Energiatárolás mozgási energiával - lendkerék

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.