Найефективніший спосіб накопичення енергії старий як світ

Коли мова заходить про те, що треба якосьнакопичити енергію, багато хто відразу починають думати про акумуляторну батарею. Звичайно, що ж це може бути ще. Тим не менш, є ще один спосіб, який використовується не дуже часто, але при цьому має дуже хороші перспективи. Особливо, на тлі розвитку інших технологій. Такі розробки навіть застосовувалися при виробництві громадського та вантажного транспорту. Їх початок бере своє коріння ще в Радянському Союзі, але останнім часом технологія починає застосовуватися все частіше. Кілька років тому, коли дозволяв регламент, це використовувалося навіть в Формулі-1. Відкриємо завісу таємниці і розповімо, як працює це досить просте, але геніальний винахід, і про людину, який присвятив цьому життя.

Древній маховик теж був свого роду акумулятором.

зміст

• 1 Що таке маховик?
• 2 Де застосовуються маховики?
• 3 Супермаховик Гулиа
• 4 Ефективність супермаховиков
• 5 Де застосовуються супермаховики?

Що таке маховик?

Говорити ми сьогодні будемо про супермаховик і про їх творця Нурбій Гулиа. Хоч і здається, що маховик це щось застаріле і чисто технічне, а й в новому електричному світі йому є місце.

Маховик (махове колесо) - масивне обертаєтьсяколесо, що використовується в якості накопичувача (інерційний акумулятор) кінетичної енергії або для створення інерційного моменту, як це використовується на космічних апаратах.

Самі маховики були винайдені дуже давно і навітьуспішно застосовувалися в промисловості тих років. Є навіть знахідки в Межиріччі і древньому Китаї, які підтверджують використання подібних пристроїв. Правда, тоді вони робилися з обпаленої глини або з дерева і виконували інші функції.

Де застосовуються маховики?

Завдяки своїй масивності і законам фізики, які супроводжують рух маховика, він знайшов застосування в багатьох сучасних механізмах - від транспорту до промисловості.

Найпростіше застосування полягає в збереженнішвидкості обертання валу, на якому встановлений маховик. Це може стати в нагоді під час роботи якого-небудь верстата. Особливо, в ті моменти, коли він відчуває різкі навантаження і треба не допустити падіння частоти обертання. Виходить такий свого роду демпфер.

Напевно, найчастішим місцем, де зустрічаютьсямаховики, є двигун внутрішнього згоряння автомобіля. Він дозволяє зберегти швидкість обертання двигуна при виключенні зчеплення. Тим самим знижується вплив на трансмісію, так як перемикання передачі відбувається в той час, коли двигун працює на оборотах вище оборотів холостого ходу. Крім цього, так досягається більший комфорт і плавність руху. Правда, на гоночних машинах маховик дуже сильно полегшується для зниження ваги і збільшення швидкості, з якою розкручується двигун.

Маховик легкового автомобіля.

Також маховики часто використовуються длястабілізації руху. Відбувається це за рахунок того, що колесо, яким і є маховик, при обертанні створює гироскопический ефект. Він створює сильний опір при спробі нахилити його. Цей ефект легко відчути, наприклад, розкрутивши колесо велосипеда і спробувавши його нахилити, або взявши в руки працює жорсткий диск.

Є розвиток і обичнх акумуляторів: Новий тип акумулятора дозволить електромобілям проїхати майже 2400 кілометрів без підзарядки

Така сила заважає при управлінні мотоциклом,змушуючи вдаватися до контрруленію, особливо на великій швидкості, але дуже допомагає, наприклад, для стабілізації корабля під час качки. Також підвісивши такий маховик і враховуючи, що він завжди знаходиться в одному положенні відносно горизонту, можна фіксувати його відхилення від корпусу об'єкта і розуміти його положення в просторі. Застосування таких властивостей маховика актуально в авіації. Саме обертається маховик дозволить визначити стан фюзеляжу літака в просторі.

супермаховик Гулиа

Тепер, після досить довгого введення іпередісторій, поговоримо безпосередньо про супермаховик і про те, як вони допомагають зберігати енергію, не маючи в складі будь-яких хімічних з'єднання для цього.

Нурбій Гулиа - створив і просуває ідею супермаховика, як накопичувача енергії.

Супермаховик є один з типівмаховиків, призначений для накопичення енергії. Він спеціально зроблений так, щоб накопичувати якомога більше енергії без необхідності застосування за іншим призначенням.

Такі маховики важкі і дуже швидко крутяться. Через те, що швидкість обертання дуже висока, є ризик розрідження конструкції, але це теж продумано. Сам маховик складається з намотаних витків сталевої пластичної стрічки або з композитних матеріалів. Крім того, що така конструкція міцніше монолітної, вона ще руйнується поступово. Тобто, при відшаруваннях маховик просто буде гальмуватися і заплутається в своїх же частинах. Думаю, не варто пояснювати, що розрив маховика, що обертається зі швидкістю в десятки тисяч обертів на хвилину і важить мінімум десятки кілограм, загрожує дуже серйозними наслідками.

Крім цього, для забезпечення ще більшоїбезпеки можна помістити систему з таким маховиком в бронекапсула і закопати її на кілька метрів в землю. В цьому випадку рухомі елементи точно ніяк не зможуть зашкодити людині.

Додатковим плюсом використання бронекапсулабуде створення в ній вакууму, який дозволить істотно знизити вплив зовнішніх сил на рух. Простіше кажучи, так можна звести до мінімуму або взагалі прибрати опір газового середовища (в звичайному випадку повітря).

Так влаштований супермаховик Гулиа.

В якості додаткових сил, що заважають обертанню,ще виступає опір підшипників, на яких встановлено маховик. Але його можна встановити на магнітний підвіс. В цьому випадку сили впливу зведені до такого мінімуму, яким можна знехтувати. Саме з цієї причини такі маховики здатні крутитися місяцями. Крім цього, магнітний підвіс дозволяє не замислюватися про знос системи. Зношується тільки генератор.

Саме генератор і є тим елементом,який дозволяє виробити електрику. Він просто підключається до маховика, і отримуючи передане їм обертання виробляє електрику. Виходить аналог звичайного генератора, тільки для цього не треба спалювати паливо.

Щоб отримувати ще більше цікавої інформації зі світу високих технологій, підписуйся на наш новинний канал в Telegram.

Для накопичення енергії в той час, коли немаєнавантаження, маховик розкручується і тим самим "тримає заряд". Власне, можливий і комбінований варіант за аналогією зі звичайними акумуляторами, які можуть одночасно віддавати енергію і заряджатися самі. Для розкрутки маховика використовується мотор-генератор, який може як розкручувати маховик, так і забирати енергію його обертання.

Такі системи є актуальними для накопичення енергії вдомогосподарствах і в системах зарядки. Наприклад, подібна система за задумом інженерів Skoda повинна використовуватися для зарядки автомобілів. Днем маховик розкручується, а ввечері віддає заряд в електромобілі, не навантажуючи міську мережу у вечірній і нічний час. При цьому можна заряджатися повільно від одного маховика або швидко від декількох, з яких буде "зніматися" більше електрики.

ефективність супермаховиков

Ефективність супермаховиков при всій їхудаваній архаїчності досягає дуже високих значень. Їх ККД доходить до 98 відсотків, що навіть не снилося звичайним акумуляторним батареям. До речі, саморозряд таких батарей теж відбувається швидше, ніж втрата швидкості добре зробленого маховика в вакуумі і на магнітному підвісі.

Можна згадати старі часи, коли люди почализапасати енергію за допомогою маховиків. Найпростішим прикладом є гончарні кола, які розкручувалися і крутили, поки ремісник працював над черговим посудиною.

Ми вже визначилися, що конструкція супермаховикадосить проста, він має високий ККД і при цьому коштує відносно недорого, але є у нього один мінус, який позначається на ефективності його використання і стоїть на шляху масового впровадження. Точніше, таких мінусів два.

Стрічковий маховик.

Головним з них буде той самий гироскопическийефект. Якщо на кораблях це корисне побічна властивість, то на автомобільному транспорті це буде дуже сильно заважати і треба буде використовувати складні системи підвісу. Другим мінусом буде пожежонебезпека в разі руйнування. Через великий швидкості руйнування навіть композитні маховики будуть виділяти велику кількість тепла за рахунок тертя об внутрішню частину бронекапсула. На стаціонарному об'єкті це не буде великою проблемою, так як можна зробити систему пожежогасіння, але на транспорті може створити дуже багато труднощів. Тим більше, на транспорті ризик руйнування вище за рахунок вібрацій під час руху.

Де застосовуються супермаховики?

В першу чергу, Н.В. Гулия хотів використовувати свій винахід саме на транспорті. Навіть було побудовано кілька зразків, які проходили випробування. Незважаючи на це, системи далі випробувань не пішли. Зате застосування такого способу накопичення енергії знайшлося в іншій сфері.

Так в США в 1997 році компанія Beacon Powerзробила великий крок у розробці супермаховиков для застосування їх в електростанціях на промисловому рівні. Ці супермаховики могли запасати енергію до 25 кВт⋅ч і мали потужність до 200 кВт. Будівництво станції потужністю 20 МВт почалося в 2009 році. Вона повинна була нівелювати піки навантаження на електричну мережу.

У Росії теж є подібні проекти. Наприклад, під науковим керівництвом самого Н. В. Гулиа компанія Kinetic Power створила власну версію стаціонарних накопичувачів кінетичної енергії на базі супермаховика. Один накопичувач може запасати до 100 кВт⋅ч енергії і забезпечувати потужність до 300 кВт. Система таких маховиків може забезпечувати вирівнювання добової неоднорідності електричного навантаження цілого регіону. Так можна повністю відмовитися від дуже дорогих гідроакумулюючих електростанцій.

Можливе використання супермаховиков і наоб'єктах, де потрібна незалежність від електричних мереж і резервне живлення. Ці системи мають дуже високу швидкість відгуку. Вона становить буквально частки секунд і дозволяє забезпечити дійсно безперебійне живлення.

Така ідея «не зайшла». Може вийде з поїздами?

Ще одним місцем, де можливе застосуванняСупермаховик, є залізничний транспорт. На гальмування складів витрачається дуже багато енергії і, якщо не витрачати її даремно, нагріваючи гальмівні механізми, а розкрутити маховик, накопичену енергію потім можна витратити на набір швидкості. Ви скажете, що система на підвісі буде дуже крихкою для транспорту і матимете рацію, але в такому випадку можна говорити і про підшипники, так як запасати енергію надовго просто немає необхідності і втрати від підшипників будуть не такими великими на такому проміжку часу. Зате такий спосіб дозволяє економити 30 відсотків енергії споживаної поїздом для руху.

Як бачимо, системи на супермаховик мають дужебагато плюсів і зовсім небагато мінусів. З цього можна зробити висновок, що вони будуть набирати популярність, ставати більш дешевими і масовими. Це той самий випадок, коли властивості речовини і закони фізики, знайомі людям з давніх часів, дозволяють придумати щось нове. У підсумку ви отримали дивним симбіозом механіки і електрики, потенціал якого до кінця ще не розкритий.