TransportationEdit
AutomotiveEdit
Yverdonissa (Sveitsi) ja Gentissä (Belgia) käytettiin 1950-luvulla vauhtipyöräkäyttöisiä busseja, niin sanottuja gyrobusseja, ja parhaillaan tutkitaan vauhtipyöräjärjestelmien valmistamista pienemmiksi, kevyemmiksi, halvemmiksi ja kapasiteetiltaan suuremmiksi. Vauhtipyöräjärjestelmien toivotaan voivan korvata perinteiset kemialliset akut liikkuvissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa. Ehdotetut vauhtipyöräjärjestelmät poistaisivat monia nykyisten akkuvoimajärjestelmien haittoja, kuten alhaisen kapasiteetin, pitkät latausajat, painavan painon ja lyhyen käyttöiän. Vauhtipyörää on saatettu käyttää kokeellisessa Chrysler Patriotissa, vaikka tämä on kiistetty.
Vauhtipyörää on ehdotettu käytettäväksi myös portaattomassa vaihteistossa. Punch Powertrain työskentelee parhaillaan tällaisen laitteen parissa.
Rosen Motors kehitti 1990-luvulla kaasuturbiinikäyttöisen sarjahybridiauton voimansiirron, jossa käytettiin 55 000 kierrosta minuutissa pyörivää vauhtipyörää, jolla saatiin aikaan kiihtyvyyspyrähdyksiä, joita pieni kaasuturbiinimoottori ei kyennyt tarjoamaan. Vauhtipyörä myös varasti energiaa regeneratiivisen jarrutuksen avulla. Vauhtipyörä koostui titaaninavasta, jossa oli hiilikuitusylinteri, ja se oli kardaanisesti kiinnitetty, jotta haitalliset gyroskooppiset vaikutukset ajoneuvon käsittelyyn olisivat mahdollisimman vähäiset. Prototyyppiajoneuvoa testattiin menestyksekkäästi maantiellä vuonna 1997, mutta sitä ei koskaan valmistettu sarjatuotantona.
Volvo ilmoitti vuonna 2013 vauhtipyöräjärjestelmästä, joka asennettiin sen S60 sedanin taka-akseliin. Jarrutustoiminta pyörittää vauhtipyörää jopa 60 000 kierrosta minuutissa ja pysäyttää eteen asennetun moottorin. Vauhtipyörän energia käytetään erityisen voimansiirron kautta ajoneuvon osittaiseen tai täydelliseen käyttövoimaan. 20-senttinen ja 6-kiloinen hiilikuituinen vauhtipyörä pyörii tyhjiössä kitkan poistamiseksi. Kun se yhdistetään nelisylinteriseen moottoriin, se vähentää polttoaineenkulutusta jopa 25 prosenttia verrattuna vastaavan suorituskyvyn omaavaan kuusisylinteriseen turbomoottoriin. Se antaa 80 hevosvoiman (60 kW) lisäpotkua ja mahdollistaa 100 kilometrin tuntinopeuden saavuttamisen 5,5 sekunnissa. Yhtiö ei ilmoittanut konkreettisista suunnitelmista sisällyttää teknologiaa tuotevalikoimaansa.
Heinäkuussa 2014 GKN osti Williams Hybrid Power (WHP) -divisioonan ja aikoo toimittaa 500 hiilikuituista Gyrodrive-sähköistä vauhtipyöräjärjestelmää kaupunkiliikenteen linja-autoyrittäjille seuraavien kahden vuoden aikana Kuten entinen kehittäjänimi antaa ymmärtää, nämä suunniteltiin alun perin Formula ykkösten moottoriurheilusovelluksia varten. Syyskuussa 2014 Oxford Bus Company ilmoitti ottavansa käyttöön 14 Alexander Dennisin valmistamaa Gyrodrive-hybridibussia Brookes Bus -liikennöinnissään.
Raideliikenteen kulkuneuvotMuutos
Lentopyöräjärjestelmiä on kokeellisesti käytetty pienissä sähkövetureissa vaihtotöihin tai kytkentöihin, esimerkiksi Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive. Suuremmat sähköveturit, esim. British Rail Class 70, on joskus varustettu vauhtipyörävoimansiirtimillä, jotka kantavat ne kolmannen kiskon aukkojen yli. Kehittyneet vauhtipyörät, kuten Teksasin yliopiston Austinin yliopiston 133 kWh:n paketti, voivat viedä junan seisovasta lähdöstä matkanopeuteen.
Parry People Mover on vaunu, jonka voimanlähteenä on vauhtipyörä. Sitä kokeiltiin sunnuntaisin 12 kuukauden ajan Stourbridge Town Branch Line -linjalla West Midlandsissa, Englannissa vuosina 2006 ja 2007, ja junayhtiö London Midlandin oli tarkoitus ottaa se käyttöön täysimittaisena palveluna joulukuussa 2008, kun kaksi yksikköä oli tilattu. Tammikuussa 2010 molemmat yksiköt ovat olleet käytössä.
Rautateiden sähköistys Muokkaa
FES:ää voidaan käyttää sähköistettyjen rautateiden radanvarressa auttamaan ratajännitteen säätämisessä, mikä parantaa muuntamattomien sähköjunien kiihtyvyyttä ja regeneratiivisen jarrutuksen aikana ratalinjaan takaisin palautuvan energian määrää, mikä pienentää energialaskuja. Kokeiluja on tehty Lontoossa, New Yorkissa, Lyonissa ja Tokiossa, ja New Yorkin MTA:n Long Island Rail Road investoi nyt 5,2 miljoonaa dollaria kokeiluhankkeeseen LIRR:n West Hempstead Branch -linjalla.Nämä kokeilut ja järjestelmät varastoivat liike-energiaa roottoreihin, jotka koostuvat hiili-lasikomposiittisylinteristä, johon on pakattu neodyymi-rauta-boorijauhetta, joka muodostaa kestomagneetin. Nämä pyörivät jopa 37800rev/min, ja kukin 100 kW:n yksikkö voi varastoida 11 megajoulea (3,1 kWh) uudelleenkäytettävää energiaa, mikä riittää suunnilleen kiihdyttämään 200 tonnin painon nollasta 38 km/h:iin.
Keskeytymättömät virtalähteet Muokkaa
Tuotannossa vuodesta 2001 lähtien olleiden lentopyöräisten energiavarastointijärjestelmien varastointikapasiteetti on vertailukelpoinen akkujen kapasiteetilla ja niiden purkautumisnopeus on nopeampi. Niitä käytetään pääasiassa suurten akkujärjestelmien kuormituksen tasaamiseen, kuten datakeskusten keskeytymättömän virtalähteenä, koska ne säästävät huomattavasti tilaa akkujärjestelmiin verrattuna.
Lentopyörän ylläpito maksaa yleensä noin puolet perinteisiin akku- UPS-järjestelmiin verrattuna. Ainoa huolto on vuosittainen ennaltaehkäisevä perushuoltorutiini ja laakereiden vaihto viiden tai kymmenen vuoden välein, mikä vie noin neljä tuntia. Uudemmat vauhtipyöräjärjestelmät saavat pyörivän massan leijumaan täysin huoltovapaiden magneettilaakereiden avulla, jolloin mekaanisten laakereiden huolto ja vikaantumiset jäävät pois.
Täysin asennetun vauhtipyörä-USP:n kustannukset (mukaan lukien virransyötön ilmastointi) ovat (vuonna 2009) noin 330 dollaria kilowattia kohti (15 sekunnin täydellä kuormituskapasiteetilla).
TestilaboratoriotEdit
Pitkään toiminut markkinarako vauhtipyörävoimajärjestelmille ovat laitokset, joissa testataan katkaisijoita ja vastaavia laitteita: jopa pienen kotitalouden katkaisija voi olla mitoitettu katkaisemaan 10000 tai useamman ampeerin virran, ja suuremmilla yksiköillä voi olla katkaisukestävyysluokitus 100000 tai 1000000 ampeeria. Valtavilla transienttikuormilla, joita syntyy, kun tällaiset laitteet pakotetaan tarkoituksellisesti osoittamaan kykynsä katkaista simuloidut oikosulut, olisi kohtuuttomia vaikutuksia paikalliseen sähköverkkoon, jos nämä testit tehtäisiin suoraan rakennuksen sähköverkosta. Tyypillisesti tällaisessa laboratoriossa on useita suuria moottori-generaattorikokonaisuuksia, joita voidaan pyörittää nopeuteen useiden minuuttien ajan; sitten moottori kytketään pois päältä, ennen kuin katkaisijaa testataan.
Fysiikan laboratoriotEdit
Tokamak-fuusiokokeet tarvitsevat hyvin korkeita virtoja lyhyiden aikavälien ajaksi (lähinnä suurten sähkömagneettien virransyöttöön muutaman sekunnin ajan).
- JET:ssä (Joint European Torus) on kaksi 775 tonnin vauhtipyörää (asennettu vuonna 1981), jotka pyörivät jopa 225 rpm. Kumpikin vauhtipyörä varastoi 3,75 GJ ja voi tuottaa jopa 400MW.
- Wisconsin-Madisonin yliopiston Helically Symmetric Experimentissä on 18 yhden tonnin painoista vauhtipyörää, joita pyöritetään 10 000 kierrokseen minuutissa uudelleenkäytetyillä sähköjunan moottoreilla.
- ASDEXissä on kolme vauhtipyörägeneraattoria.
- DIII-D (tokamak) General Atomicsilla
- Princeton Large Torus (PLT) Princetonin plasmafysiikan laboratoriossa
Myös ei-tokamakissa: Nimrod-synkrotronissa Rutherford Appleton Laboratoriossa oli kaksi 30 tonnin vauhtipyörää.
Lentokoneiden laukaisujärjestelmätMuutos
Gerald R. Ford-luokan lentotukialus käyttää vauhtipyöriä keräämään energiaa aluksen virtalähteestä, jotta se voidaan nopeasti vapauttaa sähkömagneettiseen lentokoneiden laukaisujärjestelmään. Aluksen sähköjärjestelmä ei yksinään pysty tuottamaan lentokoneiden laukaisuun tarvittavia suuria tehotransientteja. Kukin neljästä roottorista varastoi 121 MJ (34 kWh) nopeudella 6400 rpm. Ne voivat varastoida 122 MJ (34 kWh) 45 sekunnissa ja vapauttaa sen 2-3 sekunnissa. Vauhtipyörän energiatiheys on 28 kJ/kg (8 W-h/kg); staattorit ja kotelot mukaan lukien tämä laskee 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg) ilman vääntömomenttikehystä.
NASA G2-vauhtipyörä avaruusalusten energiavarastointia varten Muokkaa
Tämä oli NASA:n Glenn-tutkimuskeskuksen rahoittama suunnitelma, joka oli tarkoitettu komponenttien testaamiseen laboratorioympäristössä. Siinä käytettiin hiilikuituvannetta, jossa oli titaaninen napa, joka oli suunniteltu pyörimään 60 000 kierrosta minuutissa ja joka oli asennettu magneettilaakereihin. Paino oli rajoitettu 250 kiloon. Varasto oli 525 W-h (1,89 MJ), ja se voitiin ladata tai purkaa 1 kW:n teholla. Sivun yläreunan kuvassa näkyvä toimiva malli pyörähti 41 000 rpm:n kierrosluvulla 2. syyskuuta 2004.
HuviradatToimitus
Knot’s Berry Farmin Montezooma’s Revenge -vuoristorata oli maailman ensimmäinen vauhtipyörällä käynnistetty vuoristorata, ja se on viimeisin laatuaan yhä toiminnassa oleva vuoristorata Yhdysvalloissa. Ajelussa käytetään 7,6 tonnia painavaa vauhtipyörää kiihdyttämään juna 55 mailin tuntinopeuteen (89 km/h) 4,5 sekunnissa.
Universal’s Islands of Adventuren Incredible Hulk -vuoristoradassa on tyypillisen painovoimaisen pudotuksen sijaan nopeasti kiihtyvä ylämäkeen laukaisu. Tämä saavutetaan voimakkaiden vetomoottoreiden avulla, jotka heittävät vaunun ylös radalle. Puisto käyttää useita moottorigeneraattorikokonaisuuksia, joissa on suuret vauhtipyörät, jotta saavutetaan lyhytaikainen erittäin suuri virta, joka tarvitaan kokonaisen vuoristoradan kiihdyttämiseen täyteen vauhtiin ylämäkeen. Ilman näitä varastoituja energiayksiköitä puisto joutuisi investoimaan uuteen sähköasemaan tai riskeeraisi paikallisen energiaverkon sähkökatkon joka kerta, kun kyyti käynnistyy.
Pulssivoima Muokkaa
Flywheel-energiavarastointijärjestelmiä (FESS) käytetään monissa eri sovelluksissa verkkoon kytketystä energiankäytön hallinnasta keskeytymättömiin virtalähteisiin. Teknologian edistymisen myötä FESS-sovelluksiin liittyy nopea uudistuminen. Esimerkkeinä voidaan mainita suuritehoiset aseet, lentokoneiden voimansiirtojärjestelmät ja laivojen energiajärjestelmät, joissa järjestelmä tarvitsee erittäin suurta tehoa lyhyen, muutaman sekunnin tai jopa millisekunnin pituisen ajanjakson ajan.Kompensoitu pulssivaihtovirtageneraattori (kompulsaattori) on yksi suosituimmista valinnoista pulssiteholähteiksi fuusioreaktoreihin, suuritehoisiin pulssilasereihin ja hypernopeuksisiin sähkömagneettisiin laukaisulaitteisiin sen suuren energiatiheyden ja tehotiheyden vuoksi, joka on yleensä suunniteltu FESS:iin. kompulsaattorit (pienen induktanssin vaihtovirtageneraattorit) toimivat kondensaattoreiden tapaan, niitä voidaan pyöräyttää ylöspäin tuottamaan pulssitehoa raidetykkeille ja lasereille. Sen sijaan, että generaattorissa olisi erillinen vauhtipyörä ja generaattori, vain generaattorin suuri roottori varastoi energiaa. Katso myös homopolaarinen generaattori.
MoottoriurheiluEdit
Käytettäessä portaattomasti säädettävää vaihteistoa (CVT), energia otetaan talteen voimansiirrosta jarrutuksen aikana ja varastoidaan vauhtipyörään. Tätä varastoitua energiaa käytetään sitten kiihdytyksen aikana muuttamalla CVT-vaihteiston välityssuhdetta. Moottoriurheilusovelluksissa tätä energiaa käytetään pikemminkin kiihtyvyyden parantamiseen kuin hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen, vaikka samaa tekniikkaa voidaan soveltaa myös maantieajoneuvoihin polttoainetehokkuuden parantamiseksi.
Automobile Club de l’Ouest, joka on vuosittaisen Le Mansin 24 tunnin tapahtuman ja Le Mans -sarjan järjestäjä, ”tutkii parhaillaan erityissääntöjä LMP1-luokan autoille, jotka varustetaan liike-energian talteenottojärjestelmällä.”
Williams Hybrid Power, Williams F1 Racing -tiimin tytäryhtiö, on toimittanut Porschelle ja Audille vauhtipyöräpohjaisen hybridi-ilmiöjärjestelmän Porschen 911 GT3 R -hybridiautoon ja Audin R18 e-tron Quattroon. Audin voitto vuoden 2012 Le Mansin 24 tunnin kilpailussa on ensimmäinen hybridi (diesel-sähkö) ajoneuvolle.
Energian varastointi verkkoonMuokkaa
Flywheeleitä käytetään joskus lyhytaikaisena pyörivänä reservinä verkon hetkelliseen taajuuden säätöön ja tarjonnan ja kulutuksen äkillisten muutosten tasaamiseen. Hiilidioksidipäästöttömyys, nopeammat vasteajat ja mahdollisuus ostaa sähköä ruuhka-aikojen ulkopuolella ovat etuja, joita saadaan käyttämällä vauhtipyöriä perinteisten energialähteiden, kuten maakaasuturbiinien, sijasta. Toiminta on hyvin samanlaista kuin akuilla samassa sovelluksessa, niiden erot ovat lähinnä taloudellisia.
Beacon Power avasi 5 MWh:n (20 MW 15 minuutin aikana) vauhtipyörä-energian varastointilaitoksen Stephentownissa, New Yorkissa vuonna 2011 käyttäen 200 vauhtipyörää ja vastaavanlaisen 20 MW:n järjestelmän Hazle Townshipissa, Pennsylvaniassa vuonna 2014.
2 MW:n suuruinen vauhtipyörävarastointilaitos avattiin 2 MW:n suuruisena (15 minuutin ajan) Kanadan Ontarion Ontarion Mintossa vuonna 2014. Vauhtipyöräjärjestelmässä (jonka on kehittänyt NRStor) käytetään 10 pyörivää teräksistä vauhtipyörää magneettilaakereilla.
Amber Kinetics, Inc:llä on sopimus Pacific Gas and Electricin (PG&E) kanssa Fresnossa, Kaliforniassa sijaitsevasta 20 MW / 80 MWh:n vauhtipyörä-energiavarastointilaitteistosta, jonka purkautumisaika on neljä tuntia.
Tuulivoimalat Muokkaa
Lentopyöriä voidaan käyttää tuulivoimaloiden tuottaman energian varastoimiseen hiljaisina aikoina tai suurten tuulennopeuksien aikana.
Beacon Power aloitti vuonna 2010 Smart Energy 25 (Gen 4) -vauhtipyöräisen energiavarastointilaitteistonsa testauksen Kalifornian Tehachapissa sijaitsevassa tuulipuistossa. Järjestelmä oli osa Kalifornian energiakomissiolle toteutettavaa tuulivoima-/vauhtipyörädemonstraatiohanketta.
Lelut Muokkaa
Monien leluautojen, kuorma-autojen, junien, toimintalelujen ja muiden vastaavien voimanlähteenä käytettävät kitkamoottorit ovat yksinkertaisia vauhtipyörämoottoreita.
Kääntöpainimet Muokkaa
Teollisuudessa kääntöpainimet ovat edelleen suosittuja. Tavalliseen järjestelyyn kuuluu erittäin vahva kampiakseli ja raskas yhdystanko, joka pyörittää puristinta. Suuria ja raskaita vauhtipyöriä pyöritetään sähkömoottoreilla, mutta vauhtipyörät pyörittävät kampiakselia vain kytkimien aktivoituessa.