesrummet omkring et ringformet svinghjul fra en hel kugle til en kort fortykket cylinder, der f.eks. Omfatter ± 30 graders hældning og ± 30 grader rulle i alle retninger omkring svinghjulet.

Modvægt af vinkelmoment

En alternativ løsning på problemet er at få to sammenføjede svinghjul til at dreje synkront i modsatte retninger. De ville have et totalt vinkelmoment på nul og ingen gyroskopisk effekt. Et problem med denne løsning er, at når forskellen mellem momentet på hvert svinghjul er noget andet end nul, vil huset til de to svinghjul udvise drejningsmoment. Begge hjul skal holdes ved samme hastighed for at holde vinkelhastigheden på nul. Strengt taget ville de to svinghjul udøve en enorm nde øjeblik på det centrale punkt, forsøger at bøje akslen. Men hvis akslen var tilstrækkelig stærk, ville ingen gyroskopiske kræfter have en nettoeffekt på den forseglede beholder, så der blev ikke bemærket noget drejningsmoment.

For yderligere at balancere kræfterne og sprede belastningen kan et enkelt stort svinghjul afbalanceres med to halvstore svinghjul på hver side, eller svinghjulene kan reduceres i størrelse til at være en række skiftevis lag, der drejer i modsatte retninger. Dette øger imidlertid husets og lejernes kompleksitet.

Ansøgninger

Transport

Automotive

I 1950'erne blev svinghjulsdrevne busser, kendt som gyrobusser , brugt i Yverdon ( Schweiz ) og Gent ( Belgien ), og der forskes løbende i at lave svinghjulssystemer, der er mindre, lettere, billigere og har en større kapacitet. Det håbes, at svinghjulssystemer kan erstatte konventionelle kemiske batterier til mobile applikationer, f.eks. Til elektriske køretøjer. Foreslåede svinghjulssystemer ville fjerne mange af ulemperne ved eksisterende batteristrømsystemer, såsom lav kapacitet, lange opladningstider, tung vægt og korte brugbare levetider. Svinghjul kan have været brugt i den eksperimentelle Chrysler Patriot , selvom det er blevet bestridt.

Svinghjul er også blevet foreslået til brug i kontinuerligt variable transmissioner . Punch Powertrain arbejder i øjeblikket på en sådan enhed.

I 1990'erne Rosen Motors udviklet en gasturbine drevet seriehybrid bilindustrien drivaggregatet under anvendelse af en 55.000 rpm svinghjul at tilvejebringe byger af acceleration som den lille gasturbinemotoren ikke kunne give. Svinghjulet lagrede også energi ved regenerativ bremsning . Svinghjulet var sammensat af et titan nav med en kulfiber cylinder og var kardanske -mounted at minimere negative gyroskopiske virkninger på håndtering køretøj. Prototypekøretøjet blev vellykket testet i 1997, men blev aldrig masseproduceret.

I 2013 annoncerede Volvo et svinghjulssystem monteret på bagakslen på sin S60 sedan. Bremsevirkning drejer svinghjulet med op til 60.000 omdr./min. Og stopper den frontmonterede motor. Svinghjulsenergi påføres via en særlig transmission til helt eller delvist at drive køretøjet. 20 centimeter (7,9 tommer), 6 kilo (13 lb) kulfiber svinghjulet spinder i et vakuum for at fjerne friktion. I partnerskab med en firecylindret motor giver den op til 25 procents reduktion i brændstofforbruget i forhold til en turbo-sekscylindret med tilsvarende ydeevne, hvilket giver et boost på 80 hestekræfter (60 kW) og gør det muligt at nå 100 kilometer i timen (62 mph) ) på 5,5 sekunder. Virksomheden annoncerede ikke specifikke planer om at inkludere teknologien i sit produktprogram.

I juli 2014 erhvervede GKN Williams Hybrid Power (WHP) division og har til hensigt at levere 500 kulfiber Gyrodrive elektriske svinghjulssystemer til bybusoperatører i løbet af de næste to år Som det tidligere udviklernavn antyder, var disse oprindeligt designet til Formel 1 -motorsportsapplikationer . I september 2014 annoncerede Oxford Bus Company , at det introducerer 14 Gyrodrive hybridbusser af Alexander Dennis på sin Brookes Bus -drift.

Jernbanekøretøjer

Svinghjulssystemer er blevet anvendt eksperimentelt i små elektriske lokomotiver til rangering eller skift , f.eks. Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive . Større elektriske lokomotiver, f.eks. British Rail Class 70 , har undertiden været udstyret med svinghjulsforstærkere til at føre dem over huller i den tredje skinne . Avancerede svinghjul, f.eks. Pakken på 133 kWh fra University of Texas i Austin , kan tage et tog fra en stående start til marschfart.

Den Parry People Mover er en motorvogn , der er drevet af et svinghjul. Det blev prøvet på søndage i 12 måneder på Stourbridge Town Branch Line i West Midlands , England i løbet af 2006 og 2007 og var tiltænkt at blive introduceret som en fuld service af togoperatøren London Midland i december 2008, når to enheder var blevet bestilt. I januar 2010 er begge enheder i drift.

Jernbanelektrificering

FES kan bruges ved siden af ​​elektrificerede jernbaner til at hjælpe med at regulere liniespændingen og dermed forbedre accelerationen af ​​umodificerede elektriske tog og mængden af ​​energi, der genvindes tilbage til linjen under regenerativ bremsning , og dermed sænke energiregningerne. Forsøg har fundet sted i London, New York, Lyon og Tokyo, og New York MTA 's Long Island Rail Road er nu investerer $ 5,2 i et pilotprojekt om LIRR s West Hempstead Branch linje. Disse forsøg og systemer lagrer kinetisk energi i rotorer bestående af en carbonglas-kompositcylinder pakket med neodym-jern-borpulver, der danner en permanent magnet. Disse centrifugerer med op til 37800 omdr./min., Og hver 100 kW-enhed kan lagre 11 megajoule (3,1 kWh) genanvendelig energi, cirka nok til at accelerere en vægt på 200 tons fra nul til 38 km/t.

Uafbrydelige strømforsyninger

Svinghjulslagringssystemer i produktion fra 2001 har lagerkapacitet, der kan sammenlignes med batterier og hurtigere afladningshastigheder. De bruges hovedsageligt til at levere belastningsudjævning for store batterisystemer, f.eks. En uafbrudt strømforsyning til datacentre, da de sparer en betydelig mængde plads i forhold til batterisystemer.

Vedligeholdelse af svinghjul kører generelt omkring halvdelen af ​​omkostningerne ved traditionelle UPS-systemer til batterier. Den eneste vedligeholdelse er en grundlæggende årlig forebyggende vedligeholdelsesrutine og udskiftning af lejerne hvert femte til ti år, hvilket tager cirka fire timer. Nyere svinghjulssystemer fuldstændigt svæver den roterende masse ved hjælp af vedligeholdelsesfrie magnetiske lejer , hvilket eliminerer mekanisk lejevedligeholdelse og fejl.

Omkostninger ved en fuldt installeret svinghjul-UPS (inklusive strømkonditionering) er (i 2009) omkring $ 330 pr. Kilowatt (i 15 sekunder fuld belastningskapacitet).

Testlaboratorier

Et mangeårigt nichemarked for svinghjulstrømsystemer er faciliteter, hvor afbrydere og lignende enheder testes: selv en lille husstandsafbryder kan blive vurderet til at afbryde en strøm på10 000 eller flere ampere, og større enheder kan have afbrydende vurderinger på100 000 eller1 000 000 ampere. De enorme forbigående belastninger, der produceres ved bevidst at tvinge sådanne enheder til at demonstrere deres evne til at afbryde simulerede kortslutninger, ville have uacceptable virkninger på det lokale net, hvis disse tests blev udført direkte fra bygningskraft. Typisk vil et sådant laboratorium have flere store motorgeneratorsæt, som kan centrifugeres til hastighed over flere minutter; derefter afbrydes motoren, før en afbryder testes.

Fysiklaboratorier

Tokamak -fusionsforsøg har brug for meget høje strømme i korte intervaller (hovedsageligt for at drive store elektromagneter i et par sekunder).

• JET ( Joint European Torus ) har to 775 tons svinghjul (installeret i 1981), der centrifugerer op til 225 omdr./min. Hvert svinghjul gemmer 3,75 GJ og kan levere med op til 400 MW.
• Det helisk symmetriske eksperiment ved University of Wisconsin-Madison har 18 et-ton svinghjul, der centrifugeres til 10.000 omdr./min ved hjælp af genanvendte elektriske togmotorer.
• ASDEX har 3 svinghjulsgeneratorer.
• DIII-D (tokamak) hos General Atomics
• den Princeton Large Torus (PLT) på Princeton Plasma Physics Laboratory

Også non-tokamak: Nimrod synkrotron på Rutherford Appleton Laboratory havde to 30 tons svinghjul.

Systemer til lancering af fly

Den Gerald R. Ford -class hangarskib vil bruge svinghjul til at akkumulere energi fra skibets strømforsyning, til hurtig frigivelse til elektromagnetisk lancering flyet systemet . Skibets elsystem kan ikke på egen hånd levere de højeffekttransienter, der er nødvendige for at starte fly. Hver af de fire rotorer lagrer 121 MJ (34 kWh) ved 6400 omdr./min. De kan gemme 122 MJ (34 kWh) på 45 sekunder og frigive det på 2-3 sekunder. Svinghjulets energitæthed er 28 kJ/kg (8 W · h/kg); inklusive statorer og etuier kommer dette ned på 18,1 kJ/kg (5 W · h/kg), eksklusive momentrammen.

NASA G2 svinghjul til energilagring af rumfartøjer

Dette var et design finansieret af NASA 's Glenn Research Center og beregnet til komponenttest i et laboratoriemiljø. Det brugte en kulfiberfælg med et titaniumnav designet til at dreje ved 60.000 omdr./min., Monteret på magnetiske lejer. Vægten var begrænset til 250 pund. Opbevaring var 525 W-time (1,89 MJ) og kunne oplades eller aflades ved 1 kW. Arbejdsmodellen vist på fotografiet øverst på siden kørte med 41.000 o / min den 2. september 2004.

Forlystelser

Den Montezooma hævn rutschebane på Knott er Berry Farm var den første svinghjul-lanceret rutschebane i verden og er den sidste tur af sin art stadig opererer i USA. Turen bruger et 7,6 tons svinghjul til at accelerere toget til 89 km/t på 55 sekunder.

Den Incredible Hulk rutschebane på Universals Islands of Adventure har en hastigt accelererende op ad bakke lancering i modsætning til den typiske tyngdekraft dråbe. Dette opnås gennem kraftfulde trækkraftmotorer, der kaster bilen op ad banen. For at opnå den korte meget høje strøm, der kræves for at accelerere et fuldt coaster -tog til fuld hastighed op ad bakke, benytter parken flere motorgeneratorsæt med store svinghjul. Uden disse lagrede energienheder skulle parken investere i en ny understation eller risikere at brune det lokale energinet ud hver gang turen starter.

Pulseffekt

Flywheel Energy Storage Systems (FESS) findes i en række forskellige applikationer lige fra netforbundet energistyring til uafbrydelige strømforsyninger. Med teknologiens fremskridt er der hurtig renovering involveret i FESS -applikationen. Eksempler omfatter våben med høj effekt, drivaggregater til fly og skibsstyresystemer, hvor systemet kræver en meget høj effekt i en kort periode i et par sekunder og endda millisekunder. Kompenseret pulserende generator (kompulsator) er et af de mest populære valg af pulserede strømforsyninger til fusionsreaktorer, pulserende lasere med høj effekt og elektrolytiske launchers med hypervelocitet på grund af dets høje energitæthed og effekttæthed, som generelt er designet til FESS. Kompulsatorer ( generatorer med lav induktans) fungerer som kondensatorer, de kan centrifugeres for at give pulserende strøm til jernbanevåben og lasere. I stedet for at have et separat svinghjul og generator, gemmer kun generatorens store rotor energi. Se også Homopolar generator .

Motorsport

Ved hjælp af en trinløs transmission (CVT) genvindes energi fra drivlinjen under bremsning og lagres i et svinghjul. Denne lagrede energi bruges derefter under acceleration ved at ændre forholdet mellem CVT. I motorsportsapplikationer bruges denne energi til at forbedre accelerationen frem for at reducere kuldioxidemissioner - selvom den samme teknologi kan anvendes på vejbiler for at forbedre brændstofeffektiviteten .

Automobile Club de l'Ouest , arrangøren bag den årlige 24 Hours of Le Mans -begivenhed og Le Mans -serien , er i øjeblikket ved at "undersøge specifikke regler for LMP1, som vil blive udstyret med et kinetisk energigenvindingssystem."

Williams Hybrid Power, et datterselskab af Williams F1 Racing team, har leveret Porsche og Audi med svinghjulsbaseret hybridsystem til Porsches 911 GT3 R Hybrid og Audis R18 e-Tron Quattro. Audis sejr i 2012 24 Hours of Le Mans er den første for et hybrid (dieselelektrisk) køretøj.

Gitterenergilagring

Svinghjul bruges undertiden som en kortvarig spinningreserve til momentan regulering af netfrekvenser og balancering af pludselige ændringer mellem forsyning og forbrug. Ingen kulstofemissioner, hurtigere responstid og mulighed for at købe strøm i spidsbelastningstider er blandt fordelene ved at bruge svinghjul i stedet for traditionelle energikilder som naturgasturbiner. Driften ligner meget batterier i den samme applikation, deres forskelle er primært økonomiske.

Beacon Power åbnede et 5 MWh (20 MW over 15 minutter) svinghjulsenergilagringsanlæg i Stephentown, New York i 2011 ved hjælp af 200 svinghjul og et lignende 20 MW system i Hazle Township, Pennsylvania i 2014.

Et 0,5MWh (2 MW i 15 min) svinghjulslager i Minto , Ontario, Canada åbnede i 2014. Svinghjulssystemet (udviklet af NRStor ) bruger 10 roterende stål svinghjul på magnetiske lejer.

Amber Kinetics, Inc . har en aftale med Pacific Gas and Electric (PG&E) om et 20 MW / 80 MWh svinghjulsenergilagringsanlæg i Fresno, CA med en fire timers afladningstid.

Vindturbine

Svinghjul kan bruges til at lagre energi genereret af vindmøller i perioder med spidsbelastning eller ved høje vindhastigheder.

I 2010 begyndte Beacon Power at teste deres Smart Energy 25 (Gen 4) svinghjulsenergilagringssystem på en vindmøllepark i Tehachapi, Californien . Systemet var en del af et demonstrationsprojekt for vindkraft/svinghjul, der blev gennemført for California Energy Commission.

Legetøj

Friktionsmotorer, der bruges til at drive mange legetøjsbiler , lastbiler, tog, actionlegetøj og sådan, er enkle svinghjulsmotorer.

Skift handlingstryk

I industrien er skiftehandlingspresser stadig populære. Det sædvanlige arrangement involverer en meget stærk krumtapaksel og en kraftig forbindelsesstang, der driver pressen. Store og tunge svinghjul drives af elektriske motorer, men svinghjulene drejer kun krumtapakslen, når koblinger aktiveres.

Sammenligning med elektriske batterier

Svinghjul påvirkes ikke så negativt af temperaturændringer, kan fungere ved et meget bredere temperaturområde og er ikke udsat for mange af de almindelige fejl i kemiske genopladelige batterier . De er også mindre potentielt skadelige for miljøet og er stort set lavet af inaktive eller godartede materialer. En anden fordel ved svinghjul er, at ved en simpel måling af rotationshastigheden er det muligt at kende den nøjagtige mængde energi, der er lagret.

I modsætning til de fleste batterier, der kun fungerer i en begrænset periode (f.eks. Cirka 36 måneder for litiumionpolymerbatterier ), har et svinghjul muligvis en ubestemt arbejdstid. Svinghjul bygget som en del af James Watt -dampmaskiner har arbejdet kontinuerligt i mere end to hundrede år. Arbejdseksempler på gamle svinghjul, der hovedsageligt bruges til fræsning og keramik, findes mange steder i Afrika, Asien og Europa.

De fleste moderne svinghjul er typisk forseglede enheder, der har brug for minimal vedligeholdelse i hele deres levetid. Magnetiske lejesvingehjul i vakuumindkapslinger, såsom NASA -modellen, der er vist ovenfor, behøver ikke vedligeholdelse af lejer og er derfor bedre end batterier både med hensyn til total levetid og energilagringskapacitet. Svinghjulssystemer med mekaniske lejer vil have begrænset levetid på grund af slid.

Højtydende svinghjul kan eksplodere og dræbe tilskuere med højhastigheds -granater. Selvom batterier kan tage ild og frigive toksiner, er der generelt tid til, at tilskuere flygter og undslipper skader.

Det fysiske arrangement af batterier kan designes til at matche en lang række forskellige konfigurationer, hvorimod et svinghjul som minimum skal optage et bestemt område og volumen, fordi energien, det lagrer, er proportional med dets vinkelmasse og kvadratet af dets rotationshastighed. Når et svinghjul bliver mindre, falder dens masse også, så hastigheden skal stige, og derfor øges belastningen på materialerne. Hvor dimensioner er en begrænsning, (f.eks. Under et togs chassis), er et svinghjul muligvis ikke en levedygtig løsning.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

• Beacon Power ansøger om DOE -tilskud til at finansiere op til 50% af to 20 MW energilagringsanlæg, 1. september 2009 [1]
• Sheahen, T., P. (1994). Introduktion til høj temperatur superledning . New York: Plenum Press. s.  76 –78, 425–431. ISBN 978-0-306-44793-8.
• El-Wakil, M., M. (1984). Powerplant Technology . McGraw-Hill. s.  685 –689. ISBN 9780070192881.
• Koshizuka, N .; Ishikawa, F .; Nasu, H .; Murakami, M .; et al. (2003). "Fremskridt med superledende lejeteknologier til svinghjulsenergilagringssystemer". Physica C . 386 (386): 444–450. Bibcode : 2003PhyC..386..444K . doi : 10.1016/S0921-4534 (02) 02206-2 .
• Wolsky, A., M. (2002). "Status og udsigter for svinghjul og SMV'er, der inkorporerer HTS". Physica C . 372 (372–376): 1495–1499. Bibcode : 2002PhyC..372.1495W . doi : 10.1016/S0921-4534 (02) 01057-2 .
• Sunget, TH; Han, SC; Han, YH; Lee, JS; et al. (2002). "Design og analyser af svinghjulsenergilagringssystemer ved hjælp af høj-Tc superlederlejer". Kryogenik . 42 (6–7): 357–362. Bibcode : 2002Cryo ... 42..357S . doi : 10.1016/S0011-2275 (02) 00057-7 .
• Akhil, Abbas; Swaminathan, Shiva; Sen, Rajat K. (februar 2007). "Omkostningsanalyse af energilagringssystemer til applikationer til elværker" (PDF) . Sandia nationale laboratorier. Arkiveret fra originalen (PDF) den 2007-06-21.
• Larbalestier, David; Blaugher, Richard D .; Schwall, Robert E .; Sokolowski, Robert S .; et al. (September 1997). "Svinghjul" . Power -applikationer for superledning i Japan og Tyskland . World Technology Evaluation Center.
• "Et nyt kig på en gammel idé: Det elektromekaniske batteri" (PDF) . Science & Technology Review : 12–19. April 1996. Arkiveret fra originalen (PDF) 2008-04-05 . Hentet 2006-07-21 .
• Janse van Rensburg, PJ (december 2011). Energilagring i komposit svinghjulrotorer (speciale). University of Stellenbosch, Sydafrika. HDL : 10019,1 / 17.864 .
• Devitt, Drew (marts 2010). "Fremstilling af en sag til svinghjulsenergilagring" . Renewable Energy World Magazine Nordamerika.

eksterne links

• Boeing svinghjul energilagringsteknologi
• Federal Technology Alert, svinghjulsenergilagring
• Magnetisk whitepaper til dets grønne energilagringssystem - GESS
• Magnetisk analyse af gyrokræfter induceret af svinghjulsenergilagring