В первой части я кратко описал причину, по которой маховик до сих пор не стал «аккумулятором будущего».
Однако, одно из преимуществ маховика – способность без ущерба самому себе отдавать огромную энергию за маленький промежуток времени. Этакий механический конденсатор. Получается, он и аккумулятор, и конденсатор в одном лице. Вот это свойство и используется сейчас в промышленности и технике.
Практически все дата-центры используют системы динамического источника бесперебойного электропитания. Это гибрид дизель-генератора с маховиком. Такое решение может поддерживать до 5 секунд бесперебойного питания, пока дизель-генератор не наберёт требуемую мощность.
Есть и огромные, размером с многоэтажный дом, маховики, поддерживающие питание на заводах.
Маховики применялись и в транспорте. Гиробусы (автобус с маховиком) 1950-х годах, в Швейцарии имели маховик массой около полутора тонн, разогнанный до 3000 об/мин, который обеспечивал запас хода в 6 километров. Подробнее об этом можно почитать тут.
До сих пор транспортные средства являются предметом научно-технически деятельности. Маховики, как рекуператоры энергии, начали применяться в «Формуле-1».
И сейчас рассматриваются как рекуператоры для легкового гражданского автотранспорта. Железнодорожный транспорт тоже не остался без маховиков. Даже в игрушках они есть.
На самом передовом авианосце «Джеральд Р. Форд» маховики питают электромагнитные катапульты. Потому что ни одна технология больше не способна настолько продуктивно работать.
Они способны накопить энергию в 122 МДж (эквивалентно потреблению 34 кВт•ч) за 45 секунд, и отдать её в сеть за 2-3 секунды.
Другое дело – кинетические накопители энергии на основе супермаховика. Тут уже сложнее.
Эти устройства прямо предназначены для буферизации электроэнергии, выравнивания частоты и мощности.
Маховик нужно изготавливать из легких композитных материалов, чтобы он мог выдержать требуемые нагрузки и обеспечить электромагнитную левитацию, и раскручивать его до скорости 45000–60000 об/мин. При этом важно качественно снимать запасённую энергию.
Такие кинетические накопители энергии используются для выравнивания пиков генерации и потребления энергии. Однако, все эти проекты являются больше исследовательскими, чем коммерческими.
Например, Немецкая компания STORNETIC, в 2018 году начала крупномасштабные испытания своей системы хранения энергии. Это 24 маховичных накопителя энергии, суммарной мощностью 86 кВт•ч.
С их идеями можно ознакомиться тут.
А также, представлена наглядная анимация.
Наибольшим опытом разработки и эксплуатации маховичных накопителей энергии обладает американская компания «Beacon Power».
С 2008 года в промышленной эксплуатации находится более 400 маховичных накопителей, а общая наработка превысила 9 миллионов часов.
На сегодняшний день в США реализовано два проекта. В штате Пенсильвания (г. Хейзл) реализован проект станции мощностью 20 МВт, обеспечивающей частотное регулирования в электросети. Эта станция включает в себя 200 маховиков, которые полностью вышли на пик своей эксплуатации в 2014 году.
И их пилотный проект в штате Нью-Йорк (г. Стефентаун), где также 200 маховиков обеспечивают частотное регулирование мощностью в 20 МВт.
Несмотря на всю непростую судьбу этого проекта, он вполне доказал состоятельность этой идеи.
Однако, технология довольно сложна, слишком много нюансов и сложностей возникло в период разработки этого проекта. Компания даже успела разориться.
15 лет разработок и испытаний - это довольно долго для подобных проектов.
В результате имеется продукт, который в принципе состоятельный, но не привлекательный…
Сама идея меня привлекла. Я тоже в стороне не остался и попробовал в «домашних условиях» намотать маховик из стекловолокна.
Конечно, у меня получилось не то, что я желал. Да и отбалансировать его я самостоятельно так и не смог.
Моя жена, увидев это, рассмеялась и спросила:" Зачем ты поросёнка зажарил?" Но это уже другая история.
Применение маховика и супермаховика можно найти где угодно, но фундаментальный недостаток, заключающийся в огромном саморазряде, сильно ограничивает полномасштабное применение.
И все достоинства (КПД до 90%, неограниченный цикл заряда-разряда и долговечность) не могут компенсировать его саморазряд. Фактически, маховичный накопитель всегда должен работать в сети, которая поддерживает его в рабочем состоянии. Но если сеть обесточить, через сутки маховик остановится…
Забегая вперёд, скажу, что и мой проект прямо связан с идеями Нурбея Гулиа, а также с концептуальной идеей компании "STORNETIC" и опытом компании "Beacon Power" и компании «ТВЭЛ» в эксплуатации газовых центрифуг.
Давайте представим, что удалось решить проблему подвески супермаховика, и теперь он работает и не требует дополнительных затрат энергии.
Какой накопитель по характеристикам мы получим?