Energiatárolás mozgási energiával - lendkerék

Innen: HamWiki

A lendkerék egy ősrégi találmány lehet. A gőzgépek idejében terjedt el, de a belsőégésű motoroknál is használt.

Tulajdonságai

A lendkerékben tárolt mozgási energia az [math]E = \frac{1}{2}m \cdot v^2[/math] képlet alapján kiszámítható, ha úgy számolunk, hogy

  • m a középponttól adott sugárban található tömeg.
  • v pedig az adott r sugáron található tömeg sebessége. Azaz [math]v = f \cdot 2r \cdot \pi = 2\pi f \cdot r[/math], ahol f a frekvencia (fordulat/másodperc).
  1. függ a lendkerék tömegétől. Ráadásul a középponttól dupla távolságban levő ugyanakkora tömeg dupla energiával rendelkezik.
  2. négyzetesen függ attól, mekkora frenvenciával forgatjuk a tengelyt.

Előnyös tulajdonságai

  • mechanikus energiatárolás.
  • Energiasűrűsége akár 120 Wh/kg is lehet, a Forma-1 KERS-nél 25 Wh/kg energiasűrüséget ért el (kis méret, stb). Azonban igen előnyös, hogy gyorsan képes felvenni, leadni a rendszer az energiát.

Hátrányos tulajdonságai

  • tág határok között változik a fordulatszám.
  • motor/generátor és mellé kapcsolóüzemű tápegység szükséges.
  • a generátor nagyfeszültséget termelhet nagy fordulaton. Ez ÉLETVESZÉLYES, jól el kell szigetelni.
  • a mozgási energiaként tárolt energia ha „elszabadul” (például elreped a lendkerék), akkor igen komoly károkkal kell számolni.
  • coriolis-erő erős hatása, amely a tengelyén gyorsan forgó tömeg esetén igen nagy tehetetlenséggel rendelkező tengelyt eredményez. Lásd: pörgettyű, giroszkóp.
  • fékezéskor illetve gyorsításkor hatás-ellenhatás jelleggel a járműre a haladás irányát eltérítő erők hatnak. Ez a hatás kettő, ellentétesen pörgő lendkerékkel jelentősen lecsökkenthető.

Felhasználás

  • Forgó mozgás során fellépő egyenetlen erőhatások hatásainak csökkentésére.
  • Energiatárolásra (lendkerekes kisautó)
  • KERS (Kinetic Energy Recovery System); Forma-1 kísérletek, fékezés során hirtelen felszabaduló mozgási energia tárolásra, majd gyorsításkor való visszaadására. A mozgási energia egyébként [math]E = \frac{1}{2}m \cdot v^2[/math], ahol m a tömeg, v a sebesség (méter/sec).

Gyakorlati példák, legyártott eszközökről

  • 100 kg, 0,6 méter átmérő, 20.000 fordulat/perc „kis lendkerekes akkumulátor”: 2,7 kWh
  • 3000 kg, 0,5 méter átmérő, 8.000 fordulat/perc „fékezés során csökkenő mozgási energiát tároló lendkerék vonathoz”: 9,1 kWh
  • 600 kg, 0,5 méter átmérő, 30.000 fordulat/perc „áramszünet áthidaló (szünetmentesítő)”: 26 kWh

A fenti energiaértékek nem tűnnek nagyon nagynak, ám ha azt is hozzágondoljuk, hogy a vonat a fékezési energiát a hajtásra nem 1 órán keresztül veszi ki, hanem körülbelül 1 percnyi időre kell az ismételt felgyorsításhoz, akkor belátható, hogy 546 kW „ingyen” teljesítmény áll rendelkezésre a gyorsításhoz.