Un super volant este un tip de volant utilizat în acumulatoarele de energie cinetică pentru a stoca energie. În comparație cu volantele convenționale, poate stoca mai multă energie cinetică și este mai sigur de utilizat.
Un super volant modern este un corp de revoluție realizat prin înfășurarea diferitelor materiale puternice și flexibile, de exemplu, bobine subțiri de oțel, bandă de plastic, fibră de sticlă sau compozite de carbon, pe un centru special - un butuc. Acest design asigură un consum ridicat de energie și siguranță în funcționare. Când este distrus, un astfel de super volant nu se sparge în fragmente mari, ca un volant convențional, ci este parțial distrus; în același timp, părțile separate ale benzii încetinesc super-volantul prin frecare cu suprafața interioară a corpului și previn distrugerea ulterioară. Un super volant cu bandă de grafen este capabil să stocheze până la 1200 Wh (4,4 MJ ) per kilogram de masă [1] .
Ca parte a acumulatorului de energie cinetică cu volantă, super-volantul funcționează în tandem cu un motor-generator . Când este conectat la rețea, motorul-generatorul învârte super-volantul, iar când o sarcină este conectată, încetinește. Eficiența acestei conversii ajunge la 98% [2] . Pentru a reduce pierderile prin frecare, super-volantul este plasat într-o carcasă evacuată. Adesea se folosește o suspensie magnetică .
Volanele ca dispozitive tampon au fost folosite încă din neolitic, de exemplu, în dispozitivul roții unui olar [3] . În secolul al XX-lea, volantul a suferit o serie de modificări de design care au făcut posibilă stocarea energiei pentru o perioadă considerabilă de timp. Deci, de exemplu, în anii 1950, volantele evacuate au fost folosite în transportul public experimental, în special, au fost testate girobusuri [4] . În 1964, inginerul sovietic N.V. Gulia a revendicat dreptul de autor pentru primul design al unui super volant.
Superflywheel combină durabilitatea, siguranța [5] în caz de distrugere, eficiența ridicată și prețul rezonabil. Dezavantajul supervolanților este efectul giroscopic , datorită momentului unghiular mare al volantului rotativ și împiedicând schimbarea direcției axei de rotație a volantului. Pentru a elimina acest efect nedorit atunci când utilizați volante ca dispozitive de stocare a energiei pe vehicule, puteți utiliza o suspensie volantă într- o suspensie cu cardan , dar acest lucru complică semnificativ designul.
Un dezavantaj suplimentar al super volantului este lipsa unei transmisii simple dovedite care să îi permită utilizarea în transport . În prezent, se efectuează experimente pentru a transfera energia de rotație a unui super volant către roțile unui vehicul printr-un super variator . De asemenea, este promițător să se folosească un super-volant evacuat pe o suspensie magnetică ca sursă de electricitate.
Inițial, N. V. Gulia a plănuit să folosească un super volant ca dispozitiv de stocare a energiei pentru mașini și chiar a construit mai multe mostre din astfel de vehicule.
În prezent, dispozitivele de stocare a energiei bazate pe superflywheels sunt folosite cu succes în alte domenii. Beacon Power , fondată în SUA în 1997 , a făcut un pas semnificativ înainte prin dezvoltarea unei serii de super volante staționare mari pentru aplicații industriale. Superflywheels produse de Beacon Power sunt capabile, în funcție de model, să stocheze energie de 6 și 25 kWh și să furnizeze o putere de 2, respectiv 200 kW.
Compania americană se așteaptă să le vândă companiilor locale, precum și să ofere ea însăși un serviciu de „control al frecvenței”. Construcția unei centrale electrice de reglare super volantă de 20 MW a început la sfârșitul anului 2009 [6] . Deoarece rețeaua electrică din SUA există cu mulți furnizori locali de energie și o piață de energie deschisă, nevoia de reglementare a energiei creează multe probleme pe care compania speră să le rezolve: stocarea „surplusului” de energie atunci când cererea scade; completarea deficiențelor în timpul vârfurilor de consum; reglarea frecventei curente. Cu toate acestea, super volantele înfășurate din fibră de carbon s-au dovedit a fi extrem de nesigure, au izbucnit brusc cu un „efect exploziv” de putere mare chiar și la frecvența de funcționare.
Sub îndrumarea științifică a lui N.V. Gulia, KEST [7] și-a creat propria versiune a dispozitivelor staționare de stocare a energiei cinetice bazate pe supervolante realizate din bandă de oțel de înaltă rezistență. O astfel de unitate este capabilă să stocheze energie de până la 20 kWh și să furnizeze o putere de până la 1000 kW. În condițiile pieței ruse, un grup de mai multe astfel de unități este capabil să egalizeze eterogenitatea zilnică a sarcinii electrice a întregii regiuni, înlocuind centralele scumpe și voluminoase de stocare prin pompare .
În ciuda faptului că vehiculele propulsate cu volantă nu s-au răspândit, transportul rămâne una dintre cele mai atractive aplicații pentru super volante. În special, vorbim despre transportul feroviar. La frânarea atât trenurilor de pasageri, cât și de marfă, se irosește o cantitate imensă de energie. O supervolant conectată la aceeași rețea electrică cu trenul este capabilă să capteze și să stocheze energia de frânare, iar ulterior să o elibereze în rețea pentru a accelera trenul. Energia „economisită” în acest fel va reduce consumul cu 30% sau mai mult [8] .
În plus, superflywheels pot fi folosite pentru a asigura alimentarea neîntreruptă cu energie a obiectelor cu niveluri superioare de responsabilitate. Proprietățile super-volantului oferă un răspuns dispozitiv la nivelul de sutimi de secundă, permițându-vă să nu întrerupeți alimentarea cu energie nici măcar pentru o secundă.