Supervauhtipyörä on eräänlainen vauhtipyörä , jota käytetään kineettisen energian vauhtipyöräakuissa energian varastoimiseen. Perinteisiin vauhtipyöriin verrattuna se pystyy varastoimaan enemmän kineettistä energiaa ja on turvallisempi käyttää.
Moderni supervauhtipyörä on vallankumouksellinen runko, joka on valmistettu käärimällä erilaisia vahvoja ja joustavia materiaaleja, esimerkiksi ohuita teräs-, muoviteippi-, lasikuitu- tai hiilikomposiitteja, erityiseen keskukseen - napaan. Tämä muotoilu takaa korkean energiankulutuksen ja käyttöturvallisuuden. Kun tällainen supervauhtipyörä tuhoutuu, se ei hajoa suuriksi paloiksi, kuten tavanomainen vauhtipyörä, vaan se tuhoutuu osittain; samalla nauhan irrotetut osat hidastavat supervauhtipyörää kitkalla rungon sisäpintaa vasten ja estävät lisävaurioita. Grafeeninauha-supervauhtipyörä pystyy varastoimaan jopa 1200 Wh (4,4 MJ ) massakiloa kohden [1] .
Osana kineettisen energian vauhtipyöräakkua supervauhtipyörä toimii yhdessä moottorigeneraattorin kanssa . Verkkoon liitettynä moottorigeneraattori pyörittää supervauhtipyörää, ja kun kuorma kytketään, se hidastuu. Tämän muuntamisen hyötysuhde on 98 % [2] . Kitkahäviöiden vähentämiseksi supervauhtipyörä sijoitetaan tyhjennettyyn koteloon. Usein käytetään magneettista jousitusta .
Vauhtipyöriä puskurivälineinä on käytetty jo neoliittista lähtien esimerkiksi savenvalajan laitteessa [3] . 1900-luvulla vauhtipyörässä tehtiin useita rakennemuutoksia, jotka mahdollistivat energian varastoinnin huomattavan pitkään. Joten esimerkiksi 1950-luvulla evakuoituja vauhtipyöriä käytettiin kokeellisessa joukkoliikenteessä, erityisesti gyrobuseja testattiin [4] . Neuvostoliiton insinööri N.V. Gulia vaati vuonna 1964 tekijänoikeudet supervauhtipyörän ensimmäiseen malliin.
Supervauhtipyörässä yhdistyvät kestävyys, turvallisuus [5] tuhoutumistilanteissa, korkea hyötysuhde ja kohtuullinen hinta. Supervauhtipyörien haittana on gyroskooppinen vaikutus, joka johtuu pyörivän vauhtipyörän suuresta kulmaliikemäärästä ja estää vauhtipyörän pyörimisakselin suunnan muuttamisen. Tämän ei-toivotun vaikutuksen poistamiseksi käytettäessä vauhtipyöriä energian varastointilaitteina ajoneuvoissa voit käyttää vauhtipyörän jousitusta kardaanijousituksessa , mutta tämä vaikeuttaa huomattavasti suunnittelua.
Supervauhtipyörän lisähaitta on todistetusti yksinkertaisen vaihteiston puute, joka mahdollistaisi sen käytön kuljetuksessa . Tällä hetkellä tehdään kokeita supervauhtipyörän pyörimisenergian siirtämiseksi ajoneuvon pyöriin supervariaattorin kautta . On myös lupaavaa käyttää sähkön lähteenä evakuoitua supervauhtipyörää magneettisella jousituksella .
Aluksi N. V. Gulia suunnitteli käyttävänsä supervauhtipyörää autojen energian varastointilaitteena ja rakensi jopa useita näytteitä tällaisista ajoneuvoista.
Tällä hetkellä supervauhtipyöriin pohjautuvia energian varastointilaitteita käytetään menestyksekkäästi muilla alueilla. Yhdysvalloissa vuonna 1997 perustettu Beacon Power on ottanut merkittävän askeleen eteenpäin kehittämällä sarjan suuria kiinteitä supervauhtipyöriä teollisuuden tehosovelluksiin. Beacon Powerin valmistamat supervauhtipyörät pystyvät mallista riippuen varastoimaan energiaa 6 ja 25 kWh ja toimittamaan tehoa 2 ja 200 kW.
Amerikkalainen yritys aikoo myydä ne paikallisille yrityksille sekä tarjota "taajuudensäätö"-palvelun itse. 20 MW:n supervauhtipyörää säätelevän voimalaitoksen rakentaminen aloitettiin vuoden 2009 lopulla [6] . Koska Yhdysvaltain sähköverkko on olemassa monien paikallisten energiantoimittajien kanssa ja avoimet energiamarkkinat, sähkön säätelyn tarve luo monia ongelmia, jotka yritys toivoo ratkaisevan: "ylijäämäenergian" varastointi kysynnän laskeessa; puutteiden täydentäminen kulutushuippujen aikana; nykyinen taajuussäätö. Hiilikuidusta kierretyt supervauhtipyörät osoittautuivat kuitenkin erittäin epäluotettaviksi, ne räjähtivat yhtäkkiä suuren tehon "räjähdysvaikutuksella" jopa toimintataajuudella.
N.V. Gulian tieteellisessä ohjauksessa KEST [7] loi oman versionsa kiinteistä kineettistä energiaa varastoivista laitteista, jotka perustuivat huippulujasta teräsnauhasta valmistettuihin supervauhtipyöriin. Yksi tällainen taajuusmuuttaja pystyy varastoimaan energiaa jopa 20 kWh ja tarjoamaan tehoa jopa 1000 kW. Venäjän markkinoiden olosuhteissa useiden tällaisten käyttöjen klusteri pystyy tasoittamaan koko alueen sähkökuormituksen päivittäisen heterogeenisyyden korvaamalla kalliita ja tilaa vieviä pumppuvoimaloita .
Huolimatta siitä, että vauhtipyöräkäyttöiset ajoneuvot eivät ole yleistyneet, kuljetus on edelleen yksi supervauhtipyörien houkuttelevimmista sovelluksista. Puhumme erityisesti rautatieliikenteestä. Sekä henkilö- että tavarajunia jarruttaessa menee hukkaan valtava määrä energiaa. Junan kanssa samaan sähköverkkoon kytketty supervauhtipyörä pystyy keräämään ja varastoimaan jarrutusenergiaa ja vapauttamaan sen myöhemmin verkkoon junan kiihdyttämiseksi. Tällä tavalla "säästetty" energia vähentää kulutusta 30 % tai enemmän [8] .
Lisäksi supervauhtipyörillä voidaan varmistaa keskeytymätön virransyöttö korkeamman vastuun kohteille. Supervauhtipyörän ominaisuudet tarjoavat laitteen vasteen sekunnin sadasosien tasolla, jolloin et voi katkaista virransyöttöä edes sekunniksi.