Et supersvinghjul er en type svinghjul , der bruges i kinetiske energisvinghjulsakkumulatorer til at lagre energi. Sammenlignet med konventionelle svinghjul kan den lagre mere kinetisk energi og er mere sikker at bruge.
Et moderne supersvinghjul er en revolutionerende krop lavet ved at vikle forskellige stærke og fleksible materialer, for eksempel tynde spoler af stål, plastiktape, glasfiber eller kulstofkompositter, på et særligt center - et nav. Dette design sikrer et højt energiforbrug og driftssikkerhed. Når et sådant supersvinghjul bliver ødelagt, splintres det ikke i store fragmenter, som et konventionelt svinghjul, men ødelægges delvist; samtidig bremser de adskilte dele af båndet supersvinghjulet ved friktion mod kroppens indre overflade og forhindrer yderligere ødelæggelse. Et supersvinghjul af grafenbånd er i stand til at lagre op til 1200 Wh (4,4 MJ ) pr. kilogram masse [1] .
Som en del af Flywheel Accumulator of Kinetic Energy arbejder supersvinghjulet sammen med en motorgenerator . Når den er tilsluttet netværket, drejer motorgeneratoren supersvinghjulet, og når en belastning er tilsluttet, sænker den farten. Effektiviteten af denne konvertering når 98 % [2] . For at reducere friktionstab placeres supersvinghjulet i et evakueret hus. Ofte bruges en magnetisk suspension .
Svinghjul som bufferanordninger er blevet brugt siden yngre stenalder, for eksempel i indretningen af et pottemagerhjul [3] . I det 20. århundrede gennemgik svinghjulet en række designændringer, der gjorde det muligt at lagre energi i længere tid. Så for eksempel i 1950'erne blev evakuerede svinghjul brugt i eksperimentel offentlig transport, især gyrobusser blev testet [4] . I 1964 hævdede den sovjetiske ingeniør N.V. Gulia ophavsretten til det første design af et supersvinghjul.
Supersvinghjulet kombinerer holdbarhed, sikkerhed [5] i tilfælde af ødelæggelse, høj effektivitet og rimelig pris. Ulempen ved supersvinghjul er den gyroskopiske effekt på grund af det roterende svinghjuls store vinkelmoment og forhindrer en ændring i retningen af svinghjulets rotationsakse. For at eliminere denne uønskede effekt, når du bruger svinghjul som energilagringsenheder på køretøjer, kan du bruge et svinghjulsophæng i en kardanophæng , men dette komplicerer designet betydeligt.
En yderligere ulempe ved supersvinghjulet er manglen på en gennemprøvet enkel transmission, der gør det muligt at bruge det til transport . I øjeblikket udføres der eksperimenter for at overføre rotationsenergien fra et supersvinghjul til et køretøjs hjul gennem en supervariator . Det er også lovende at bruge et evakueret supersvinghjul på en magnetisk affjedring som kilde til elektricitet.
Oprindeligt planlagde N. V. Gulia at bruge et supersvinghjul som en energilagringsenhed til biler og byggede endda flere prøver af sådanne køretøjer.
I øjeblikket bruges energilagringsenheder baseret på supersvinghjul med succes i andre områder. Beacon Power , grundlagt i USA i 1997 , har taget et væsentligt skridt fremad ved at udvikle en række store stationære supersvinghjul til industrielle kraftapplikationer. Supersvinghjul produceret af Beacon Power er afhængigt af modellen i stand til at lagre energi på 6 og 25 kWh og levere effekt på henholdsvis 2 og 200 kW.
Det amerikanske firma forventer at sælge dem til lokale virksomheder, samt selv levere en "frekvenskontrol"-tjeneste. Byggeriet af et 20 MW supersvinghjulsreguleringskraftværk begyndte i slutningen af 2009 [6] . Fordi det amerikanske elnet eksisterer med mange lokale energileverandører og et åbent energimarked, skaber behovet for strømregulering mange problemer, som virksomheden håber at løse: lagring af "overskuds" energi, når efterspørgslen falder; genopfyldning af mangler under forbrugstoppe; gældende frekvensregulering. Super svinghjul viklet af kulfiber viste sig dog at være ekstremt upålidelige, de brast pludselig med en "eksplosiv effekt" af høj effekt selv ved driftsfrekvensen.
Under den videnskabelige vejledning af N.V. Gulia skabte KEST [7] sin egen version af stationære lagringsenheder for kinetisk energi baseret på supersvinghjul lavet af højstyrkeståltape. Et sådant drev er i stand til at lagre energi op til 20 kWh og levere strøm op til 1000 kW. Under forholdene på det russiske marked er en klynge af flere sådanne drev i stand til at udligne den daglige heterogenitet af den elektriske belastning i hele regionen og erstatte dyre og omfangsrige pumpekraftværker .
På trods af at svinghjulsdrevne køretøjer ikke er blevet udbredt, er transport stadig en af de mest attraktive anvendelser for supersvinghjul. Især taler vi om jernbanetransport. Ved opbremsning af både person- og godstog går der en enorm mængde energi til spilde. Et supersvinghjul, der er forbundet til det samme elektriske netværk med toget, er i stand til at opfange og lagre bremseenergi og senere frigive den til netværket for at accelerere toget. Energi "sparet" på denne måde vil reducere forbruget med 30 % eller mere [8] .
Derudover kan supersvinghjul bruges til at sikre uafbrudt strømforsyning til objekter med højere ansvarsniveauer. Supersvinghjulets egenskaber giver en enhedsreaktion på niveauet hundrededele af et sekund, så du ikke kan afbryde strømforsyningen selv i et sekund.