TransportationEdit
AutomotiveEdit
In de jaren vijftig werden in Yverdon (Zwitserland) en Gent (België) door vliegwielen aangedreven bussen, zogenaamde gyrobussen, gebruikt en er wordt nog steeds onderzoek gedaan om vliegwielsystemen te maken die kleiner, lichter, goedkoper en met een grotere capaciteit zijn. Gehoopt wordt dat vliegwielsystemen conventionele chemische batterijen kunnen vervangen voor mobiele toepassingen, zoals voor elektrische voertuigen. Voorgestelde vliegwielsystemen zouden veel van de nadelen van bestaande batterij-energiesystemen, zoals lage capaciteit, lange oplaadtijden, zwaar gewicht en korte bruikbare levensduur, wegnemen. Vliegwielen kunnen zijn gebruikt in de experimentele Chrysler Patriot, hoewel dat is betwist.
Vliegwielen zijn ook voorgesteld voor gebruik in continu variabele transmissies. Punch Powertrain werkt momenteel aan een dergelijk apparaat.
In de jaren 1990 ontwikkelde Rosen Motors een gasturbine aangedreven serie hybride auto-aandrijflijn met behulp van een 55.000 tpm vliegwiel om uitbarstingen van versnelling die de kleine gasturbine motor niet kon bieden. Het vliegwiel sloeg ook energie op door regeneratief te remmen. Het vliegwiel bestond uit een titanium naaf met een koolstofvezel cilinder en was cardanisch gemonteerd om de gyroscopische effecten op het rijgedrag van het voertuig tot een minimum te beperken. Het prototype werd in 1997 met succes op de weg getest, maar werd nooit in massaproductie genomen.
In 2013 kondigde Volvo een vliegwielsysteem aan dat op de achteras van zijn S60 sedan was gemonteerd. Door te remmen wordt het vliegwiel tot 60.000 tpm rondgedraaid en stopt de voorin geplaatste motor. De energie van het vliegwiel wordt via een speciale transmissie gebruikt om het voertuig gedeeltelijk of volledig aan te drijven. Het 20 centimeter (7,9 in), 6 kilogram (13 lb) koolstofvezel vliegwiel draait in een vacuüm om wrijving te elimineren. In combinatie met een viercilindermotor levert dat een brandstofbesparing van 25 procent op ten opzichte van een zescilinder turbomotor met vergelijkbare prestaties. De motor levert 80 pk (60 kW) extra en kan in 5,5 seconden een snelheid van 100 kilometer per uur bereiken. Het bedrijf kondigde geen specifieke plannen aan om de technologie in zijn productlijn op te nemen.
In juli 2014 nam GKN de Williams Hybrid Power (WHP) divisie over en is van plan om in de komende twee jaar 500 koolstofvezel Gyrodrive elektrische vliegwielsystemen te leveren aan stedelijke busoperators Zoals de voormalige ontwikkelaarsnaam impliceert, werden deze oorspronkelijk ontworpen voor Formule 1 motorracingstoepassingen. In september 2014 kondigde Oxford Bus Company aan dat het 14 Gyrodrive hybride bussen van Alexander Dennis introduceert op zijn Brookes Bus operatie.
RailvoertuigenEdit
Vliegwielsystemen zijn experimenteel gebruikt in kleine elektrische locomotieven voor het rangeren of schakelen, bijvoorbeeld de Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive. Grotere elektrische locomotieven, zoals de Class 70 van de British Rail, zijn soms uitgerust met vliegwielboosters om de openingen in de derde rail te overbruggen. Geavanceerde vliegwielen, zoals het 133 kWh pack van de University of Texas in Austin, kunnen een trein vanuit stilstand op kruissnelheid brengen.
De Parry People Mover is een treinstel dat wordt aangedreven door een vliegwiel. Het werd gedurende 12 maanden op zondagen getest op de Stourbridge Town Branch Line in de West Midlands, Engeland in 2006 en 2007 en zou als volledige dienst worden ingevoerd door de treinoperator London Midland in december 2008 nadat twee eenheden waren besteld. In januari 2010 zijn beide eenheden in gebruik genomen.
Elektrificatie van spoorwegenEdit
FES kan worden gebruikt aan de kant van geëlektrificeerde spoorwegen om de lijnspanning te helpen reguleren en zo de acceleratie van niet-gemodificeerde elektrische treinen en de hoeveelheid energie die tijdens het regeneratief remmen wordt teruggewonnen naar de lijn te verbeteren, waardoor de energierekening daalt. Er zijn proeven gedaan in Londen, New York, Lyon en Tokio, en de Long Island Rail Road van de MTA van New York investeert nu 5,2 miljoen dollar in een proefproject op de West Hempstead Branch line van de LIRR. Deze proeven en systemen slaan kinetische energie op in rotoren die bestaan uit een composietcilinder van koolstofglas, gevuld met neodymium-ijzer-boriumpoeder dat een permanente magneet vormt. Deze draaien tot 37800rev/min, en elke eenheid van 100 kW kan 11 megajoule (3,1 kWh) herbruikbare energie opslaan, ongeveer genoeg om een gewicht van 200 ton van nul tot 38 km/u te versnellen.
Ononderbreekbare stroomvoorzieningenEdit
Vliegwiel-energieopslagsystemen die vanaf 2001 in productie zijn, hebben een opslagcapaciteit die vergelijkbaar is met die van batterijen en een snellere ontladingssnelheid. Zij worden hoofdzakelijk gebruikt om ladingsnivellering voor grote batterijsystemen, zoals een ononderbreekbare stroomvoorziening voor gegevenscentra te verstrekken aangezien zij een aanzienlijke hoeveelheid ruimte in vergelijking met batterijsystemen besparen.
Het onderhoud van het vliegwiel loopt in het algemeen ongeveer de helft van de kosten van traditionele batterij UPS-systemen. Het enige onderhoud is een elementaire jaarlijkse preventieve onderhoudsroutine en het vervangen van de lagers om de vijf tot tien jaar, wat ongeveer vier uur in beslag neemt. Nieuwere vliegwielsystemen laten de draaiende massa volledig zweven met behulp van onderhoudsvrije magnetische lagers, waardoor onderhoud en storingen aan mechanische lagers worden geëlimineerd.
De kosten van een volledig geïnstalleerde vliegwiel-UPS (inclusief stroomconditionering) bedragen (in 2009) ongeveer 330 dollar per kilowatt (voor 15 seconden vollastcapaciteit).
TestlaboratoriaEdit
Een reeds lang bestaande nichemarkt voor vliegwielsystemen zijn faciliteiten waar stroomonderbrekers en soortgelijke apparaten worden getest: zelfs een kleine huishoudelijke stroomonderbreker kan worden beoordeeld om een stroom van 10000 of meer ampères te onderbreken, en grotere eenheden kunnen onderbrekingsratings van 100000 of 1000000 ampères hebben. De enorme transiënte belastingen die worden veroorzaakt door het opzettelijk dwingen van dergelijke apparaten om hun vermogen aan te tonen om gesimuleerde kortsluitingen te onderbreken, zouden onaanvaardbare effecten hebben op het plaatselijke net indien deze tests rechtstreeks vanuit het elektriciteitsnet van het gebouw werden uitgevoerd. Typisch zal een dergelijk laboratorium verscheidene grote motor-generatorreeksen hebben, die gedurende verscheidene minuten tot snelheid kunnen worden opgedreven; dan wordt de motor losgekoppeld alvorens een stroomonderbreker wordt getest.
Natuurkundige laboratoriaEdit
Tokamak fusie-experimenten hebben zeer hoge stromen voor korte intervallen nodig (hoofdzakelijk om grote elektromagneten voor een paar seconden aan te drijven).
- JET (de Joint European Torus) heeft twee vliegwielen van 775 ton (geïnstalleerd in 1981) die tot 225 omwentelingen per minuut draaien. Elk vliegwiel slaat 3,75 GJ op en kan tot 400MW leveren.
- Het Helically Symmetric Experiment aan de Universiteit van Wisconsin-Madison heeft 18 vliegwielen van een ton, die tot 10.000 omwentelingen per minuut worden rondgedraaid met behulp van hergebruikte elektrische treinmotoren.
- ASDEX heeft 3 vliegwielgeneratoren.
- DIII-D (tokamak) bij General Atomics
- de Princeton Large Torus (PLT) bij het Princeton Plasma Physics Laboratory
Ook de niet-tokamak: Nimrod synchrotron bij het Rutherford Appleton Laboratory had twee vliegwielen van 30 ton.
VliegtuiglanceersystemenEdit
Het Gerald R. Ford-klasse vliegdekschip zal vliegwielen gebruiken om energie uit de stroomvoorziening van het schip op te slaan, voor snelle afgifte aan het elektromagnetische vliegtuiglanceersysteem. Het energiesysteem aan boord van het schip kan op zichzelf niet de hoge stroomstoten leveren die nodig zijn om vliegtuigen te lanceren. Elk van de vier rotors kan 121 MJ (34 kWh) opslaan bij 6400 omwentelingen per minuut. Zij kunnen 122 MJ (34 kWh) opslaan in 45 seconden en weer afgeven in 2-3 seconden. De energiedichtheid van het vliegwiel is 28 kJ/kg (8 W-h/kg); met inbegrip van de stators en koffers komt dit neer op 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), exclusief het torsieframe.
NASA G2 vliegwiel voor ruimtevaartuig energieopslagEdit
Dit was een ontwerp gefinancierd door NASA’s Glenn Research Center en bedoeld voor het testen van onderdelen in een laboratoriumomgeving. Het gebruikte een koolstofvezelrand met een titaniumnaaf die wordt ontworpen om bij 60.000 t/min te draaien, opgezet op magnetische lagers. Het gewicht was beperkt tot 250 pond. De opslagcapaciteit was 525 W/hr (1,89 MJ) en kon worden opgeladen of ontladen bij 1 kW. Het werkende model op de foto bovenaan de pagina draaide op 2 september 2004 met 41.000 tpm.
PretattractiesEdit
De Montezooma’s Revenge achtbaan op Knott’s Berry Farm was de eerste achtbaan met vliegwiellancering ter wereld en is de laatste achtbaan van zijn soort die nog in bedrijf is in de Verenigde Staten. De baan maakt gebruik van een 7,6 ton vliegwiel om de trein te versnellen tot 55 mijl per uur (89 km/h) in 4,5 seconden.
De Incredible Hulk achtbaan in Universal’s Islands of Adventure heeft een snel versnellende lancering bergop in tegenstelling tot de typische zwaartekracht daling. Dit wordt bereikt door krachtige tractiemotoren die de auto de baan op slingeren. Om de kortstondige zeer hoge stroomsterkte te bereiken die nodig is om een volledige coaster-trein op volle snelheid bergopwaarts te laten accelereren, maakt het park gebruik van verscheidene motor-generatorsets met grote vliegwielen. Zonder deze opgeslagen energie-eenheden zou het park moeten investeren in een nieuw onderstation of het risico lopen dat het lokale energienet wordt uitgeschakeld telkens wanneer de attractie wordt gelanceerd.
Pulse powerEdit
Flywheel Energy Storage Systems (FESS) worden gevonden in een verscheidenheid van toepassingen, variërend van netgekoppeld energiebeheer tot ononderbreekbare stroomvoorzieningen. Met de vooruitgang van de technologie, is er een snelle vernieuwing betrokken bij FESS toepassing. Voorbeelden hiervan zijn wapens met een hoog vermogen, aandrijfsystemen voor vliegtuigen en energiesystemen aan boord van schepen, waarbij het systeem gedurende een korte periode in de orde van enkele seconden en zelfs milliseconden een zeer hoog vermogen nodig heeft.De gecompenseerde gepulseerde dynamo (compulsator) is een van de populairste keuzes van gepulseerde voedingen voor fusiereactoren, krachtige gepulseerde lasers, en elektromagnetische lanceerinrichtingen met hypervelociteit, vanwege zijn hoge energiedichtheid en vermogen, die in het algemeen voor de FESS zijn ontworpen.Compulsators (wisselstroomdynamo’s met lage inductie) werken als condensatoren, zij kunnen worden gesponnen om gepulseerde stroom te leveren voor railguns en lasers. In plaats van een afzonderlijk vliegwiel en generator, slaat alleen de grote rotor van de alternator energie op. Zie ook Homopolaire generator.
MotorsportEdit
Met behulp van een continu variabele transmissie (CVT) wordt tijdens het remmen energie teruggewonnen uit de aandrijflijn en opgeslagen in een vliegwiel. Deze opgeslagen energie wordt vervolgens gebruikt tijdens het accelereren door de verhouding van de CVT te wijzigen. In motorsporttoepassingen wordt deze energie gebruikt om de acceleratie te verbeteren in plaats van de kooldioxide-uitstoot te verminderen – hoewel dezelfde technologie kan worden toegepast op wegauto’s om de brandstofefficiëntie te verbeteren.
Automobile Club de l’Ouest, de organisator achter het jaarlijkse 24 Uur van Le Mans-evenement en de Le Mans Series, is momenteel “specifieke regels aan het bestuderen voor de LMP1 die zal worden uitgerust met een kinetisch energieterugwinningssysteem.”
Williams Hybrid Power, een dochteronderneming van het Williams F1 Racing-team, heeft Porsche en Audi voorzien van hybride systemen op basis van vliegwielen voor Porsche’s 911 GT3 R Hybrid en Audi’s R18 e-Tron Quattro. Audi’s overwinning in 2012 24 uur van Le Mans is de eerste voor een hybride (diesel-elektrisch) voertuig.
NetopslagenergieEdit
Flywheels worden soms gebruikt als kortetermijnspinreserve voor kortstondige netfrequentieregeling en het balanceren van plotselinge veranderingen tussen aanbod en verbruik. Geen koolstofuitstoot, snellere reactietijden en de mogelijkheid om stroom te kopen tijdens daluren behoren tot de voordelen van het gebruik van vliegwielen in plaats van traditionele energiebronnen zoals aardgasturbines. De werking is zeer vergelijkbaar met batterijen in dezelfde toepassing, hun verschillen zijn voornamelijk economisch.
Beacon Power opende in 2011 een 5 MWh (20 MW gedurende 15 min) energieopslaginstallatie met vliegwielen in Stephentown, New York met behulp van 200 vliegwielen en een vergelijkbaar 20 MW-systeem in Hazle Township, Pennsylvania in 2014.
Een 2 MW (gedurende 15 min) opslagfaciliteit met vliegwielen in Minto, Ontario, Canada opende in 2014. Het vliegwielsysteem (ontwikkeld door NRStor) maakt gebruik van 10 draaiende stalen vliegwielen op magnetische lagers.
Amber Kinetics, Inc. heeft een overeenkomst met Pacific Gas and Electric (PG&E) voor een 20 MW / 80 MWh-flywheel energieopslagfaciliteit gelegen in Fresno, CA met een ontlaadduur van vier uur.
WindturbinesEdit
Vliegwielen kunnen worden gebruikt om energie op te slaan die door windturbines wordt gegenereerd tijdens dalperioden of tijdens hoge windsnelheden.
In 2010 begon Beacon Power met het testen van hun Smart Energy 25 (Gen 4) vliegwiel-energieopslagsysteem op een windmolenpark in Tehachapi, Californië. Het systeem maakte deel uit van een demonstratieproject voor windenergie/vliegwielen dat werd uitgevoerd voor de California Energy Commission.
SpeelgoedEdit
Wrijvingsmotoren die worden gebruikt om veel speelgoedauto’s, vrachtwagens, treinen, actiespeelgoed en dergelijke aan te drijven, zijn eenvoudige vliegwielmotoren.
KoppelactiepersenEdit
In de industrie zijn kniehefboomactiepersen nog steeds populair. De gebruikelijke opstelling omvat een zeer sterke krukas en een zware drijfstang die de pers aandrijft. Grote en zware vliegwielen worden aangedreven door elektromotoren, maar de vliegwielen draaien de krukas alleen wanneer de koppelingen worden geactiveerd.