TransportationEdit
AutomotiveEdit
În anii ’50, în Yverdon (Elveția) și Ghent (Belgia) au fost folosite autobuze alimentate cu volane, cunoscute sub numele de girobuze, și există cercetări în curs de desfășurare pentru a realiza sisteme de volane care să fie mai mici, mai ușoare, mai ieftine și să aibă o capacitate mai mare. Se speră că sistemele de volane pot înlocui bateriile chimice convenționale pentru aplicații mobile, cum ar fi vehiculele electrice. Sistemele de volane propuse ar elimina multe dintre dezavantajele sistemelor de alimentare cu baterii existente, cum ar fi capacitatea redusă, timpii lungi de încărcare, greutatea mare și durata scurtă de viață utilă. Este posibil ca volanele să fi fost utilizate în modelul experimental Chrysler Patriot, deși acest lucru a fost contestat.
Au fost propuse, de asemenea, volane pentru utilizarea în transmisiile cu variație continuă. Punch Powertrain lucrează în prezent la un astfel de dispozitiv.
În timpul anilor 1990, Rosen Motors a dezvoltat un sistem de propulsie hibrid de serie pentru autovehicule, alimentat cu turbină cu gaz, care folosea un volant de 55.000 rpm pentru a oferi rafale de accelerație pe care micul motor cu turbină cu gaz nu le putea oferi. Volantul a stocat, de asemenea, energie prin frânare regenerativă. Volantul a fost compus dintr-un butuc din titan cu un cilindru din fibră de carbon și a fost montat pe cardan pentru a minimiza efectele giroscopice adverse asupra manevrabilității vehiculului. Vehiculul prototip a fost testat cu succes pe șosea în 1997, dar nu a fost niciodată produs în serie.
În 2013, Volvo a anunțat un sistem de volant de inerție montat pe puntea spate a sedanului său S60. Acțiunea de frânare învârte volantul cu până la 60.000 rpm și oprește motorul montat în față. Energia volantului este aplicată prin intermediul unei transmisii speciale pentru a alimenta parțial sau complet vehiculul. Volantul din fibră de carbon de 20 de centimetri (7,9 in) și 6 kilograme (13 lb) se rotește în vid pentru a elimina frecarea. Atunci când este asociat cu un motor cu patru cilindri, acesta oferă o reducere de până la 25 de procente a consumului de combustibil față de un motor turbo cu șase cilindri cu performanțe comparabile, oferind un plus de 80 de cai putere (60 kW) și permițând atingerea a 100 de kilometri pe oră (62 mph) în 5,5 secunde. Compania nu a anunțat planuri specifice de a include această tehnologie în linia sa de produse.
În iulie 2014, GKN a achiziționat divizia Williams Hybrid Power (WHP) și intenționează să furnizeze 500 de sisteme de volane electrice Gyrodrive din fibră de carbon către operatorii de autobuze urbane în următorii doi ani După cum sugerează și numele fostului dezvoltator, acestea au fost concepute inițial pentru aplicații de curse auto de Formula 1. În septembrie 2014, Oxford Bus Company a anunțat că introduce 14 autobuze hibride Gyrodrive de la Alexander Dennis în cadrul operațiunii sale Brookes Bus.
Vehicule feroviareEdit
Sistemele de volane au fost utilizate experimental în locomotive electrice de mici dimensiuni pentru manevre sau comutare, de exemplu locomotiva Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive. Locomotivele electrice mai mari, de exemplu locomotivele British Rail clasa 70, au fost uneori echipate cu boostere cu volant pentru a le transporta peste golurile din a treia șină. Volane avansate, cum ar fi pachetul de 133 kWh de la Universitatea Texas din Austin, pot duce un tren de la o pornire de pe loc până la viteza de croazieră.
Parry People Mover este un vagon de cale ferată care este acționat de un volant. A fost testat duminica, timp de 12 luni, pe Stourbridge Town Branch Line din West Midlands, Anglia, în 2006 și 2007 și urma să fie introdus ca serviciu complet de către operatorul feroviar London Midland în decembrie 2008, după ce vor fi comandate două unități. În ianuarie 2010, ambele unități sunt în funcțiune.
Electrificarea căilor ferateEdit
FES poate fi utilizat la marginea liniilor de cale ferată electrificate pentru a ajuta la reglarea tensiunii liniei, îmbunătățind astfel accelerația trenurilor electrice nemodificate și cantitatea de energie recuperată înapoi pe linie în timpul frânării regenerative, reducând astfel facturile de energie. Au avut loc teste la Londra, New York, Lyon și Tokyo, iar Long Island Rail Road din cadrul MTA din New York investește în prezent 5,2 milioane de dolari într-un proiect pilot pe linia West Hempstead Branch a LIRR.Aceste teste și sisteme stochează energia cinetică în rotoare formate dintr-un cilindru compozit din carbon și sticlă umplut cu pulbere de neodimiu-fier-boron care formează un magnet permanent. Acestea se rotesc cu o viteză de până la 37800rev/min, iar fiecare unitate de 100 kW poate stoca 11 megajouli (3,1 kWh) de energie reutilizabilă, aproximativ suficient pentru a accelera o greutate de 200 de tone metrice de la zero la 38 km/h.
Surse de alimentare neîntreruptibilăEdit
Sistemele de stocare a energiei prin roți zburătoare aflate în producție începând cu 2001 au capacități de stocare comparabile cu cele ale bateriilor și rate de descărcare mai rapide. Ele sunt utilizate în principal pentru a asigura nivelarea sarcinii pentru sisteme mari de baterii, cum ar fi o sursă de alimentare neîntreruptă pentru centrele de date, deoarece economisesc o cantitate considerabilă de spațiu în comparație cu sistemele de baterii.
În general, întreținerea volanului funcționează aproximativ la jumătate din costul sistemelor UPS tradiționale cu baterii. Singura întreținere este o rutină anuală de întreținere preventivă de bază și înlocuirea rulmenților la fiecare cinci până la zece ani, care durează aproximativ patru ore. Cele mai noi sisteme de volane mai noi fac să leviteze complet masa care se învârte folosind rulmenți magnetici care nu necesită întreținere, eliminând astfel întreținerea și defecțiunile rulmenților mecanici.
Costurile unui UPS cu volan complet instalat (inclusiv condiționarea energiei) sunt (în 2009) de aproximativ 330 de dolari pe kilowatt (pentru o capacitate de 15 secunde la sarcină maximă).
Laboratoare de testareEdit
O nișă de piață de lungă durată pentru sistemele de alimentare cu volant sunt instalațiile în care se testează întrerupătoarele de circuit și dispozitive similare: chiar și un întrerupător de circuit casnic de mici dimensiuni poate fi evaluat pentru a întrerupe un curent de 10000 sau mai mulți amperi, iar unitățile mai mari pot avea valori nominale de întrerupere de 100000 sau 1000000 de amperi. Sarcinile tranzitorii enorme produse de forțarea deliberată a unor astfel de dispozitive pentru a-și demonstra capacitatea de a întrerupe scurtcircuite simulate ar avea efecte inacceptabile asupra rețelei locale dacă aceste teste ar fi efectuate direct de la rețeaua electrică a clădirii. În mod obișnuit, un astfel de laborator va avea mai multe seturi mari de motoare-generatoare, care pot fi rotite până la turație timp de câteva minute; apoi motorul este deconectat înainte de a fi testat un întrerupător de circuit.
Laboratoare de fizicăEdit
Experimentele de fuziune Tokamak au nevoie de curenți foarte mari pentru intervale scurte de timp (în principal pentru a alimenta electromagneți mari timp de câteva secunde).
- JET (Joint European Torus) are două volane de 775 de tone (instalate în 1981) care se rotesc până la 225 rpm. Fiecare volant înmagazinează 3,75 GJ și poate furniza până la 400MW.
- Experimentul helicoidal simetric de la Universitatea din Wisconsin-Madison are 18 volane de o tonă, care se învârt până la 10.000 rpm folosind motoare de tren electric recondiționate.
- ASDEX are 3 generatoare cu volane.
- DIII-D (tokamak) de la General Atomics
- the Princeton Large Torus (PLT) de la Princeton Plasma Physics Laboratory
De asemenea, non-tokamak: sincrotonul Nimrod de la Rutherford Appleton Laboratory avea două volane de 30 de tone.
Sisteme de lansare a avioanelorEdit
Transportatorul de avioane din clasa Gerald R. Ford va folosi volane pentru a acumula energie din sursa de alimentare a navei, pentru a fi eliberată rapid în sistemul electromagnetic de lansare a avioanelor. Sistemul de alimentare de la bordul navei nu poate furniza de unul singur tranzitorii de mare putere necesare pentru lansarea aeronavelor. Fiecare dintre cele patru rotoare va stoca 121 MJ (34 kWh) la 6400 rpm. Aceștia pot stoca 122 MJ (34 kWh) în 45 de secunde și îi pot elibera în 2-3 secunde. Densitatea de energie a volantului este de 28 kJ/kg (8 W-h/kg); incluzând statoarele și carcasele, aceasta se reduce la 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), excluzând cadrul de cuplu.
Volant G2 al NASA pentru stocarea energiei pe nave spațialeEdit
Acesta a fost un proiect finanțat de Centrul de Cercetare Glenn al NASA și destinat testării componentelor într-un mediu de laborator. A folosit o jantă din fibră de carbon cu un butuc din titan proiectat să se rotească la 60.000 rpm, montat pe rulmenți magnetici. Greutatea a fost limitată la 250 de lire sterline. Capacitatea de stocare era de 525 W-hr (1,89 MJ) și putea fi încărcată sau descărcată la 1 kW. Modelul funcțional prezentat în fotografia din partea de sus a paginii a funcționat la 41.000 rpm pe 2 septembrie 2004.
Plimbări de amuzamentEdit
Montezooma’s Revenge roller coaster de la Knott’s Berry Farm a fost primul roller coaster cu volan de lansare din lume și este ultima atracție de acest tip încă în funcțiune în Statele Unite. Plimbarea folosește un volant de 7,6 tone pentru a accelera trenul până la 55 de mile pe oră (89 km/h) în 4,5 secunde.
Cuvintele roller coaster Incredible Hulk de la Universal’s Islands of Adventure prezintă o lansare în urcare cu accelerare rapidă, spre deosebire de căderea tipică prin gravitație. Acest lucru este realizat prin intermediul unor motoare de tracțiune puternice care aruncă mașina în sus pe pistă. Pentru a obține curentul scurt și foarte mare necesar pentru a accelera un tren complet de roller coaster la viteză maximă în urcare, parcul utilizează mai multe grupuri generatoare de motoare cu volane mari. Fără aceste unități de stocare a energiei, parcul ar trebui să investească într-o nouă substație sau ar risca să întrerupă rețeaua de energie locală de fiecare dată când atracția se lansează.
Putere pulsatorieEdit
Sistemele de stocare a energiei prin volane (FESS) se regăsesc într-o varietate de aplicații, de la gestionarea energiei conectate la rețea până la surse de alimentare neîntreruptibile. Odată cu progresul tehnologiei, există o renovare rapidă implicată în aplicarea FESS. Printre exemple se numără armele de mare putere, grupurile motopropulsoare ale aeronavelor și sistemele de alimentare de la bordul navelor, în cazul în care sistemul necesită o putere foarte mare pentru o perioadă scurtă, de ordinul a câteva secunde și chiar milisecunde.Alternatorul cu impulsuri compensate (compulsor) este una dintre cele mai populare alegeri de surse de alimentare cu impulsuri pentru reactoarele de fuziune, laserele cu impulsuri de mare putere și lansatoarele electromagnetice de hipervelocitate, datorită densității sale mari de energie și densității de putere, care este, în general, proiectată pentru FESS. compresoarele (alternatoare cu inductanță redusă) acționează ca niște condensatori, ele pot fi învârtite pentru a furniza energie cu impulsuri pentru tunuri de cale ferată și lasere. În loc să aibă un volant și un generator separate, doar rotorul mare al alternatorului stochează energie. Vezi și Generator homopolar.
Sporturi cu motorEdit
Utilizând o transmisie cu variație continuă (CVT), energia este recuperată din trenul de propulsie în timpul frânării și stocată într-o volantă. Această energie stocată este apoi utilizată în timpul accelerației prin modificarea raportului de transmitere al CVT. În aplicațiile din sporturile cu motor, această energie este utilizată pentru a îmbunătăți accelerația, mai degrabă decât pentru a reduce emisiile de dioxid de carbon – deși aceeași tehnologie poate fi aplicată la mașinile de stradă pentru a îmbunătăți eficiența combustibilului.
Automobile Club de l’Ouest, organizatorul din spatele evenimentului anual 24 de ore de la Le Mans și al Le Mans Series, „studiază în prezent reguli specifice pentru LMP1, care vor fi echipate cu un sistem de recuperare a energiei cinetice.”
Williams Hybrid Power, o filială a echipei Williams F1 Racing, a furnizat Porsche și Audi un sistem hibrid bazat pe volan pentru 911 GT3 R Hybrid de la Porsche și R18 e-Tron Quattro de la Audi. Sistem de stocare a energiei prin volane și Stocarea energiei în rețea
Volanele sunt uneori utilizate ca rezervă de rotație pe termen scurt pentru reglarea momentană a frecvenței rețelei și pentru echilibrarea schimbărilor bruște între aprovizionare și consum. Lipsa emisiilor de dioxid de carbon, timpii de răspuns mai rapizi și capacitatea de a cumpăra energie în afara orelor de vârf se numără printre avantajele utilizării volanților în locul surselor tradiționale de energie, cum ar fi turbinele cu gaz natural. Funcționarea este foarte asemănătoare cu cea a bateriilor în aceeași aplicație, diferențele lor fiind în primul rând de ordin economic.
Beacon Power a inaugurat în 2011 o instalație de stocare a energiei prin volane de 5 MWh (20 MW în 15 minute) în Stephentown, New York, folosind 200 de volane, iar în 2014 un sistem similar de 20 MW în Hazle Township, Pennsylvania.
În 2014 a fost inaugurată o instalație de stocare a energiei prin volane de 2 MW (timp de 15 minute) în Minto, Ontario, Canada. Sistemul cu volane (dezvoltat de NRStor) utilizează 10 volane de oțel care se învârt pe rulmenți magnetici.
Amber Kinetics, Inc. are un acord cu Pacific Gas and Electric (PG&E) pentru o instalație de stocare a energiei prin volane de 20 MW / 80 MWh situată în Fresno, California, cu o durată de descărcare de patru ore.
Turbine eolieneEdit
Volantele pot fi utilizate pentru a stoca energia generată de turbinele eoliene în perioadele de vârf sau în timpul unor viteze mari ale vântului.
În 2010, Beacon Power a început testarea sistemului său de stocare a energiei cu volane Smart Energy 25 (Gen 4) la un parc eolian din Tehachapi, California. Sistemul făcea parte dintr-un proiect demonstrativ de energie eoliană/volant de inerție desfășurat pentru California Energy Commission.
JucăriiEdit
Motoarele de fricțiune folosite pentru a alimenta multe mașini de jucărie, camioane, trenuri, jucării de acțiune și altele asemenea, sunt simple motoare cu volant de inerție.
Prese de acțiune cu pârghieEdit
În industrie, presele de acțiune cu pârghie sunt încă populare. Aranjamentul obișnuit implică un arbore cotit foarte puternic și o bielă foarte rezistentă care acționează presa. Volantele mari și grele sunt acționate de motoare electrice, dar volantele rotesc arborele cotit numai atunci când sunt activate ambreiajele.
.