Инерционные (маховичные) накопители энергии
Под инерционным (маховичным) накопителем энергии понимается устройство, накапливающее энергию во вращающейся массе.
Инерционный накопитель состоит из:
а) тела вращения, обладающего значительным моментом инерции — маховика;
б) системы подвода и отвода энергии — трансмиссии.
Разгон маховика происходит при помощи подключения к источнику энергии, после отключения от которого накопленная энергия сохраняется длительное время и при необходимости используется. Инерционный накопитель можно схематично представить как систему «двигатель — маховик — генератор».
Запасенная маховиком кинетическая энергия определяется по формуле:
|
|
где со — угловая скорость, I — момент инерции маховика относительно оси вращения.
Количество энергии, которое может быть безопасно сохранено зависит от допустимых механических напряжений в материале ротора.
at = рг2й)23
где <т, — растягивающее напряжение обода цилиндра (маховика), р — плотность цилиндра (маховика), г-радиус цилиндра (маховика)
Таким образом, чем выше допустимая частота вращения маховика и меньше плотность материала, тем большей
энергоемкостью он будет обладать. Маховики обладающие наибольшей удельной энергоемкостью называют — супермаховиками, благодаря применению углеродных композитов такие маховики имеют допустимую частоту вращения от 20 до 100 тыс. об/мин.
На основе супермаховиков, построены все современные инерционные накопители энергии.
Современная инерционная система состоит из ротора, подвешенного на магнитных подшипниках внутри вакуумной камеры (для уменьшения потерь), жестко связанной с обратимой электрической машиной (двигатель/генератор).
Использование магнитных подшипников позволяет существенно улучшить весогабаритные и энергоемкостные показатели, обеспечивает возможность управления динамикой ротора с маховиком при резких разгонах и торможении, допускает вакуумирование системы для уменьшения аэродинамических потерь.
Передача энергии осуществляется через герметический корпус посредством магнитной муфты, электромагнитного мотор генератора или гидромуфты.
Конструкция современного серийного инерционного накопителя представлена на рис. 4.10
. JTOP
мотора-
генератора
Статор
мотора-
генератора
Рис. 4.10 Конструкция супермаховика
Инерционные накопители инвариантны к месту установки и, в силу большой энергоемкости, компактны. Время реверса мощности определяется возможностью перевода разгонного двигателя в режим генератора (и наоборот) и составляет десятые доли секунды.
Инерционные накопители не чувствительны к изменениям температур как электрохимические аккумуляторы. Быстрая зарядка, долгий срок службы, высокая плотность энергии и мощность — основные достоинства таких систем. КПД до 95%.
Однако наличие вращающихся частей их делают менее надежными й потенциально опасными.
Перспективны для применения в космической технике, на транспорте, в системах, требующих рекуперации энергии, в системах автономного энергоснабжения. Однако широкого распространения не получили. Лишь в последние годы некоторые фирмы на Западе начали работу по внедрению маховичных накопителей энергии в энергосети.