Ett supersvänghjul är en typ av svänghjul som används i Kinetic Energy Svänghjulsackumulatorer för att lagra energi. Jämfört med konventionella svänghjul kan den lagra mer kinetisk energi och är säkrare att använda.
Ett modernt supersvänghjul är en revolutionskropp gjord genom att linda olika starka och flexibla material, till exempel tunna spolar av stål, plasttejp, glasfiber eller kolkompositer, på ett speciellt centrum - ett nav. Denna design säkerställer hög energiförbrukning och driftsäkerhet. När ett sådant supersvänghjul förstörs splittras det inte i stora fragment, som ett konventionellt svänghjul, utan förstörs delvis; samtidigt saktar de separerade delarna av tejpen ner supersvänghjulet genom friktion mot kroppens inre yta och förhindrar ytterligare förstörelse. Ett supersvänghjul av grafenband kan lagra upp till 1200 Wh (4,4 MJ ) per kilogram massa [1] .
Som en del av Flywheel Accumulator of Kinetic Energy arbetar supersvänghjulet tillsammans med en motorgenerator . När den är ansluten till nätverket snurrar motorgeneratorn supersvänghjulet, och när en last är ansluten saktar den ner. Effektiviteten för denna omvandling når 98 % [2] . För att minska friktionsförlusterna placeras supersvänghjulet i ett evakuerat hölje. Ofta används en magnetisk upphängning .
Svänghjul som buffertanordningar har använts sedan yngre stenåldern, till exempel i anordningen av ett krukmakarhjul [3] . Under 1900-talet genomgick svänghjulet ett antal designförändringar som gjorde det möjligt att lagra energi under en avsevärd tid. Så, till exempel, på 1950-talet användes evakuerade svänghjul i experimentell kollektivtrafik, i synnerhet testades gyrobussar [4] . 1964 hävdade den sovjetiska ingenjören N.V. Gulia upphovsrätten för den första designen av ett supersvänghjul.
Supersvänghjulet kombinerar hållbarhet, säkerhet [5] vid förstörelse, hög effektivitet och rimligt pris. Nackdelen med supersvänghjul är den gyroskopiska effekten, på grund av det stora vinkelmomentet hos det roterande svänghjulet och förhindrar en förändring i riktningen för svänghjulets rotationsaxel. För att eliminera denna oönskade effekt när du använder svänghjul som energilagringsenheter på fordon kan du använda en svänghjulsupphängning i en kardanupphängning , men detta komplicerar designen avsevärt.
En ytterligare nackdel med supersvänghjulet är avsaknaden av en beprövad enkel transmission som gör att den kan användas i transporter . För närvarande genomförs experiment för att överföra rotationsenergin från ett supersvänghjul till hjulen på ett fordon genom en supervariator . Det är också lovande att använda ett evakuerat supersvänghjul på en magnetisk upphängning som en källa till elektricitet.
Ursprungligen planerade N. V. Gulia att använda ett supersvänghjul som en energilagringsenhet för bilar och byggde till och med flera prover av sådana fordon.
För närvarande används energilagringsenheter baserade på supersvänghjul framgångsrikt inom andra områden. Beacon Power , som grundades i USA 1997 , har tagit ett betydande steg framåt genom att utveckla en serie stora stationära supersvänghjul för industriella krafttillämpningar. Supersvänghjul producerade av Beacon Power kan, beroende på modell, lagra energi på 6 respektive 25 kWh och leverera effekt på 2 respektive 200 kW.
Det amerikanska företaget räknar med att sälja dem till lokala företag, samt tillhandahålla en "frekvenskontroll"-tjänst själv. Byggandet av ett 20 MW supersvänghjulsreglerande kraftverk påbörjades i slutet av 2009 [6] . Eftersom det amerikanska elnätet finns med många lokala energileverantörer och en öppen energimarknad skapar behovet av kraftreglering många problem som företaget hoppas kunna lösa: lagring av "överskottsenergi" när efterfrågan sjunker; påfyllning av brister under konsumtionstoppar; nuvarande frekvensreglering. Supersvänghjul lindade av kolfiber visade sig dock vara extremt opålitliga, de sprack plötsligt med en "explosiv effekt" av hög effekt även vid arbetsfrekvensen.
Under vetenskaplig ledning av N.V. Gulia skapade KEST [7] sin egen version av stationära lagringsenheter för kinetisk energi baserade på supersvänghjul gjorda av höghållfast ståltejp. En sådan enhet kan lagra energi upp till 20 kWh och ge effekt upp till 1000 kW. Under förhållandena på den ryska marknaden kan ett kluster av flera sådana enheter utjämna den dagliga heterogeniteten i den elektriska belastningen i hela regionen, och ersätta dyra och skrymmande pumpkraftverk .
Trots att svänghjulsdrivna fordon inte har blivit utbredda är transport fortfarande en av de mest attraktiva tillämpningarna för supersvänghjul. I synnerhet talar vi om järnvägstransporter. Vid bromsning av både person- och godståg slösas en enorm mängd energi. Ett supersvänghjul som är anslutet till samma elektriska nätverk som tåget kan fånga upp och lagra bromsenergi, och senare släppa den till nätet för att accelerera tåget. Energi "sparad" på detta sätt kommer att minska förbrukningen med 30 % eller mer [8] .
Dessutom kan supersvänghjul användas för att säkerställa oavbruten strömförsörjning till objekt med högre ansvarsnivå. Supersvänghjulets egenskaper ger ett enhetssvar i nivå med hundradelar av en sekund, vilket gör att du inte kan avbryta strömförsörjningen ens för en sekund.