Како су уређаји за складиштење замајца (кинетичке) енергије распоређени и раде

ФЕС је скраћеница за складиштење енергије замајца, што значи складиштење енергије помоћу замајца. То значи да се механичка енергија акумулира и складишти у кинетичком облику док се масивни точак ротира великом брзином.

Тако акумулирана механичка енергија може се касније претворити у електричну, за шта се систем замајца комбинује са реверзибилном електричном машином која може да ради и у моторном и у генераторском режиму.

Када енергија треба да се складишти, електрична машина служи као мотор и ротира замајац до потребне угаоне брзине док троши електричну енергију из спољашњег извора, у ствари - претварајући електричну енергију - у механичку (кинетичку) енергију. Када ускладиштена енергија треба да се пренесе на оптерећење, електрична машина прелази у режим генератора и механичка енергија се ослобађа како се замајац успорава.

Најнапреднији системи за складиштење енергије засновани на замајцима имају прилично велику густину снаге и могу се такмичити са традиционалним системима за складиштење енергије.

Кинетичке батеријске инсталације засноване на супер замајцима, где је ротирајуће тело направљено од графенске траке високе чврстоће, сматрају се посебно обећавајућим у овом погледу. Такви уређаји за складиштење могу да складиште до 1200 В * х (4,4 МЈ!) енергије по 1 КИЛОГРАМ масе.

Недавни развоји у области супер замајца већ су омогућили програмерима да напусте идеју коришћења монолитних погона у корист мање опасних система каиша.

Чињеница је да су монолитни системи били опасни у случају хитног пуцања и да су могли акумулирати мање енергије. Приликом ломљења, трака се не распршује на велике фрагменте, већ се само делимично ломи; у овом случају одвојени делови каиша заустављају замајац трљањем о унутрашњу површину кућишта и спречавају његово даље уништавање.

Висок специфични енергетски интензитет супер замајца направљених од траке за намотавање или интерферентних влакана постиже се због бројних фактора који доприносе.

Прво, замајац ради у вакууму, што у великој мери смањује трење у поређењу са ваздухом. За ово, вакуум у кућишту мора бити стално одржаван системом за стварање и одржавање вакуума.

Друго, систем мора бити у стању да аутоматски балансира ротирајуће тело. Предузимају се посебне техничке мере за смањење вибрација и жироскопских вибрација. Укратко, системи замајца су веома захтевни са становишта дизајна, па је њихов развој сложен инжењерски процес.

Чини се да су погоднији као лежајеви магнетне (укључујући суперпроводне) суспензије… Међутим, инжењери су морали да напусте нискотемпературне суперпроводнике у суспензијама, јер захтевају много енергије. Хибридни котрљајни лежајеви са керамичким телима су много бољи за средње брзине ротације. Што се тиче замајца велике брзине, показало се да је економски прихватљиво и веома економично користити високотемпературне суперпроводнике у суспензијама.

Једна од главних предности ФЕС система за складиштење, након њиховог високог специфичног енергетског интензитета, је њихов релативно дуг радни век, који може да достигне 25 година.Иначе, ефикасност система замајца на бази графенских трака достиже 95%. Поред тога, вреди напоменути брзину пуњења. Ово, наравно, зависи од параметара електричне инсталације.

На пример, рекуператор енергије на замајцу метроа који ради током убрзања и успоравања воза пуни се и празни за 15 секунди. Верује се да, да би се постигла висока ефикасност система за складиштење замајца, номинално време пуњења и пражњења не би требало да прелази један сат.

Применљивост ФЕС система је прилично широка. Могу се успешно користити на различитим уређајима за подизање, обезбеђујући уштеду енергије до 90% током утовара и истовара. Ови системи се могу ефикасно користити за брзо пуњење батерија за електрични транспорт, за стабилизацију фреквенције и снаге у електричним мрежама, у изворима непрекидног напајања, у хибридним возилима итд.

Уз све ово, системи за складиштење замајца имају изузетне карактеристике.Дакле, ако се користи материјал високе густине, онда се специфична потрошња енергије уређаја за складиштење смањује због смањења номиналне брзине ротације.

Ако се користи материјал мале густине, онда се потрошња енергије повећава због повећања брзине, али то повећава захтеве за вакуумом, као и за носаче и заптивке, а електрични претварач постаје сложенији.

Најбољи материјали за супер замајце су челични каишеви високе чврстоће и влакнасти материјали као што су кевлар и угљенична влакна. Материјал који највише обећава, као што је горе наведено, остаје графенска трака не само због прихватљивих параметара чврстоће и густине, већ углавном због своје сигурности при ломљењу.

Потенцијал лома је главна препрека за системе замајца велике брзине. Композитни материјали који се ваљају и лепе у слојевима брзо се распадају, прво се раслојавају у филаменте малог пречника који се тренутно међусобно заплићу и успоравају, а затим у сјајни прах. Контролисано пуцање (у случају удеса) без оштећења трупа један је од главних задатака инжењера.

Ослобађање енергије ломљења може се ублажити инкапсулираном течном или геластом унутрашњом облогом кућишта која ће апсорбовати енергију ако се замајац поквари.

Један од начина да се заштитите од експлозије је да се замајац стави под земљу како би се зауставио било какав отпад који би летео брзином метка у случају несреће. Међутим, постоје случајеви када се лет фрагмената јавља навише од земље, уз уништавање не само трупа, већ и суседних зграда.

На крају, погледајмо физику процеса.Кинетичка енергија ротирајућег тела одређена је формулом:

где је И момент инерције тела које се окреће

угаона брзина се може представити на следећи начин:

На пример, за континуирани цилиндар, момент инерције је:

и тада је кинетичка енергија за чврсти цилиндар кроз фреквенцију ф једнака:

где је ф фреквенција (у обртајима у секунди), р је полупречник у метрима, м је маса у килограмима.

Узмимо груб пример да бисмо разумели. Котао од 3 кВ прокува воду за 200 секунди. Којом брзином мора да се окреће континуални цилиндрични замајац масе 10 кг и полупречника 0,5 м да би током процеса заустављања било довољно енергије да прокључа вода? Нека ефикасност нашег генератора-конвертера (способног да ради при било којој брзини) буде 60%.

Одговор. Укупна количина енергије потребна за кључање котла је 200 * 3000 = 600 000 Ј. Узимајући у обзир ефикасност, 600 000 / 0,6 = 1 000 000 Ј. Применом горње формуле добијамо вредност од 201,3 обртаја у секунди.

Такође видети:Уређаји за складиштење кинетичке енергије за електропривреду

Још један модеран начин складиштења енергије: Суперпроводни системи за складиштење магнетне енергије (СМЕС)