Oppbevaring av svinghjul

NASA G2 svinghjul, hastighet 60.000 / min, energimengde 525 Wh, effekt 1 kW

Svinghjulslagring er en metode for mekanisk energilagring der et svinghjul (også kalt " rotor " i denne sammenheng ) akselereres til høy hastighet og energi lagres som rotasjonsenergi . Energien gjenvinnes ved induktivt å koble rotoren til en elektrisk generator og derved redusere den.

De brukes hovedsakelig for å kompensere for toppbelastning , jevne krafttopper , rekreasjon i elektriske kjøretøyer, og også som et system for avbruddsfri strømforsyning på sykehus og industrianlegg.

Arbeidsprinsipp

Et typisk system består av et svinghjul (rotor) som er koblet til en kombinasjon av elektrisk motor og generator .

For å lade akkumulatoren settes svinghjulet, for eksempel ved hjelp av en elektrisk motor. En høy hastighet tilsvarer en høy rotasjonsenergi. Denne energien kan konverteres tilbake til elektrisk energi hvis det kreves ved hjelp av en tilkoblet generator. Svinghjulet overfører rotasjonsenergien til generatoren.

Type lagret energi

Masse treghetsmoment :	${\ displaystyle J_ {m} = \ int _ {m} r ^ {2} \, \ mathrm {d} m}$
Vinkelhastighet :	${\ displaystyle \ omega _ {m} = 2 \ pi \ cdot n_ {m}}$
Lagret rotasjonsenergi :	${\ displaystyle W _ {\ text {kin}} = {\ frac {1} {2}} J_ {m} \ omega ^ {2}}$

hvor står for det roterende legemet eller i integralet for dets volum og for hastigheten eller frekvensen (= antall omdreininger / tid) til dette legemet. ${\ displaystyle m}$${\ displaystyle n_ {m}}$${\ displaystyle f}$

Praktisk teknikk

Svinghjulsakkumulator brukt i formel 1

De fleste svinghjulslagringssystemer jobber elektrisk for å akselerere rotoren med en elektrisk motor og for å bremse den med en elektrisk generator. Imidlertid blir det også utviklet systemer som bruker mekanisk energi direkte .

Rotorene til systemer med høye hastigheter er laget av karbonfiberarmert plast (CFRP) og roterer med 20 000 til over 50 000 omdreininger per minutt. Evakuerte hus og magnetiske lagre brukes til å holde friksjonstapene lave . Slike systemer kan bringes opp til nominell hastighet på få minutter, i motsetning til minutter til timer som kreves for lading av batterier .

Noen høyere ytelse nødstrømsgeneratorer inneholder også et svinghjul, som holdes roterer kontinuerlig ved hjelp av en elektrisk motor. I tilfelle strømbrudd, blir veivakselen til en forvarmet dieselmotor raskt satt til å rotere fra stillstand via en elektromekanisk kobling. Svinghjulet gir energi til å starte dieselmotoren og samtidig for å bygge bro over tiden til forbrenningsmotoren kan levere full effekt.

På 1950-tallet ble såkalte gyrobuser med svinghjulslagring brukt i Sveits og Belgia.

I Formel 1 med FIA-regler lades dreiemomentakkumulatorer når de bremses og slippes ut igjen når de akselererer ( KERS ); så langt (2012) har imidlertid ingen lag brukt et svinghjul KERS på en racinghelg; Inntil nå har bare batteri KER-systemer blitt brukt. En (elektro) mekanisk løsning finnes derimot i Porsche 911 GT3 R Hybrid og Audi R18 e-tron quattro .

På Max Planck Institute for Plasma Physics in Garching blir et svinghjul akselerert innen 20 minutter. Deretter kan den levere 150 MW eller 580 MVA for ASDEX-oppgraderingsfusjonseksperimentet i 10 sekunder . Andre bruksområder i form av spesielle roterende omformere er strømforsyningen til testsystemer innen elektrisk energiteknologi som høyspentlaboratorier og testfelt. På denne måten kan forstyrrende konsekvenser på det offentlige kraftnettet unngås i høyspenningstester der større støtbelastninger som de som oppstår i kortslutningstester .

Fordeler og ulemper

Fordelene inkluderer korte tilgangstider, mulig dyp utladning , god effektivitet som en kortvarig lagringsenhet for energilagring i sekunder til minutter (lasting og lossing med en effektivitet på 90%), og et høyt antall sykluser. Svært høy ytelse kan kalles på kort tid med mange lagringssystemer.

En ulempe er selvutladningen (3–20% per time) forårsaket av luftfriksjon og tap i lageret. Tapene kan minimeres ved hjelp av et magnetisk lager, betjening av svinghjulet i et evakuert hus og, om nødvendig, andre tiltak. Svinghjulets form (tverrsnitt) kan også påvirke effektiviteten. Ytelsen for driften av vakuumpumpen og de magnetiske lagrene øker imidlertid selvutladningen av hele systemet (unntatt i tilfelle hermetisk lukkede vakuumbeholdere og permanente magnetiske lagre).

En annen ulempe, spesielt i mobilapplikasjoner, er den høye vekten. For lagring av bare 10 kWh kreves det ca. 200-2000 kg svinghjulsmasse. I tilfelle rotoren brister eller rives løs, kreves et massivt beskyttelsesdeksel for mobil bruk eller tilgjengelig installasjon, som utgjør en stor del av massen til det samlede systemet.

Når det gjelder bevegelige svinghjulsakkumulatorer, som i kjøretøyer, kan endringer i retning av rotasjonsaksen forårsake gyroskopiske effekter som påvirker kjøretøyets oppførsel, f.eks. B. i svinger kan påvirke.

Svinghjulslager kraftverk

Som relativt små lagringskraftverk kan svinghjul også stabilisere kraftnett når det gjelder nettfrekvensen og fungere som kortsiktig kompensasjonslagring. Andre bruksområder for lagringssystemer for svinghjul er øynettverk, hybridsystemer (kombinasjon av svinghjulslagringssystemer med kraftvarmeanlegg eller batterier), vindkraft, gjenvinning av bremseenergi fra jernbanevogner og hurtigladestasjoner for elektriske kjøretøyer.

Se også

• Gyro-stasjon
• Gyrobus

weblenker

• Book of Synergy, Achmed AW Khammas 2007
• Kinetisk lagring av elektrisitet - Dynastore-prosjektet
• Strømlagring i sammenligning

litteratur

• Lagring av svinghjul på busser og tog i går og i dag . I: Eisenbahn-Revue International , utgaver 11/2001 og 12/2001, ISSN  1421-2811 , s. 512–515, 563–567.

Individuelle bevis

1. ↑ Torotrak Toroidal variabel driv CVT ( Memento av den opprinnelige fra 16 mai 2011 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. , åpnet 7. juni 2007. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www.xtrac.com
2. ↑ ^{a b} Castelvecchi, D. (2007). Snurre til kontroll. Science News , vol. 171, s. 312-313
3. ↑ Pulsert strømforsyningssystem for ASDEX oppgraderings Tokamak forskningsanlegg 2015, doi : 10.1109 / EEEIC.2015.7165545 .
4. ^ ^{A b} Hans-Hermann Braess (red.), Ulrich Seiffert: Vieweg Handbook Motor Vehicle Technology. Springer Vieweg; 7. utgave 2013, ISBN 978-3658016906 . Digitaliserthttp: //vorlage_digitalisat.test/1%3D~GB%3DwxLxx_iSKiEC~IA%3D~MDZ%3D%0A~SZ%3DPA152 ~ dobbeltsidig% 3D ~ LT% 3D ~ PUR% 3D
5. ↑ http://www.bine.info/publikationen/projektinfos/publikation/kinetisch-speicherung-von-elektizitaet/
6. ↑ RWTH ISEA script for kurset 2005 (arkivert kopi av innholdsfortegnelsen) ( minnesmerke av den opprinnelige fra 12 mars 2017 i Internet Archive ) Omtale: The arkivet koblingen ble satt inn automatisk og har ennå ikke blitt sjekket. Vennligst sjekk originalen og arkivlenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen. @1@ 2Mal: Webachiv / IABot / www2.isea.rwth-aachen.de
7. ↑ https://stornetic.com/news_de.html
8. ↑ Chakratec. Hentet 5. november 2018 .