TransportationEdit
AutomotiveEdit
V 50. letech 20. století se ve švýcarském Yverdonu a belgickém Gentu používaly autobusy poháněné setrvačníky, tzv. gyrobusy, a probíhá výzkum zaměřený na výrobu setrvačníkových systémů, které by byly menší, lehčí, levnější a měly větší kapacitu. Doufá se, že setrvačníkové systémy mohou nahradit konvenční chemické baterie pro mobilní aplikace, například pro elektromobily. Navrhované setrvačníkové systémy by odstranily mnoho nevýhod stávajících bateriových systémů, jako je nízká kapacita, dlouhá doba nabíjení, velká hmotnost a krátká doba použitelnosti. Setrvačníky mohly být použity v experimentálním voze Chrysler Patriot, i když to bylo zpochybněno.
Setrvačníky byly také navrženy pro použití v bezstupňových převodovkách. Společnost Punch Powertrain v současné době na takovém zařízení pracuje.
V 90. letech 20. století vyvinula společnost Rosen Motors sériové hybridní automobilové hnací ústrojí poháněné plynovou turbínou, které využívalo setrvačník s 55 000 otáčkami za minutu k zajištění nárazového zrychlení, které malý motor s plynovou turbínou nemohl poskytnout. Setrvačník také ukládal energii prostřednictvím rekuperačního brzdění. Setrvačník se skládal z titanového náboje s válcem z uhlíkových vláken a byl namontován kardanově, aby se minimalizovaly nepříznivé gyroskopické účinky na řízení vozidla. Prototyp vozidla byl úspěšně testován na silnicích v roce 1997, ale nikdy nebyl sériově vyráběn.
V roce 2013 Volvo oznámilo systém setrvačníku namontovaný na zadní nápravě svého sedanu S60. Při brzdění se setrvačník roztočí až na 60 000 otáček za minutu a zastaví motor umístěný vpředu. Energie setrvačníku je prostřednictvím speciálního převodu využita k částečnému nebo úplnému pohonu vozidla. Setrvačník o průměru 20 cm a hmotnosti 6 kg z uhlíkových vláken se otáčí ve vakuu, aby se eliminovalo tření. Ve spojení se čtyřválcovým motorem nabízí až o 25 % nižší spotřebu paliva ve srovnání se srovnatelně výkonným šestiválcem s turbodmychadlem, poskytuje zvýšení výkonu o 80 koní (60 kW) a umožňuje dosáhnout rychlosti 100 km/h za 5,5 sekundy. Společnost neoznámila konkrétní plány na zařazení této technologie do své produktové řady.
V červenci 2014 společnost GKN koupila divizi Williams Hybrid Power (WHP) a v příštích dvou letech hodlá dodat 500 elektrických setrvačníkových systémů Gyrodrive z uhlíkových vláken provozovatelům městských autobusů Jak napovídá dřívější název vývojáře, tyto systémy byly původně určeny pro aplikace v automobilových závodech Formule 1. V září 2014 společnost Oxford Bus Company oznámila, že ve svém provozu Brookes Bus zavádí 14 hybridních autobusů Gyrodrive od společnosti Alexander Dennis.
Železniční vozidlaEdit
Systémy setrvačníků byly experimentálně použity v malých elektrických lokomotivách pro posunování nebo přepínání, např. v lokomotivě Sentinel-Oerlikon Gyro. Větší elektrické lokomotivy, např. britské železnice třídy 70, byly někdy vybaveny setrvačníkovými posilovači, které je přenášely přes mezery ve třetí kolejnici. Pokročilé setrvačníky, jako např. 133kWh sada Texaské univerzity v Austinu, mohou rozjet vlak z klidu až na cestovní rychlost.
Parry People Mover je železniční vůz, který je poháněn setrvačníkem. V letech 2006 a 2007 byl po dobu 12 měsíců zkoušen o nedělích na trati Stourbridge Town Branch Line ve West Midlands v Anglii a v prosinci 2008 jej měl provozovatel vlaků London Midland po objednání dvou jednotek zavést jako plnohodnotnou službu. V lednu 2010 jsou obě jednotky v provozu.
Elektrifikace železnicEdit
FES mohou být použity na trati elektrifikovaných železnic, aby pomohly regulovat napětí na trati, čímž se zlepší zrychlení nemodifikovaných elektrických vlaků a množství energie získané zpět na trať při rekuperačním brzdění, čímž se sníží účty za energii. Zkoušky proběhly v Londýně, New Yorku, Lyonu a Tokiu a newyorská železniční společnost MTA’s Long Island Rail Road nyní investuje 5,2 milionu dolarů do pilotního projektu na trati LIRR West Hempstead Branch. tyto zkoušky a systémy ukládají kinetickou energii do rotorů tvořených kompozitním válcem z uhlíkového skla naplněným práškem z neodymu, železa a boru, který tvoří permanentní magnet. Ty se otáčejí rychlostí až 37800 otáček za minutu a každá jednotka o výkonu 100 kW dokáže uložit 11 megajoulů (3,1 kWh) opakovaně využitelné energie, což přibližně stačí k urychlení hmotnosti 200 tun z nuly na 38 km/h.
Zdroje nepřerušovaného napájeníEdit
Systémy pro ukládání energie v létajících kolech, které se vyrábějí od roku 2001, mají kapacitu srovnatelnou s bateriemi a rychlejší vybíjení. Používají se hlavně k vyrovnávání zátěže velkých bateriových systémů, jako jsou zdroje nepřerušovaného napájení pro datová centra, protože ve srovnání s bateriovými systémy šetří značné množství místa.
Údržba létajících kol obecně probíhá přibližně za poloviční cenu než u tradičních bateriových systémů UPS. Jedinou údržbou je základní roční preventivní údržba a výměna ložisek každých pět až deset let, která zabere asi čtyři hodiny. Novější setrvačníkové systémy zcela levitují s rotující hmotou pomocí bezúdržbových magnetických ložisek, čímž odpadá údržba a poruchy mechanických ložisek.
Náklady na plně instalovanou setrvačníkovou UPS (včetně úpravy napájení) činí (v roce 2009) přibližně 330 dolarů za kilowatt (pro kapacitu 15 sekund plného zatížení).
Zkušební laboratořeEdit
Dlouhodobou mezerou na trhu pro setrvačníkové napájecí systémy jsou zařízení, kde se testují jističe a podobná zařízení: i malý jistič pro domácnost může být dimenzován na přerušení proudu 10000 nebo více ampérů a větší jednotky mohou mít přerušovací schopnost 100000 nebo 1000000 ampérů. Obrovské přechodové zatížení vyvolané záměrným nucením těchto přístrojů k prokázání jejich schopnosti přerušit simulované zkraty by mělo nepřijatelné účinky na místní síť, pokud by se tyto zkoušky prováděly přímo z napájení budovy. Obvykle má taková laboratoř několik velkých motorgenerátorových souprav, které lze roztočit do otáček během několika minut; pak se motor odpojí a teprve potom se testuje jistič.
Fyzikální laboratořeEdit
Tokamakové fúzní experimenty potřebují velmi vysoké proudy po krátké intervaly (hlavně pro napájení velkých elektromagnetů po dobu několika sekund).
- JET (Joint European Torus) má dva setrvačníky o hmotnosti 775 tun (instalované v roce 1981), které se roztočí až na 225 otáček za minutu. Každý setrvačník uchovává 3,75 GJ a může dodávat výkon až 400 MW.
- Šroubovitě symetrický experiment na Wisconsinské univerzitě v Madisonu má 18 jednotunových setrvačníků, které se roztočí na 10 000 otáček za minutu pomocí repasovaných motorů elektrických vlaků.
- ASDEX má 3 setrvačníkové generátory.
- DIII-D (tokamak) v General Atomics
- Princeton Large Torus (PLT) v Princeton Plasma Physics Laboratory
Také netokamak: synchrotron Nimrod v Rutherford Appleton Laboratory měl dva 30tunové setrvačníky.
Systémy pro vypouštění letadelRedakce
Letadlová loď třídy Gerald R. Ford bude používat setrvačníky k akumulaci energie z lodního zdroje pro rychlé uvolnění do elektromagnetického systému pro vypouštění letadel. Lodní energetický systém nemůže sám o sobě dodávat vysoké přechodové výkony nezbytné pro start letadel. Každý ze čtyř rotorů bude akumulovat 121 MJ (34 kWh) při 6400 otáčkách za minutu. Za 45 sekund mohou uložit 122 MJ (34 kWh) a uvolnit je za 2-3 sekundy. Hustota energie setrvačníku je 28 kJ/kg (8 W-h/kg); včetně statorů a skříní se snižuje na 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), bez momentového rámu.
Setrvačník G2 NASA pro skladování energie v kosmických lodíchEdit
Tento návrh financovalo Glennovo výzkumné středisko NASA a byl určen pro testování součástí v laboratorním prostředí. Používal ráfek z uhlíkových vláken s titanovým nábojem navrženým pro otáčení rychlostí 60 000 otáček za minutu, uložený na magnetických ložiscích. Hmotnost byla omezena na 250 kg. Akumulátor měl kapacitu 525 W-h (1,89 MJ) a mohl být nabíjen nebo vybíjen výkonem 1 kW. Funkční model zobrazený na fotografii v horní části stránky jel 2. září 2004 rychlostí 41 000 otáček za minutu.
Zábavní atrakceEdit
Horská dráha Montezooma’s Revenge na Knott’s Berry Farm byla první horskou dráhou na světě poháněnou setrvačníkem a je poslední dráhou svého druhu, která je stále v provozu ve Spojených státech. Jízda využívá setrvačník o hmotnosti 7,6 tuny, který zrychluje soupravu na 55 mil za hodinu (89 km/h) za 4,5 sekundy.
Horská dráha Incredible Hulk v areálu Islands of Adventure společnosti Universal se vyznačuje prudce zrychlujícím startem do kopce na rozdíl od typického gravitačního pádu. Toho je dosaženo díky výkonným trakčním motorům, které vozidlo vymrští nahoru po dráze. K dosažení krátkého velmi vysokého proudu potřebného k urychlení celého vlaku horské dráhy na plnou rychlost do kopce využívá park několik motorových generátorů s velkými setrvačníky. Bez těchto jednotek pro ukládání energie by park musel investovat do nové rozvodny nebo riskovat, že při každém spuštění atrakce dojde k výpadku místní energetické sítě.
Pulzní napájeníEdit
Systémy pro ukládání energie na setrvačníku (FESS) se nacházejí v různých aplikacích, od řízení energie připojené k síti až po zdroje nepřerušitelného napájení. S technologickým pokrokem dochází k rychlé renovaci spojené s aplikacemi FESS. Příkladem mohou být zbraně s vysokým výkonem, pohonné jednotky letadel a lodní energetické systémy, kde systém vyžaduje velmi vysoký výkon po krátkou dobu v řádu několika sekund a dokonce milisekund.Kompenzační pulzní alternátor (kompulzátor) je jednou z nejoblíbenějších voleb pulzních zdrojů energie pro fúzní reaktory, vysoce výkonné pulzní lasery a hyperrychlostní elektromagnetické odpalovací zařízení, protože má vysokou hustotu energie a hustotu výkonu, která je obecně určena pro FESS. kompulzátory (nízkoindukční alternátory) fungují jako kondenzátory, lze je roztočit, aby poskytovaly pulzní energii pro železniční zbraně a lasery. Místo samostatného setrvačníku a generátoru ukládá energii pouze velký rotor alternátoru. Viz také Homopolární generátor.
Motorový sportUpravit
Při použití převodovky s plynule měnitelným převodem (CVT) se při brzdění získává energie z hnacího ústrojí a ukládá se do setrvačníku. Tato uložená energie se pak využívá při akceleraci změnou převodového poměru převodovky CVT. V motoristickém sportu se tato energie využívá spíše ke zlepšení akcelerace než ke snížení emisí oxidu uhličitého – ačkoli stejnou technologii lze použít i u silničních automobilů ke zlepšení spotřeby paliva.
Automobile Club de l’Ouest, pořadatel každoročního závodu 24 hodin Le Mans a Le Mans Series, v současné době „studuje specifická pravidla pro LMP1, která budou vybavena systémem rekuperace kinetické energie.“
Williams Hybrid Power, dceřiná společnost týmu Williams F1 Racing, dodala Porsche a Audi hybridní systém založený na setrvačníku pro Porsche 911 GT3 R Hybrid a Audi R18 e-Tron Quattro. Vítězství Audi v závodě 24 hodin Le Mans 2012 je prvním vítězstvím hybridního (diesel-elektrického) vozu.
Ukládání energie v sítiUpravit
Metací kola se někdy používají jako krátkodobá točivá rezerva pro momentální regulaci frekvence sítě a vyrovnávání náhlých změn mezi dodávkou a spotřebou. Mezi výhody používání setrvačníků namísto tradičních zdrojů energie, jako jsou turbíny na zemní plyn, patří absence emisí uhlíku, rychlejší reakční doba a možnost nákupu energie mimo špičku. Provoz je velmi podobný bateriím ve stejné aplikaci, jejich rozdíly jsou především ekonomické.
Společnost Beacon Power otevřela v roce 2011 ve Stephentownu ve státě New York setrvačníkové úložiště energie o kapacitě 5 MWh (20 MW za 15 min) s využitím 200 setrvačníků a v roce 2014 podobný systém o kapacitě 20 MW v Hazle Township v Pensylvánii.
V roce 2014 bylo otevřeno setrvačníkové úložiště o kapacitě 2 MW (za 15 min) v Mintu v kanadském Ontariu. Setrvačníkový systém (vyvinutý společností NRStor) využívá 10 rotujících ocelových setrvačníků na magnetických ložiscích.
Společnost Amber Kinetics, Inc. uzavřela smlouvu se společností Pacific Gas and Electric (PG&E) na setrvačníkové úložiště energie o výkonu 20 MW / 80 MWh umístěné ve Fresnu v Kalifornii s dobou vybíjení čtyři hodiny.
Větrné turbínyEdit
Setrvačníky lze použít k ukládání energie vyrobené větrnými turbínami v období mimo špičku nebo při vysoké rychlosti větru.
V roce 2010 zahájila společnost Beacon Power testování svého setrvačníkového systému pro ukládání energie Smart Energy 25 (Gen 4) na větrné farmě v Tehachapi v Kalifornii. Systém byl součástí demonstračního projektu větrné energie/ setrvačníku, který byl realizován pro Kalifornskou energetickou komisi.
HračkyEdit
Frikční motory používané k pohonu mnoha autíček, nákladních aut, vláčků, akčních hraček a podobně, jsou jednoduché setrvačníkové motory.
Přepínací lisyEdit
V průmyslu jsou stále oblíbené přepínací lisy. Obvyklé uspořádání zahrnuje velmi silný klikový hřídel a silnou ojnici, která lis pohání. Velké a těžké setrvačníky jsou poháněny elektromotory, ale setrvačníky otáčejí klikovým hřídelem pouze tehdy, když jsou aktivovány spojky.