В Инжиниринговой Компании «2К» мы чтим инженерную мысль, особенно ту, что опережает свою эпоху в момент ее возникновения. Мы изучаем и популяризуем эти идеи! Одним из таких инженеров - визионеров был Нурбей Владимирович Гулиа — советский и российский учёный, посвятивший жизнь разработке супермаховиков — компактных и мощных накопителей энергии, которые могли бы перевернуть транспорт и энергетику.
Сегодня, когда мир ищет замену литий-ионным аккумуляторам, мы вспоминаем идеи Гулиа и разбираем, почему они так и не стали массовыми, но остаются перспективными. Предлагаем возобновить реализацию этой совершенно замечательной идеи на практике, например «Ростеху».
Кто такой Нурбей Гулиа и в чём гениальность его подхода?
Гулиа — профессор, доктор технических наук, который ещё в 1960-х годах начал работу над маховичными накопителями энергии (МНЭ). В то время как мир делал ставку на химические аккумуляторы, он предложил механическое решение.
Суть его идеи
Маховик — это вращающийся диск, который накапливает кинетическую энергию. Чем быстрее он вращается, тем больше энергии запасает. Гулиа пошел дальше и разработал конструкцию супермаховика — намотанного из высокопрочной стали или композитных материалов тонкой ленты.
Это позволило:
- Увеличить запас энергии в единице массы в десятки раз по сравнению с чугунным диском.
- Повысить безопасность: при разрушении такой маховик не разлетается на осколки, а останавливается.
Инжиниринговой Компании «2К» - его главное достижение: в 1970-х годах Гулиа создал и испытал гиробус — автобус, использующий энергию маховика. Он разгонял маховик на остановках за 30-40 секунд от контактной сети, а затем мог ехать несколько километров без подключения к энергии. Это был прорыв!
Почему маховики Гулиа не покорили мир? 3 основные причины.
Несмотря на перспективность, технология не стала массовой из-за объективных сложностей:
- Сложность конструкции: требовались вакуумные камеры для снижения сопротивления воздуха и магнитные подвесы для уменьшения трения. Это делало систему дорогой и сложной в производстве.
- Эффект гироскопа: быстро вращающийся маховик сопротивляется изменению положения в пространстве. Это создавало проблемы при использовании на манёвренном транспорте.
- Время химических аккумуляторов: в то время активно развивались свинцово-кислотные, а затем и литий-ионные АКБ. Они были проще в изготовлении и интеграции, хотя и уступали по числу циклов зарядки.
Где маховичные накопители актуальны сегодня?
Технологии не стояли на месте. Решения, над которыми работал Гулиа, нашли свою нишу там, где их преимущества критически важны.
1. Промышленность и энергетика
- ИБП (Источники бесперебойного питания) для критически важных объектов: больниц, ЦОДов (дата-центров). Маховик мгновенно отдает энергию при отключении света, защищая оборудование до включения дизель-генератора. И это очень интересная ниша.
- Сглаживание пиковых нагрузок в сетях. Маховик быстро «впитывает» излишки энергии и так же быстро отдает её при необходимости.
- Регенеративное торможение в промышленных кранах и метро. Энергия торможения запасается в маховик и используется для последующего разгона.
2. Транспорт
- Гоночные болиды Formula 1. Система KERS (Kinetic Energy Recovery System) — это и есть маховичный накопитель, который кратковременно добавляет мощность для обгона.
- Общественный транспорт. Опытные образцы автобусов и трамваев с маховиками есть в Швейцарии и Китае. Они экономят до 30% энергии.
- Морские суда. Для обеспечения пиковых нагрузок без запуска дополнительных дизелей.
3. Бытовое применение (потенциальное)
- Резервное питание для загородного дома в паре с солнечными панелями или ветрогенератором. Маховик мог бы накапливать излишки энергии днём и отдавать ночью.
- Стабилизация напряжения в локальных сетях.
Преимущества и недостатки маховиков Гулиа в современном мире
Преимущества:
- огромный ресурс (сотни тысяч циклов);
- мгновенный запас и отдача энергии;
- экологичность — не требуются редкоземельные металлы;
- работа в широком диапазоне температур;
- высокий КПД (до 98%).
Недостатки:
- высокая стоимость производства;
- сложность конструкции (подшипники, вакуум);
- потери на трение — нужен высокий вакуум;
- эффект гироскопа (важно для транспорта);
- низкая удельная энергоёмкость (кВт·ч/кг).
Вывод от Инжиниринговой Компании «2К»
Нурбей Гулиа был визионером, который видел будущее механических систем там, где другие не видели. Его маховики не стали массовыми для автомобилей, но нашли применение в нишевых, но критически важных областях — там, где нужна мгновенная мощность, долговечность и надежность.
Не только маховик: но и другие забытые гениальные разработки величайшего советского инженера Нурбея Гулиа
В Инжиниринговой Компании «2К» мы продолжаем рассказ о выдающемся советском инженере-новаторе Нурбее Владимировиче Гулиа. Если маховичные накопители энергии — его самый известный проект, то далеко не единственный. Его ум, опережавший время, подарил миру целый ряд революционных разработок, многие из которых лишь сегодня находят свое признание.
Гулиа был одержим идеей эффективности — КПД, долговечности, простоты. И его изобретения были призваны коренным образом изменить привычные механизмы.
1. Бесступенчатый вариатор (планетарный инерционный механизм)
Это, пожалуй, вторая по значимости после супер-маховика разработка Гулиа, которая могла бы перевернуть автомобилестроение.
- Суть изобретения: Гулиа создал принципиально новый тип бесступенчатой трансмиссии (вариатора), в которой использовались... маховики. В его конструкции изменение передаточного числа происходило за счет инерционных сил вращающихся масс, а не трения ремней о конусы, как в классических вариаторах.
- Преимущество: такой вариатор обещал быть невероятно долговечным, простым и способным передавать огромный крутящий момент без проскальзывания — главной проблемы традиционных вариаторов.
- Почему не внедрили: технология была слишком необычной для своего времени. Автопроизводители не рискнули на революцию, предпочитая эволюционно улучшать проверенные механические и гидромеханические АКПП. Да все новое очень пугает, очень сложно пробивает себе дорогу.
2. Гибридные силовые установки на основе маховика
Гулиа не просто предлагал накапливать энергию в маховике. Он видел его сердцем гибридной силовой установки для транспорта.
- Суть идеи: двигатель внутреннего сгорания (ДВС) работает в оптимальном, экономичном режиме, заряжая маховик. А для разгона и движения используется энергия, накопленная в маховике. Это позволяло резко снизить расход топлива и выбросы вредных веществ.
- Опытные образцы: им были созданы и испытаны несколько гибридных автомобилей и тот самый гиробус. Эти прототипы на практике доказали эффективность концепции.
- Актуальность: именно по этому пути сегодня идут разработчики гибридных автомобилей, только вместо маховика они используют химические аккумуляторы. Однако маховик, как показал Гулиа, имеет ключевое преимущество в долговечности и мощности.
3. Высокооборотные супермаховики из композитных материалов
Гулиа был одним из первопроходцев в области создания маховиков не из металла, а из композитов.
- Суть разработки: Он предложил наматывать маховик из тонкой стальной ленты или углеродного волокна. При разрушении такой маховик не разлетается на опасные осколки, а останавливается, так как лента наматывается в клубок.
- Значение: это решило главную проблему безопасности маховиковых накопителей, открыв путь для их использования на транспорте и в быту.
4. Учебники и популяризация науки
Нурбей Гулиа был не только гениальным инженером, но и блестящим педагогом и популяризатором. Он написал несколько фундаментальных учебников и увлекательных книг, которые до сих пор являются настольными для многих инженеров:
- «Удивительная физика»: книга, в которой сложные законы физики объясняются просто и интересно.
- «Учебник по машиностроению»: классический труд, по которому учились сотни тысяч студентов.
- Научно-популярные статьи: где он доступным языком рассказывал о своих идей и важности энергосбережения.
Почему разработки Гулиа не стали массовыми? Итог от «2К»
Гулиа опередил свое время на десятилетия. В эпоху дешевой нефти и отсутствия запроса на энергоэффективность его сложные и порой необычные решения казались промышленности избыточными.
- Консерватизм рынка: автопром — очень инерционная отрасль. Внедрение радикально новой трансмиссии или силовой установки требует миллиардных инвестиций и огромных рисков.
- Сложность и стоимость: на тот момент технологии магнитного подвеса и вакуумных камер были слишком дороги для массового производства.
- Альтернативы: активное развитие и удешевление литий-ионных аккумуляторов перехватило инициативу в области накопления энергии.
Однако сегодня его идеи обретают второе дыхание. В мире, озабоченном «зеленой» энергетикой, эффективностью и поиском альтернатив литию, наследие Гулиа изучается с новым интересом. Его работы — это не история, а источник вдохновения для будущих прорывов.
В Инжиниринговой Компании «2К» мы считаем, что такие инженеры, как Нурбей Гулиа — национальное достояние. Их идеи заслуживают самого пристального изучения и развития, ведь именно они могут дать ответ на технологические вызовы современности.
Сейчас есть много новых материалов и технологий, включая нанотрубки, наверное нужно вспомнить идеи Нурбея Гулиа и поработать с ним на новом технологическом уровне!
Сегодня, с развитием композитных материалов и магнитных подвесов, его идеи вновь обретают актуальность. Возможно, именно маховики станут идеальным дополнением к химическим АКБ в гибридных системах накопления энергии будущего, за которое так ратовал профессор Гулиа.
Подпишитесь на наш канал! Мы рассказываем о прорывных инженерных идеях — как забытых, так и самых современных.
Коллеги, подпишетесь на канал Российского союза инженеров!
Инженеры Российской Федерации! Объединяйтесь!
Читайте также наши материалы:
#энергетика #технологии #инновации #эффективность #экология #устойчивоеразвитие #энергосбережение #будущеебезуглерода #альтернативнаяэнергия #продвинутаятехника #энергомер #перспективы #энергоэффективность #экотехнологии #энергосистема #инженерия #наука #технологическийпрогресс #энергиябудущего #чистаяэнергия #инжиниринговаякомпания2к