Диски высокой энергии: маховичный накопитель

Практическое использование

Изначально Н. В. Гулиа в планировал применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

В настоящий момент накопители энергии на базе супермаховиков успешно применяются в других областях. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны в зависимости от модели запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч и выдавать мощность в 2 и 200 кВт соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года. Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока. Однако намотанные из углеволокна супермаховики оказались крайне ненадежны, они внезапно разрывались со «взрывным эффектом» большой мощности даже на рабочей частоте.

Под научным руководством Н. В. Гулиа компания KEST создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховиков из высокопрочной стальной ленты. Один такой накопитель способен запасать энергию до 20 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 1000 кВт. В условиях российского рынка кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то, что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остаётся одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идёт о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключённый к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. «Спасённая» таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 % и более.

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания объектов высших уровней ответственности. Свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

Область применения системы накопления энергии

Представленную ученым систему ставили на общественный транспорт в городе Курск, а также был изобретен грузовой автомобиль с движущей силой от маховика и мотор-генератора. Изначально казалось, что у Советского Союза появился уникальный шанс вывести промышленность на новый уровень и громко заявить о себе с минимальными затратами и без ущерба для экологии. Но в 70-х годах государственное финансирование проекта свернули. Одна из теорий – в Министерстве Промышленности опасались, что предложенное Н.Гулиа изобретение дойдет до Европы и США, что было крайне невыгодно в условиях мирового нефтяного кризиса. Так как советская нефть пользовалась высоким спросом, в высших кругах посчитали не нужным предать уникальное изобретение широкой огласке. Но это только одна из версий.

По-другому обстоят дела в сфере промышленности. В России Kinetic Power под сопровождением Н.Гулиа разработала стационарный накопитель энергии с супермаховиком в конструкции. Потенциал колоссальный – один маховик способен накопить до 100 КВт*ч энергии и обеспечить мощность до 300 кВт. Уникальность системы в том, что она способна заменить гидроаккумулирующие электростанции и выровнять нагрузку на электрическую сеть целого жилого района. Также система актуальна в домохозяйстве и области электромобилей. По мнению инженеров Skoda, подобную систему рационально использовать для подзарядки аккумуляторов электрического автомобиля. За счет дневного раскручивания маховика вечером возможна отдача энергии в заряд АКБ без нагрузки на городскую электрическую сеть.

Чудо-махомобили

Можно ли вывести супермаховик на уровень самых емких аккумуляторов? Оказывается, это не проблема. Если вместо стали использовать более прочные материалы, то пропорционально вырастет и энергоемкость. Причем, в отличие от электрохимических аккумуляторов, здесь практически нет потолка.

Супермаховик из кевлара на испытаниях при той же массе накапливал в четыре раза больше энергии, чем стальной. Супермаховик, навитый из углеволокна, может в 20−30 раз превзойти стальной по плотности энергии, а если использовать для его изготовления, например, алмазное волокно, то накопитель приобретет фантастическую энергоемкость — 15 МДж/кг. Но и это не предел: сегодня с помощью нанотехнологий на основе углерода создаются волокна фантастической прочности. «Если из такого материала навить супермаховик, — рассказывает профессор, — плотность энергии может достичь 2500−3500 МДж/кг. А значит, 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить легковому автомобилю пробег в два с лишним миллиона километров с одной прокрутки — больше, чем может выдержать шасси машины».

Маховичные машины Если объединить в одну схему супермаховик и супервариатор расход привычного автомобиля можно снизить ниже 2 л/100 км, считает Нурбей Гулиа. На фото приведена схема работы маховичной машины на топливных элементах, справа автомобиля с ДВС.

За счет того что супермаховик вращается в вакууме, а его ось закреплена в магнитной подвеске, сопротивление при вращении оказывается минимальным. Возможно, такой супермаховик может крутиться до остановки многие месяцы. Однако машина, способная работать в течение всего срока службы без заправок, пока еще не изобретена. Мощности современных электростанций определенно не хватит для зарядки таких серийных чудо-махомобилей.

Но именно автотранспорт, считает профессор, самая подходящая сфера применения супермаховиков. И показатели машин проекта Гулиа, на которых он планирует использовать супермаховики, не менее удивительные. По оценке ученого, «здоровый» расход топлива у бензинового автомобиля должен составлять примерно 1,5 л на 100 км, а у дизельного — 1,2 л.

Как такое возможно? «В энергетике есть неписаный закон: при одинаковых капиталовложениях всегда более экономичен привод, в котором нет преобразований видов и форм энергии, — поясняет профессор. — Двигатель выделяет энергию в виде вращения, и ведущие колеса автомобиля потребляют эту энергию тоже в виде вращения. Значит, не надо преобразовывать энергию двигателя в электрическую и обратно, достаточно передавать ее от двигателя к колесам через механический привод».

Таким образом, механический гибрид оказывается максимально энергосберегающим и, как уверяет ученый, в условиях города снижает расход топлива в три раза! Применение супермаховика, который запасает огромное количество энергии от двигателя, а затем практически без потерь отправляет ее на колеса через супервариатор (см. «ПМ», № 3’2006), позволяет снизить размер и мощность двигателя. Двигатель же в проекте ученого работает только в оптимальном режиме, когда его КПД наиболее высок, поэтому-то «суперавтомобиль» Гулиа столь экономичен. Имеется у профессора и проект использования топливных элементов с супермаховиком. У топливных элементов КПД в пределе может быть почти вдвое выше, чем у ДВС, и составляет около 70%.

«Но почему же при всех достоинствах такой схемы она пока не используется на автомобилях?» — задаем мы очевидный вопрос. «Для такой машины был необходим супервариатор, а он появился сравнительно недавно и сейчас только начинает производиться, — объясняет профессор Гулиа. — Так что такой автомобиль на подходе». Нашему журналу приятно сознавать, что если такой автомобиль появится, то в этом будет и наша заслуга. После того как в «Популярной механике» появилась статья о супервариаторе Гулиа, этим проектом сразу заинтересовались производители приводной техники, и сейчас профессор занимается созданием и совершенствованием своего супервариатора. А значит, стоит надеяться, что ждать суперавтомобиля осталось недолго…

Статья опубликована в журнале «Популярная механика»
(№12, Декабрь 2008).

Текст

(19) (И) А 1 16 Н 33 О 51 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПРИ ГКНТ СССР ТЕТЫТИЯМ АВТОРСКОМУ С ЛЬСТВ16 НК относится к машино быть использованонетической энергии.я является повышени г.2(56) Авторское У 1201588, кл.Авторское св 9 1084522, кл. (54) СУПЕРМАХОВ (57) Изобретени строению и може аккумуляторах к Целью изобретен энергоемкости, достигаемое за счеттого, что напряжения в намотке отцентробежных сил, возникающих при вращении супермаховика, компенсируютсянапряжениями от сил Лоренца и силэлектростатического взаимодействия,которые вызываются при вращении однослойной намотки 2 в магнитном полемагнитов. Нри подключении к контак-.там 3 нагрузки на витки намотки 2 действует сила Ампера, направленная всторону, противоположную направлению центробежных сил, что также способствует компенсации напряжений отцентробежных сил. 2 ил.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано ваккумуляторах кинетической энергии.Цель изобретения — повьппение энер 5гоемкости за счет того, что напряже-.ния в намотке обода от центробежныхсил компенсируются напряжениями, возникающими от сил Лоренца и Ампера,а также от сил электростатического 10взаимодействия между витками намотки,На фиг. изображена конструктивная схема супермаховика, продольныйразрез; на фиг.2 — разрез А-А нафиг. 1. 15Супермаховик содержит ступицу 1,иразмещенную на ней ленточную намотку2. с контактами 3 для подсоединения кразноименным полюсам источника постоянного тока (не показан). Намотка2 выполнена однослойной. Между витками намоток 2 находится клей 4.Намотка 2 расположена между раз»ноименными полюсами магнитов 5,Супермаховик работает следующим 25образом.При вращении супермаховика на движущиеся заряды ленточной намотки 2 вмагнитном поле магнитов 5 действуетсила Лоренца, направленная по радиусу 30в плоскости вращения супермаховика,Когда направление магнитной индукцииВ и направление вращения Ч ориентированы, как показано на фиг.2, сила,действукщая на положительные заряды, 35направлена к оси вращения супермаховика, а на отрицательные заряды «электроны — в противоположном направ- .лении, что вызывает скопление электронов на внешних витках намотки 2 супер маховика и прйводит к перераспределению зарядов между витками его намотки2, Таким образом, действующая на положительные заряды, в основном неподвижные, сила Лоренца приводит к 45сжатию витков намотки 2, а в результа-те перераспределения зарядов возникает разность потенциалов между контактами 3 указанной на фиг.2 полярности, что вызывает действие сил электростатического взаимодействия, возникающих на внешних и внутренних витках, в результате чего они притягиваются друг к другу.Если к контактам 3 подключить нагрузку, через ленточную намотку 2 потечет ток, направление которого указано на фиг,2 стрелкой 1, При указанном стрелкой В направлении индукции магнитного поля на ленточную намотку 2 с током действует сила,определенная законом Ампера, направленная по правилу левой руки к центру супермаховика, т.е. сжимающая витки намотки 2. В результате прохождения тока в витках намотки 2 в одинаковом направлении возникает сила магнитного взаимодействия, которая притягивает витки намотки 2 друг к другу.Таким образом, возникает суммарная сила., противодействующая центробежной силе, что приводит к увеличению удельной энергоемкости супермаховика.Для увеличения силы тока, протекающего через ленточную намотку 2, последняя может быть подключена к источнику постоянного тока (не показан) таким образом, чтобы направление тока в ней не изменилось.формула из о бр ет енияСупермаховик, содержаший ступицу и размещенную на ней ленточную намотку с контактами для подсоединения к разноименным полюсам источника постоянного тока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения энергоемкости, он снабжен магнитами, а обмотка — однослойная и расположена между разноименными полюсами магнитов.СССР оизводственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 аказ 2000 Тираж 483НИИПИ Государственного комитета и113035, Москва, ЖПодписноеизобретениям и открытиям при ГК Раущская наб д. 4/5

Смотреть

Что такое супермаховик Н. Гулиа?

Маховик – один из древнейших механизмов накопления кинетической энергии. Известно, что даже в древности его использовали из практических соображений. Тогда маховик являлся изделием из глины или дерева. Сегодня маховик применяют в различных в транспортной промышленности и в различных механизмах. В системе транспортного средства он способствует сохранению скорости вращения коленчатого вала с выключенным сцеплением. Супермаховик Гулиа тяжелый, но при этом способен быстро крутиться. Изделие состоит из многочисленных намотанных витков стальной пластичной ленты. Конструкция отличается прочностью и устойчивостью. Если он начнет разрушаться, то запутается в своих же частях, и это еще одно из преимуществ изобретения.

Чтобы полностью обезопасить человека от движущихся элементов, можно использовать бронекапсулу с вакуумом внутри. Маховик крепится на подшипниках – это дополнительные силы, препятствующие вращению. Если его установить на подвес из магнитов, то удастся нивелировать сопротивление движению, а это значит, что маховик сможет крутиться долгое время. Для выработки электричества потребуется генератор. Получаемое от супермаховика вращение генератор преобразует в ток. В результате получается точная копия генератора, но без необходимости сжигать топлива – это одна из ключевых целей, которую преследовал Нурбей Гулиа. За счет мотора-генератора можно как раскручивать маховик, так и забирать энергию за счет его вращения.

Практическое использование

Н. В. Гулиа в первую очередь собирался применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

Однако последние успешные достижения относятся к другим областям. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч в зависимости от модели и мощность в 2 и 200 кВт, соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года. Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока.

Под научным руководством Н. В. Гулиа, российская компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один такой накопитель способен запасать энергию до 100 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 300 кВт. В условиях российского рынка, кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остается одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идет о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключенный к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. Спасенная таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 %.

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания объектов высших уровней ответственности. Уникальные свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

Пружина, резина, конденсатор…

Во всем мире вряд ли найдется человек, который посвятил себя разработке маховичных накопителей энергии в большей мере, чем Нурбей Гулиа. Ведь делом своей жизни изобретатель начал заниматься в 15 лет. Тогда советский школьник Нурбей решил изобрести «энергетическую капсулу» — так он назвал накопитель энергии, который должен был стать столь же энергоемким, как бак с бензином, но при этом копить в себе абсолютно безвредную для человека энергию. Первым делом любознательный школьник опробовал аккумуляторы различных типов. Одним из самых безнадежных вариантов оказался пружинный накопитель. Чтобы обычный легковой автомобиль проехал с таким аккумулятором 100 км пути, последний должен был весить 50 т.

От маховиков к супермаховикам В качестве накопителей энергии маховики применяют уже несколько столетий, однако качественный скачок в области их энергоемкости произошел только в 1960-е году, когда были созданы первые супермаховики. 1. Супермаховик в работе
Супермаховик выглядит, как обычный, но внешняя его часть свита из прочной стальной ленты. Витки ленты обычно склеены между собой. 2. Супермаховик после разрыва
Если разрыв обычного маховика разрушителен, то в случае супермаховика лента прижимается к корпусу и автоматически затормаживает накопитель — все совершенно безопасно.

Резиновый аккумулятор показался куда перспективней: накопитель с зарядом на 100 км мог весить «всего» 900 кг. Заинтересовавшись, Нурбей даже разработал резиноаккумулятор инновационной конструкции для привода детской коляски. Один из прохожих, очарованный самоходной коляской, посоветовал разработчику подать заявку в Комитет по изобретениям и даже помог ее составить. Так Гулиа получил первое авторское свидетельство на изобретение.

Вскоре резину сменил сжатый воздух. И опять Нурбей разработал инновационное устройство — относительно компактный гидрогазовый аккумулятор. Однако, как выяснилось в ходе работы над ним, при использовании сжатого газа энергетический «потолок» был невысок. Но изобретатель не сдался: вскоре им был построен пневмокар с подогревом воздуха горелками. Эта машина получила высокую оценку у его друзей, но по своим возможностям была еще далека от того, чтобы конкурировать с автомобилем.

Технологии
Газ — топливо современности: объясняем, почему это действительно так

Маховики на транспорте можно использовать как в качестве аккумуляторов энергии, так и в виде гироскопов. На фотографии изображен маховичный концепт-кар Ford Gyron (1961), а впервые гиро-кар был построен в 1914 году русским инженером Петром Шиловским.

Особенно тщательно будущий профессор отнесся к проработке варианта «электрической капсулы». Нурбей оценил возможности конденсаторов, электромагнитов и, разумеется, собрал всю возможную информацию об электрохимических аккумуляторах. Был даже построен электромобиль. В качестве аккумулятора для него конструктор использовал батарею МАЗа. Однако возможности тогдашних электрохимических аккумуляторов Гулиа не впечатлили, не было и оснований ожидать, что в области энергоемкости произойдет прорыв. Поэтому из всех накопителей энергии наиболее перспективными Нурбею Владимировичу показались механические аккумуляторы в виде маховиков, несмотря на то что в то время они ощутимо проигрывали электрохимическим накопителям. Тогдашние маховики, даже сделанные из самой лучшей стали, в пределе могли накопить только 30−50 кДж на 1 кг массы. Если раскручивать их быстрее, они разрывались, приводя в негодность все вокруг. Даже свинцово-кислотные аккумуляторы с энергоемкостью 64 кДж/кг смотрелись на их фоне крайне выигрышно, а щелочные аккумуляторы с плотностью энергии 110 кДж/кг были вне конкуренции. Кроме того, уже тогда существовали страшно дорогие серебряно-цинковые аккумуляторы: по удельной емкости (540 кДж/кг) они примерно соответствовали самым емким на сегодня литий-ионным аккумуляторам. Но Гулиа сделал ставку на столь далекий от совершенства маховик…

Заключение

Задачи с большой буквы – конструкция супермаховика и плавный отбор энергии уже давно решены. Периодически сегодня можно слышать об эффективности реализации системы в узкопрофильных областях. Но там, где на изобретение советского ученого возлагались основные надежды (автомобильная промышленность и энергетика), система не нашла своего применения. Несколько лет назад американская компания Beacon Power решила возвести вблизи с Нью-Йорком частную супермаховичную аккумулирующую станцию.

Но об этом проекте уже сегодня ничего не слышно, а это говорит о том, что эксперимент, по всей видимости, не удался. Если рассматривать главные изобретения ученого – супермаховик и супервариатор – с точки зрения коммерческой перспективы, то второе «детище» Гулиа серьезно выигрывает, да и сам ученый, судя по всему, решил сконцентрироваться над совершенством супервариатора и внедрения его в автомобильную сферу. А вот супермаховик, как и прежде, остается под большим знаком вопроса.

Уважаемые друзья, одно из направлений моей деятельности это роботизированная торговля на валютном рынке, кто также интересуется, хочет заниматься данной деятельностью, пишите мне на почту: akppwiki@yandex.ru. Всё максимально автоматизировано, в день нужно будет уделять всего 5-10 минут. Всё подробно расскажу и покажу (в том числе по skype свой рабочий стол, свою статистику, работу роботов), плюс моё сопровождение на всём пути.

Наше сообщество интернет-предпринимателей:ROYAL FAMILY CLUB

Наш канал в Telegram: @TradeCapitalPro

Ленточный маховик

Применение маховиков

Применение маховиков в автомобильной промышленности

Применение маховиков в автомобильной промышленности

Уважаемые друзья, одно из направлений моей деятельности это роботизированная торговля на валютном рынке, кто также интересуется, хочет заниматься данной деятельностью, пишите мне в Telegram: @gennadiyy (name Геннадий Филиппов). Всё максимально автоматизировано, в день нужно будет уделять всего 5-10 минут. Всё подробно расскажу и покажу (в том числе по skype свой рабочий стол, свою статистику, работу роботов), плюс моё сопровождение на всём пути.

Статистика/доходность одного из роботов нашего «старого» партнёра с с октября 2018 и по сегодняшний день: https://www.myfxbook.com/members/Anatoly154/ay1121018tcb/2707798

Наше сообщество интернет-предпринимателей:ROYAL FAMILY CLUB

Наш канал в Telegram: @TradeCapitalPro

Источник : https://akppwiki.ru/supermaxovik-sovetskogo-i-rossijskogo-uchyonogo-i-izobretatelya-n-gulia-osobennost-i-oblast-primeneniya.html