Armazenamento de energia do volante - Flywheel energy storage

O armazenamento de energia do volante ( FES ) funciona acelerando um rotor ( volante ) a uma velocidade muito alta e mantendo a energia no sistema como energia rotacional . Quando a energia é extraída do sistema, a velocidade de rotação do volante é reduzida em decorrência do princípio de conservação de energia ; adicionar energia ao sistema resulta correspondentemente em um aumento na velocidade do volante.

A maioria dos sistemas FES usa eletricidade para acelerar e desacelerar o volante, mas dispositivos que usam energia mecânica diretamente estão sendo desenvolvidos.

Os sistemas FES avançados têm rotores feitos de compostos de fibra de carbono de alta resistência, suspensos por rolamentos magnéticos e girando a velocidades de 20.000 a mais de 50.000 rpm em um gabinete a vácuo. Esses volantes podem ganhar velocidade em questão de minutos - atingindo sua capacidade de energia muito mais rapidamente do que outras formas de armazenamento.

Componentes principais

Um sistema típico consiste em um volante apoiado em um rolamento de elemento rolante conectado a um motor-gerador . O volante e, às vezes, o motor-gerador podem ser colocados em uma câmara de vácuo para reduzir o atrito e reduzir a perda de energia.

Os sistemas de armazenamento de energia com volante de primeira geração usam um grande volante de aço girando sobre rolamentos mecânicos. Os sistemas mais novos usam rotores compostos de fibra de carbono que têm uma resistência à tração maior do que o aço e podem armazenar muito mais energia para a mesma massa .

Para reduzir o atrito , às vezes são usados rolamentos magnéticos em vez de rolamentos mecânicos .

Possível uso futuro de rolamentos supercondutores

As despesas com refrigeração levaram à dispensa antecipada de supercondutores de baixa temperatura para uso em rolamentos magnéticos. No entanto, rolamentos supercondutores de alta temperatura (HTSC) podem ser econômicos e podem estender o tempo que a energia pode ser armazenada economicamente. É mais provável que os sistemas de rolamentos híbridos sejam usados ​​primeiro. Os rolamentos supercondutores de alta temperatura têm historicamente problemas para fornecer as forças de levantamento necessárias para os projetos maiores, mas podem facilmente fornecer uma força estabilizadora. Portanto, em rolamentos híbridos, ímãs permanentes suportam a carga e supercondutores de alta temperatura são usados ​​para estabilizá-la. A razão pela qual os supercondutores podem funcionar bem para estabilizar a carga é porque eles são diaímãs perfeitos . Se o rotor tentar desviar do centro, uma força restauradora devido à fixação do fluxo o restaura. Isso é conhecido como rigidez magnética do rolamento. A vibração do eixo de rotação pode ocorrer devido à baixa rigidez e amortecimento, que são problemas inerentes aos ímãs supercondutores, impedindo o uso de rolamentos magnéticos totalmente supercondutores para aplicações de volante.

Visto que a pinagem de fluxo é um fator importante para fornecer a força de estabilização e elevação, o HTSC pode ser feito muito mais facilmente para FES do que para outros usos. Os pós de HTSC podem ser formados em formas arbitrárias, desde que a fixação do fluxo seja forte. Um desafio contínuo que deve ser superado antes que os supercondutores possam fornecer a força de levantamento total para um sistema FES é encontrar uma maneira de suprimir a diminuição da força de levitação e a queda gradual do rotor durante a operação causada pela fluência do fluxo do material supercondutor.

Características físicas

Em geral

Em comparação com outras formas de armazenar eletricidade, os sistemas FES têm longa vida útil (durando décadas com pouca ou nenhuma manutenção; a vida útil do ciclo completo cotada para volantes varia de mais de 10 ⁵ , até 10 ⁷ , ciclos de uso), alta energia específica (100–130 W · h / kg ou 360–500 kJ / kg) e grande saída de potência máxima. A eficiência energética ( proporção de energia de saída por energia de entrada ) dos volantes, também conhecida como eficiência de ida e volta, pode chegar a 90%. As capacidades típicas variam de 3  kWh a 133 kWh. O carregamento rápido de um sistema ocorre em menos de 15 minutos. As altas energias específicas frequentemente citadas com volantes podem ser um pouco enganosas, pois os sistemas comerciais construídos têm uma energia específica muito mais baixa, por exemplo, 11 W · h / kg ou 40 kJ / kg.

Forma de armazenamento de energia

Momento de inércia :	${\ displaystyle J_ {m} = \ int _ {m} r ^ {2} \, \ mathrm {d} m}$
Velocidade angular :	${\ displaystyle \ omega _ {m} = 2 \ pi \ cdot n_ {m}}$
Energia rotacional armazenada :	${\ displaystyle W _ {\ text {kin}} = {\ frac {1} {2}} J_ {m} \ omega ^ {2}}$

Aqui está a integral da massa do volante e é a velocidade de rotação (número de revoluções por segundo). ${\ displaystyle m}$${\ displaystyle n_ {m}}$

Energia especifica

A energia específica máxima de um rotor de volante depende principalmente de dois fatores: o primeiro sendo a geometria do rotor e o segundo sendo as propriedades do material que está sendo usado. Para rotores isotrópicos de material único, esta relação pode ser expressa como

${\ displaystyle {\ frac {E} {m}} = K \ left ({\ frac {\ sigma} {\ rho}} \ right),}$

Onde

${\ displaystyle E}$ é a energia cinética do rotor [J],

${\ displaystyle m}$ é a massa do rotor [kg],

${\ displaystyle K}$ é o fator de forma geométrica do rotor [adimensional],

${\ displaystyle \ sigma}$ é a resistência à tração do material [Pa],

${\ displaystyle \ rho}$é a densidade do material [kg / m ³ ].

Geometria (fator de forma)

O maior valor possível para o fator de forma de um rotor de volante é , que pode ser alcançado apenas pela geometria teórica do disco de tensão constante . Uma geometria de disco de espessura constante tem um fator de forma de , enquanto para uma haste de espessura constante o valor é . Um cilindro fino tem um fator de forma de . Para a maioria dos volantes com eixo, o fator de forma é inferior ou próximo . Um projeto sem eixo tem um fator de forma semelhante a um disco de espessura constante ( ), que permite uma densidade de energia dobrada. ${\ displaystyle K = 1}$${\ displaystyle K = 0,606}$${\ displaystyle K = 0,333}$${\ displaystyle K = 0,5}$${\ textstyle K = 0,333}$${\ textstyle K = 0,6}$

Propriedades do material

Para armazenamento de energia, materiais com alta resistência e baixa densidade são desejáveis. Por esta razão, materiais compostos são freqüentemente usados ​​em volantes avançados. A relação resistência-densidade de um material pode ser expressa em Wh / kg (ou Nm / kg); valores superiores a 400 Wh / kg podem ser alcançados por certos materiais compostos.

Materiais do rotor

Vários rotores de volante modernos são feitos de materiais compostos. Os exemplos incluem o volante de composto de fibra de carbono da Beacon Power Corporation e o volante do motor PowerThru da Phillips Service Industries. Alternativamente, Calnetix utiliza aço de alto desempenho de grau aeroespacial em sua construção de volante.

Para esses rotores, a relação entre as propriedades do material, geometria e densidade de energia pode ser expressa usando uma abordagem de média ponderada.

Resistência à tração e modos de falha

Um dos principais limites do projeto do volante é a resistência à tração do rotor. De modo geral, quanto mais forte o disco, mais rápido ele pode ser girado e mais energia o sistema pode armazenar. (Tornar o volante mais pesado sem um aumento correspondente na força diminuirá a velocidade máxima que o volante pode girar sem se romper, portanto, não aumentará a quantidade total de energia que o volante pode armazenar.)

Quando a resistência à tração da capa de ligação externa de um volante composto é excedida, a capa de ligação se quebra e a roda se estilhaça quando a compressão da roda externa é perdida em torno de toda a circunferência, liberando toda a sua energia armazenada de uma vez; isso é comumente referido como "explosão do volante", uma vez que os fragmentos da roda podem atingir energia cinética comparável à de uma bala. Os materiais compostos que são enrolados e colados em camadas tendem a se desintegrar rapidamente, primeiro em filamentos de pequeno diâmetro que se enredam e desaceleram uns aos outros, e depois em pó incandescente; um volante de metal fundido lança grandes pedaços de estilhaços de alta velocidade.

Para um volante de metal fundido , o limite de falha é a força de ligação dos limites de grão do metal moldado policristalino . O alumínio, em particular, sofre de fadiga e pode desenvolver microfraturas devido ao alongamento repetido de baixa energia. Forças angulares podem fazer com que porções de um volante de metal se dobrem para fora e comecem a se arrastar no recipiente de contenção externo ou se separem completamente e saltem aleatoriamente em torno do interior. O resto do volante agora está gravemente desequilibrado, o que pode levar a uma rápida falha do rolamento devido à vibração e à fratura repentina por choque de grandes segmentos do volante.

Os sistemas de volante tradicionais requerem fortes recipientes de contenção como precaução de segurança, o que aumenta a massa total do dispositivo. A liberação de energia da falha pode ser amortecida com um revestimento interno de corpo líquido gelatinoso ou encapsulado, que ferverá e absorverá a energia de destruição. Ainda assim, muitos clientes de sistemas de armazenamento de energia de volante em grande escala preferem tê-los embutidos no solo para deter qualquer material que possa escapar do recipiente de contenção.

Eficiência de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia do volante usando rolamentos mecânicos podem perder de 20% a 50% de sua energia em duas horas. Muito do atrito responsável por essa perda de energia resulta da mudança de orientação do volante devido à rotação da Terra (um efeito semelhante ao mostrado por um pêndulo de Foucault ). Essa mudança de orientação é resistida pelas forças giroscópicas exercidas pelo momento angular do volante, exercendo assim uma força contra os rolamentos mecânicos. Essa força aumenta o atrito. Isso pode ser evitado alinhando o eixo de rotação do volante paralelo ao eixo de rotação da Terra.

Por outro lado, volantes com rolamentos magnéticos e alto vácuo podem manter 97% de eficiência mecânica e 85% de eficiência de ida e volta.

Efeitos do momento angular em veículos

Quando usados ​​em veículos, os volantes também atuam como giroscópios , uma vez que seu momento angular é tipicamente de uma ordem de magnitude semelhante às forças que atuam no veículo em movimento. Esta propriedade pode ser prejudicial às características de manuseio do veículo ao fazer curvas ou dirigir em terreno acidentado; dirigir para o lado de um aterro inclinado pode fazer com que as rodas levantem parcialmente do solo, pois o volante se opõe às forças de inclinação lateral. Por outro lado, esta propriedade pode ser utilizada para manter o carro equilibrado de modo a evitar que vire durante curvas fechadas.

Quando um volante é usado inteiramente para seus efeitos na atitude de um veículo, em vez de para armazenamento de energia, é chamado de roda de reação ou giroscópio de momento de controle .

A resistência da inclinação angular pode ser removida quase completamente montando o volante dentro de um conjunto de cardan adequadamente aplicado , permitindo que o volante retenha sua orientação original sem afetar o veículo (consulte Propriedades de um giroscópio ). Isso não evita a complicação do bloqueio do cardan e, portanto, é necessário um meio-termo entre o número de cardan e a liberdade angular.

O eixo central do volante atua como um único cardan e, se alinhado verticalmente, permite 360 ​​graus de guinada em um plano horizontal. No entanto, por exemplo, subir uma colina requer um segundo gimbal de inclinação e dirigir na lateral de um aterro inclinado requer um terceiro gimbal de giro.

Gimbals de movimento completo

Embora o próprio volante possa ter um formato de anel plano, uma montagem de gimbal de movimento livre dentro de um veículo requer um volume esférico para que o volante gire livremente dentro. Deixado por conta própria, um volante giratório em um veículo teria precessão lenta seguindo a rotação da Terra, e precessão ainda mais em veículos que viajam longas distâncias sobre a superfície esférica curva da Terra.

Um gimbal de movimento completo tem problemas adicionais de como comunicar energia para dentro e para fora do volante, uma vez que o volante poderia virar completamente uma vez por dia, precessando conforme a Terra gira. A rotação livre completa exigiria anéis deslizantes em torno de cada eixo do cardan para condutores de energia, aumentando ainda mais a complexidade do projeto.

Gimbals de movimento limitado

Para reduzir o uso de espaço, o sistema de gimbal pode ter um projeto de movimento limitado, usando amortecedores para amortecer movimentos rápidos súbitos dentro de um certo número de graus de rotação angular fora do plano e, então, gradualmente forçando o volante a adotar o do veículo orientação atual. Isso reduz o espaço de movimento do gimbal em torno de um volante em forma de anel de uma esfera cheia para um cilindro curto e espesso, abrangendo, por exemplo, ± 30 graus de passo e ± 30 graus de rotação em todas as direções ao redor do volante.

Contrabalançar o momento angular

Uma solução alternativa para o problema é ter dois volantes unidos girando sincronicamente em direções opostas. Eles teriam um momento angular total de zero e nenhum efeito giroscópico. Um problema com esta solução é que quando a diferença entre o momento de cada volante é qualquer outra coisa diferente de zero, o alojamento dos dois volantes exibiria torque. Ambas as rodas devem ser mantidas na mesma velocidade para manter a velocidade angular em zero. A rigor, os dois volantes exerceriam um grande momento de torque no ponto central, tentando dobrar o eixo. No entanto, se o eixo fosse suficientemente forte, nenhuma força giroscópica teria um efeito líquido no contêiner selado, portanto, nenhum torque seria percebido.

Para equilibrar ainda mais as forças e espalhar a tensão, um único volante grande pode ser equilibrado por dois volantes com metade do tamanho em cada lado, ou os volantes podem ser reduzidos em tamanho para ser uma série de camadas alternadas girando em direções opostas. No entanto, isso aumenta a complexidade do alojamento e do rolamento.

Formulários

Transporte

Automotivo

Na década de 1950, ônibus movidos a volante, conhecidos como giroscópios , eram usados ​​em Yverdon ( Suíça ) e Ghent ( Bélgica ) e há pesquisas em andamento para fazer sistemas de volante menores, mais leves, mais baratos e de maior capacidade. Espera-se que os sistemas de volante possam substituir as baterias químicas convencionais para aplicações móveis, como para veículos elétricos. Os sistemas de volante propostos eliminariam muitas das desvantagens dos sistemas de energia de bateria existentes, como baixa capacidade, longos tempos de carga, peso pesado e vida útil curta. Volantes podem ter sido usados ​​no Chrysler Patriot experimental , embora isso tenha sido contestado.

Volantes também foram propostos para uso em transmissões continuamente variáveis . A Punch Powertrain está atualmente trabalhando em tal dispositivo.

Durante a década de 1990, a Rosen Motors desenvolveu um trem de força automotivo híbrido movido a turbina a gás usando um volante de 55.000 rpm para fornecer explosões de aceleração que o pequeno motor de turbina a gás não poderia fornecer. O volante também armazenava energia por meio da frenagem regenerativa . O volante era composto de um cubo de titânio com um cilindro de fibra de carbono e foi montado no gimbal para minimizar os efeitos giroscópicos adversos no manuseio do veículo. O protótipo do veículo foi testado em estradas com sucesso em 1997, mas nunca foi produzido em massa.

Em 2013, a Volvo anunciou um sistema de volante instalado no eixo traseiro de seu sedã S60. A ação de frenagem faz o volante girar em até 60.000 rpm e para o motor dianteiro. A energia do volante é aplicada por meio de uma transmissão especial para fornecer energia parcial ou total ao veículo. O volante de fibra de carbono de 20 centímetros (7,9 pol.) E 6 quilogramas (13 lb) gira no vácuo para eliminar o atrito. Quando associado a um motor de quatro cilindros, oferece uma redução de até 25 por cento no consumo de combustível em comparação com um turbo de seis cilindros de desempenho comparável, proporcionando um aumento de 80 cavalos (60 kW) e permitindo chegar a 100 quilômetros por hora (62 mph ) em 5,5 segundos. A empresa não anunciou planos específicos para incluir a tecnologia em sua linha de produtos.

Em julho de 2014, a GKN adquiriu a divisão Williams Hybrid Power (WHP) e pretende fornecer 500 sistemas de volante elétrico Gyrodrive de fibra de carbono para operadores de ônibus urbanos nos próximos dois anos. Como o nome do antigo desenvolvedor indica, eles foram originalmente projetados para aplicações de corrida de Fórmula um . Em setembro de 2014, a Oxford Bus Company anunciou que está introduzindo 14 ônibus híbridos Gyrodrive da Alexander Dennis em sua operação Brookes Bus.

Veículos ferroviários

Os sistemas de volante têm sido usados ​​experimentalmente em pequenas locomotivas elétricas para manobras ou comutação , por exemplo, a Locomotiva Gyro Sentinel-Oerlikon . Locomotivas elétricas maiores, por exemplo, British Rail Classe 70 , às vezes foram equipadas com impulsionadores do volante para transportá-los sobre as lacunas no terceiro trilho . Volantes avançados, como o pacote de 133 kWh da Universidade do Texas em Austin , podem levar um trem desde a partida em pé até a velocidade de cruzeiro.

O Parry People Mover é um vagão movido a um volante. Foi testado aos domingos por 12 meses na Stourbridge Town Branch Line em West Midlands , Inglaterra , durante 2006 e 2007, e deveria ser introduzido como um serviço completo pela operadora de trens London Midland em dezembro de 2008, uma vez que duas unidades fossem encomendadas. Em janeiro de 2010, as duas unidades já estavam em operação.

Eletrificação ferroviária

O FES pode ser usado no lado da linha de ferrovias eletrificadas para ajudar a regular a tensão da linha, melhorando assim a aceleração de trens elétricos não modificados e a quantidade de energia recuperada de volta para a linha durante a frenagem regenerativa , reduzindo assim as contas de energia. Os testes ocorreram em Londres, Nova York, Lyon e Tóquio, e a Long Island Rail Road de Nova York está investindo $ 5,2 milhões em um projeto piloto na linha West Hempstead Branch da LIRR . Esses testes e sistemas armazenam energia cinética em rotores que consistem em um cilindro composto de vidro de carbono embalado com pó de neodímio-ferro-boro que forma um ímã permanente. Estes giram a até 37800 rev / min, e cada unidade de 100 kW pode armazenar 11 megajoules (3,1 kWh) de energia reutilizável, aproximadamente o suficiente para acelerar um peso de 200 toneladas métricas de zero a 38 km / h.

Fontes de alimentação ininterrupta

Os sistemas de armazenamento de energia do volante em produção em 2001 têm capacidades de armazenamento comparáveis ​​às baterias e taxas de descarga mais rápidas. Eles são usados ​​principalmente para fornecer nivelamento de carga para grandes sistemas de bateria, como uma fonte de alimentação ininterrupta para data centers, pois economizam uma quantidade considerável de espaço em comparação com os sistemas de bateria.

A manutenção do volante em geral custa cerca da metade do custo dos sistemas tradicionais de no-break com bateria. A única manutenção é uma rotina de manutenção preventiva anual básica e substituição dos rolamentos a cada cinco a dez anos, o que leva cerca de quatro horas. Os sistemas de volante mais recentes levitam completamente a massa giratória usando rolamentos magnéticos livres de manutenção , eliminando assim a manutenção e as falhas dos rolamentos mecânicos.

Os custos de uma UPS volante totalmente instalada (incluindo o condicionamento de energia) são (em 2009) cerca de US $ 330 por quilowatt (para 15 segundos de capacidade de carga total).

Laboratórios de teste

Um nicho de mercado de longa data para sistemas de energia do volante são instalações onde disjuntores e dispositivos semelhantes são testados: até mesmo um pequeno disjuntor doméstico pode ser classificado para interromper uma corrente de10 000 ou mais amperes e unidades maiores podem ter interrompendo classificações de100 000 ou1 000 000 amperes. As enormes cargas transitórias produzidas ao forçar deliberadamente esses dispositivos a demonstrar sua capacidade de interromper curtos-circuitos simulados teriam efeitos inaceitáveis ​​na rede local se esses testes fossem feitos diretamente da energia do prédio. Normalmente, esse tipo de laboratório terá vários grupos motores-geradores grandes, que podem ser girados para aumentar a velocidade durante vários minutos; então o motor é desconectado antes que um disjuntor seja testado.

Laboratórios de física

Os experimentos de fusão Tokamak precisam de correntes muito altas por breves intervalos (principalmente para alimentar grandes eletroímãs por alguns segundos).

• O JET ( Joint European Torus ) tem dois volantes de 775 toneladas (instalados em 1981) que giram até 225 rpm. Cada volante armazena 3,75 GJ e pode fornecer até 400 MW.
• O Experimento Helicamente Simétrico da Universidade de Wisconsin-Madison tem 18 volantes de uma tonelada, que são girados a 10.000 rpm usando motores de trem elétrico adaptados.
• ASDEX tem 3 geradores volantes.
• DIII-D (tokamak) na General Atomics
• o Princeton Large Torus (PLT) no Laboratório de Física de Plasma de Princeton

Além disso, o síncrotron não tokamak: Nimrod no Laboratório Rutherford Appleton tinha dois volantes de 30 toneladas.

Sistemas de lançamento de aeronaves

O porta-aviões da classe Gerald R. Ford usará volantes para acumular energia da fonte de alimentação do navio, para liberação rápida no sistema eletromagnético de lançamento da aeronave . O sistema de energia de bordo não pode, por si só, fornecer os transientes de alta potência necessários para o lançamento de aeronaves. Cada um dos quatro rotores armazenará 121 MJ (34 kWh) a 6400 rpm. Eles podem armazenar 122 MJ (34 kWh) em 45 segundos e liberá-lo em 2-3 segundos. As densidades de energia do volante são 28 kJ / kg (8 W · h / kg); incluindo os estatores e gabinetes, isso cai para 18,1 kJ / kg (5 W · h / kg), excluindo o quadro de torque.

Volante NASA G2 para armazenamento de energia de espaçonaves

Este foi um projeto financiado pelo Glenn Research Center da NASA e destinado a testes de componentes em um ambiente de laboratório. Ele usava um aro de fibra de carbono com um cubo de titânio projetado para girar a 60.000 rpm, montado em rolamentos magnéticos. O peso foi limitado a 250 libras. O armazenamento foi de 525 W-h (1,89 MJ) e pode ser carregado ou descarregado a 1 kW. O modelo de trabalho mostrado na fotografia no topo da página funcionou a 41.000 rpm em 2 de setembro de 2004.

Passeios de diversão

A montanha-russa Montezooma's Revenge em Knott's Berry Farm foi a primeira montanha-russa lançada com volante no mundo e é a última atração desse tipo ainda em operação nos Estados Unidos. O passeio usa um volante de 7,6 toneladas para acelerar o trem a 55 milhas por hora (89 km / h) em 4,5 segundos.

A montanha-russa Incredible Hulk nas Ilhas da Aventura da Universal apresenta um lançamento morro acima em rápida aceleração, em oposição à queda típica da gravidade. Isso é conseguido por meio de motores de tração potentes que jogam o carro na pista. Para atingir a breve corrente muito alta necessária para acelerar um trem montanha-russa completo até a velocidade máxima em subida, o parque utiliza vários grupos geradores a motor com volantes grandes. Sem essas unidades de energia armazenada, o parque teria que investir em uma nova subestação ou arriscaria a indisponibilidade da rede de energia local toda vez que a atração fosse lançada.

Potência de pulso

Os Sistemas de Armazenamento de Energia Flywheel (FESS) são encontrados em uma variedade de aplicações, desde gerenciamento de energia conectado à rede até fontes de alimentação ininterrupta. Com o avanço da tecnologia, há uma rápida renovação envolvida na aplicação do FESS. Os exemplos incluem armas de alta potência, trens de força de aeronaves e sistemas de energia de bordo, onde o sistema requer uma potência muito alta por um curto período de alguns segundos e até milissegundos. Alternador pulsado compensado (compulsador) é uma das escolhas mais populares de fontes de energia pulsadas para reatores de fusão, lasers pulsados ​​de alta potência e lançadores eletromagnéticos de hipervelocidade por causa de sua alta densidade de energia e densidade de potência, que geralmente é projetada para o FESS. Compulsadores ( alternadores de baixa indutância) agem como capacitores, eles podem ser girados para fornecer energia pulsada para railguns e lasers. Em vez de ter um volante e gerador separados, apenas o grande rotor do alternador armazena energia. Veja também gerador homopolar .

Esportes motorizados

Usando uma transmissão continuamente variável (CVT), a energia é recuperada do trem de força durante a frenagem e armazenada em um volante. Esta energia armazenada é então usada durante a aceleração, alterando a proporção do CVT. Em aplicações de esportes motorizados, essa energia é usada para melhorar a aceleração em vez de reduzir as emissões de dióxido de carbono - embora a mesma tecnologia possa ser aplicada a carros de rua para melhorar a eficiência do combustível .

O Automobile Club de l'Ouest , o organizador do evento anual 24 Horas de Le Mans e do Le Mans Series , está atualmente "estudando regras específicas para LMP1, que será equipado com um sistema de recuperação de energia cinética."

A Williams Hybrid Power, uma subsidiária da equipe Williams F1 Racing, forneceu à Porsche e à Audi um sistema híbrido baseado no volante do Porsche 911 GT3 R Hybrid e R18 e-Tron Quattro da Audi. A vitória da Audi em 2012 nas 24 Horas de Le Mans é a primeira para um veículo híbrido (diesel-elétrico).

Armazenamento de energia da rede

Os volantes às vezes são usados ​​como reserva giratória de curto prazo para a regulação momentânea da frequência da rede e o equilíbrio de mudanças repentinas entre o fornecimento e o consumo. Sem emissões de carbono, tempos de resposta mais rápidos e capacidade de comprar energia fora dos horários de pico estão entre as vantagens do uso de volantes em vez de fontes tradicionais de energia, como turbinas a gás natural. A operação é muito semelhante a baterias na mesma aplicação, suas diferenças são principalmente econômicas.

Beacon Power abriu uma usina de armazenamento de energia de volante de 5 MWh (20 MW em 15 minutos) em Stephentown, Nova York em 2011, usando 200 volantes e um sistema semelhante de 20 MW em Hazle Township, Pensilvânia em 2014.

Uma instalação de armazenamento de volante de 0,5 MWh (2 MW por 15 min) em Minto , Ontário, Canadá, foi inaugurada em 2014. O sistema de volante (desenvolvido pela NRStor ) usa 10 volantes de aço giratórios sobre rolamentos magnéticos.

Cinética âmbar, Inc . tem um contrato com a Pacific Gas and Electric (PG&E) para uma instalação de armazenamento de energia de volante de 20 MW / 80 MWh localizada em Fresno, CA com uma duração de descarga de quatro horas.

Turbinas eólicas

Volantes podem ser usados ​​para armazenar energia gerada por turbinas eólicas durante os períodos de pico ou durante altas velocidades do vento.

Em 2010, a Beacon Power começou a testar seu sistema de armazenamento de energia do volante do motor Smart Energy 25 (Gen 4) em um parque eólico em Tehachapi, Califórnia . O sistema fazia parte de um projeto de demonstração de energia eólica / volante em execução para a Comissão de Energia da Califórnia.

Brinquedos

Motores de fricção usados ​​para mover muitos carros de brinquedo , caminhões, trens, brinquedos de ação e outros, são motores de volante simples.

Alternar pressionamentos de ação

Na indústria, as prensas de ação alternada ainda são populares. O arranjo usual envolve um virabrequim muito forte e uma biela resistente que aciona a prensa. Volantes grandes e pesados ​​são acionados por motores elétricos, mas giram o virabrequim apenas quando as embreagens são ativadas.

Comparação com baterias elétricas

Os volantes não são afetados adversamente pelas mudanças de temperatura, podem operar em uma faixa de temperatura muito mais ampla e não estão sujeitos a muitas das falhas comuns das baterias recarregáveis químicas . Eles também são menos potencialmente prejudiciais ao meio ambiente, sendo em grande parte feitos de materiais inertes ou benignos. Outra vantagem dos volantes é que por uma simples medição da velocidade de rotação é possível saber a quantidade exata de energia armazenada.

Ao contrário da maioria das baterias que operam apenas por um período finito (por exemplo, cerca de 36 meses no caso das baterias de polímero de íon de lítio ), um volante tem potencialmente uma vida útil indefinida. Volantes construídos como parte dos motores a vapor James Watt têm funcionado continuamente por mais de duzentos anos. Exemplos funcionais de volantes antigos usados ​​principalmente em moagem e cerâmica podem ser encontrados em muitos locais na África, Ásia e Europa.

A maioria dos volantes modernos são dispositivos vedados que precisam de manutenção mínima ao longo de sua vida útil. Volantes com rolamentos magnéticos em gabinetes a vácuo, como o modelo da NASA mostrado acima, não precisam de manutenção de rolamentos e, portanto, são superiores às baterias em termos de vida útil total e capacidade de armazenamento de energia. Os sistemas de volante com rolamentos mecânicos terão vida útil limitada devido ao desgaste.

Volantes de alto desempenho podem explodir, matando transeuntes com estilhaços de alta velocidade. Embora as baterias possam pegar fogo e liberar toxinas, geralmente há tempo para os transeuntes fugirem e escaparem dos ferimentos.

O arranjo físico das baterias pode ser projetado para corresponder a uma ampla variedade de configurações, enquanto um volante no mínimo deve ocupar uma certa área e volume, porque a energia que armazena é proporcional à sua massa angular e ao quadrado de sua velocidade de rotação. À medida que o volante fica menor, sua massa também diminui, então a velocidade deve aumentar e a tensão nos materiais aumenta. Onde as dimensões são uma restrição (por exemplo, sob o chassi de um trem), um volante pode não ser uma solução viável.

Veja também

Referências

Leitura adicional

• Beacon Power se aplica a concessões do DOE para financiar até 50% de duas usinas de armazenamento de energia de 20 MW, 1º de setembro de 2009 [1]
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links externos

• Tecnologia de armazenamento de energia Boeing Flywheel
• Alerta de tecnologia federal, armazenamento de energia do volante
• Artigo magnetal para seu sistema de armazenamento de energia verde - GESS
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