Quando si tratta della necessità di accumulare in qualche modo energia, molti iniziano immediatamente a pensare alla batteria. Ovviamente, cos'altro potrebbe essere. Tuttavia, esiste un altro metodo che non viene utilizzato molto spesso, ma allo stesso tempo ha ottime prospettive. Soprattutto sullo sfondo dello sviluppo di altre tecnologie. Tali sviluppi sono stati utilizzati anche nella produzione di trasporto pubblico e merci. Le loro origini risalgono all'Unione Sovietica, ma recentemente la tecnologia ha iniziato ad essere utilizzata sempre più spesso. Diversi anni fa, quando i regolamenti lo consentivano, veniva utilizzato anche in Formula 1. Apriamo il velo della segretezza e vi raccontiamo come funziona questa invenzione piuttosto semplice ma geniale, e di una persona che ha dedicato la sua vita a questo.
Cos'è un volano?
Oggi parleremo dei super volani e del loro creatore Nurbey Gulia. Sebbene sembri che il volano sia qualcosa di antiquato e puramente tecnico, ha anche un posto nel nuovo mondo elettrico.
I volani stessi sono stati inventati molto tempo fa e sono stati persino utilizzati con successo nell'industria di quegli anni. Ci sono anche reperti in Mesopotamia e nell'antica Cina che confermano l'uso di tali dispositivi. È vero, allora erano fatti di argilla cotta o legno e svolgevano altre funzioni.
Dove vengono utilizzati i volani?
Grazie alla sua imponenza e alle leggi della fisica che accompagnano il movimento di un volano, ha trovato applicazione in molti meccanismi moderni, dal trasporto all'industria.
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L'applicazione più semplice è mantenere la velocità di rotazione dell'albero su cui è montato il volano. Questo può tornare utile mentre una macchina è in funzione. Soprattutto in quei momenti in cui si verificano forti carichi ed è necessario evitare un calo di velocità. Si scopre questo tipo di smorzatore.
Probabilmente il luogo più comune in cui si trovano i volani è nel motore a combustione interna di un'auto. Permette di mantenere la velocità del motore quando la frizione è disinnestata. Ciò riduce l'impatto sulla trasmissione, poiché il cambio di marcia avviene mentre il motore funziona al di sopra del minimo. Inoltre, si ottiene un maggiore comfort e un movimento più fluido. È vero, nelle auto da corsa, il volano è molto alleggerito per ridurre il peso e aumentare la velocità di rotazione del motore.
Volano di un'autovettura.
Inoltre, i volani sono spesso usati per stabilizzare il movimento. Ciò accade a causa del fatto che la ruota, che è il volano, crea un effetto giroscopico durante la rotazione. Crea una forte resistenza quando si cerca di inclinarlo. Questo effetto può essere facilmente percepito, ad esempio, facendo girare la ruota di una bicicletta e tentando di inclinarla oppure sollevando un disco rigido funzionante.
Tale forza interferisce con il controllo della moto, costringendo a ricorrere al controsterzo, soprattutto ad alta velocità, ma aiuta molto, ad esempio, a stabilizzare la nave durante il rollio. Inoltre, appendendo un tale volano e tenendo conto che è sempre nella stessa posizione rispetto all'orizzonte, è possibile correggere le sue deviazioni dal corpo dell'oggetto e comprenderne la posizione nello spazio. L'uso di tali proprietà di un volano è rilevante nel settore dell'aviazione. È il volano rotante che determinerà la posizione della fusoliera dell'aereo nello spazio.
Super volano Gulia
Ora, dopo un'introduzione e un background piuttosto lunghi, parliamo direttamente dei super volani e di come aiutano a risparmiare energia senza avere composti chimici nella loro composizione per questo.
Nurbey Gulia - ha creato e promuove l'idea di un super volano come dispositivo di accumulo di energia.
Un super volano è un tipo di volano progettato per l'accumulo di energia. È appositamente progettato per immagazzinare quanta più energia possibile senza bisogno di altri scopi.
Questi volani sono pesanti e girano molto velocemente. A causa del fatto che la velocità di rotazione è molto alta, c'è il rischio di vuoto nella struttura, ma anche questo è pensato. Il volano stesso è costituito da spire arrotolate di nastro di plastica d'acciaio o materiali compositi. Oltre al fatto che una tale struttura è più forte di una monolitica, viene comunque gradualmente distrutta. Cioè, in caso di delaminazione, il volano semplicemente rallenterà e rimarrà impigliato nelle sue parti. Non credo valga la pena spiegare che la rottura di un volano che ruota a decine di migliaia di giri al minuto e pesa almeno decine di chilogrammi è irta di gravissime conseguenze.
Inoltre, per garantire una sicurezza ancora maggiore, è possibile posizionare un sistema con un simile volano in una capsula corazzata e interrarlo a diversi metri nel terreno. In questo caso, gli elementi in movimento non saranno sicuramente in grado di danneggiare una persona.
Un ulteriore vantaggio dell'utilizzo di una capsula corazzata sarà la creazione di un vuoto al suo interno, che ridurrà significativamente l'effetto delle forze esterne sul movimento. In poche parole, in questo modo è possibile ridurre al minimo o rimuovere completamente la resistenza del mezzo gassoso (nel solito caso dell'aria).
Ecco come funziona il super volano di Gulia.
La resistenza dei cuscinetti su cui è installato il volano agisce anche come forze aggiuntive che ostacolano la rotazione. Ma può essere montato su una sospensione magnetica. In questo caso, le forze di influenza sono ridotte al minimo, il che può essere trascurato. È per questo motivo che tali volani possono ruotare per mesi. Inoltre, la sospensione magnetica ti consente di non preoccuparti dell'usura del sistema. Solo il generatore è usurato.
È il generatore che è l'elemento che ti permette di generare elettricità. Si collega semplicemente al volano e riceve la rotazione trasmessa, genera elettricità. Risulta un analogo di un generatore convenzionale, solo per questo non è necessario bruciare carburante.
Per immagazzinare energia in assenza di carico, il volano gira e quindi "trattiene la carica". In realtà, una versione combinata è possibile anche per analogia con le batterie convenzionali, che possono emanare energia e caricarsi contemporaneamente. Per far girare il volano, viene utilizzato un generatore a motore, che può sia far girare il volano che prendere l'energia della sua rotazione.
Tali sistemi sono rilevanti per lo stoccaggio di energia nelle abitazioni e nei sistemi di ricarica. Ad esempio, un sistema simile, come concepito dagli ingegneri Skoda, dovrebbe essere utilizzato per caricare le auto. Di giorno il volano gira e la sera carica le auto elettriche, senza caricare la rete cittadina di sera e di notte. In questo caso è possibile caricare lentamente da un volano o velocemente da più volani, dai quali verrà “rimossa” più elettricità.
Efficienza super volano
L'efficienza dei super volani per tutto il loro apparente arcaismo raggiunge valori altissimi. La loro efficienza raggiunge il 98 percento, che non è nemmeno sognata dalle normali batterie di accumulo. A proposito, l'autoscarica di tali batterie avviene anche più velocemente della perdita di velocità di un volano ben fatto nel vuoto e su una sospensione magnetica.
Puoi ricordare i vecchi tempi in cui le persone iniziarono a immagazzinare energia attraverso i volani. L'esempio più semplice sono le ruote da vasaio, che venivano filate e filate mentre l'artigiano lavorava sul vaso successivo.
Abbiamo già stabilito che il design di un super volano è abbastanza semplice, ha un'alta efficienza e allo stesso tempo è relativamente poco costoso, ma ha uno svantaggio, che influisce sull'efficienza del suo utilizzo e ostacola l'adozione di massa. Più precisamente, ci sono due di questi svantaggi.
Volano a cinghia.
Il principale sarà lo stesso effetto giroscopico. Se sulle navi questa è una proprietà laterale utile, sul trasporto su strada interferirà notevolmente e sarà necessario utilizzare sistemi di sospensione complessi. Il secondo svantaggio sarà il pericolo di incendio in caso di distruzione. A causa dell'elevato tasso di distruzione, anche i volani compositi generano una grande quantità di calore a causa dell'attrito contro l'interno della capsula corazzata. In una struttura fissa, questo non sarà un grosso problema, poiché è possibile realizzare un sistema di estinzione degli incendi, ma nel trasporto può creare molte difficoltà. Inoltre, nel trasporto, il rischio di distruzione è maggiore a causa delle vibrazioni durante il movimento.
Dove vengono utilizzati i super volani?
Prima di tutto, N. V. Gulia voleva usare la sua invenzione nel trasporto. Sono stati persino costruiti e testati diversi prototipi. Nonostante ciò, i sistemi non sono andati oltre i test. Ma l'uso di questo metodo di accumulo di energia è stato riscontrato in un'altra area.
Così negli Stati Uniti nel 1997, Beacon Power ha compiuto un grande passo avanti nello sviluppo di super volani da utilizzare nelle centrali elettriche a livello industriale. Questi super volani potevano immagazzinare energia fino a 25 kWh e avevano una potenza fino a 200 kW. La costruzione dell'impianto da 20 MW è iniziata nel 2009. Doveva livellare i picchi di carico sulla rete elettrica.
Ci sono progetti simili anche in Russia. Ad esempio, sotto la supervisione scientifica dello stesso N. V. Gulia, Kinetic Power ha creato la propria versione di dispositivi di accumulo di energia cinetica stazionari basati su un super volano. Un'unità può immagazzinare fino a 100 kWh di energia e fornire potenza fino a 300 kW. Il sistema di tali volani può fornire l'equalizzazione della disomogeneità giornaliera del carico elettrico di un'intera regione. Quindi puoi abbandonare completamente le costosissime centrali elettriche di accumulo a pompa.
È anche possibile utilizzare super volani su oggetti in cui è necessaria l'indipendenza dalle reti elettriche e l'alimentazione di backup. Questi sistemi sono molto reattivi. È letteralmente una frazione di secondo e ti consente di fornire una potenza davvero ininterrotta.
Un'idea del genere "non è venuta fuori". Può funzionare con i treni?
Un altro luogo in cui il Super Flywheel può essere utilizzato è nel trasporto ferroviario. Si spende molta energia per frenare i treni e, se non la si spreca, riscaldando i meccanismi di frenata, ma facendo girare il volano, l'energia accumulata può essere spesa per guadagnare velocità. Dirai che il sistema di sospensione sarà molto fragile per il trasporto e avrai ragione, ma in questo caso è possibile parlare di cuscinetti, poiché semplicemente non è necessario immagazzinare energia per molto tempo e le perdite dai cuscinetti non saranno così grandi per un tale periodo di tempo. Ma questo metodo ti consente di risparmiare il 30 percento dell'energia consumata dal treno per il movimento.
Come puoi vedere, i sistemi super volano hanno molti vantaggi e pochissimi svantaggi. Da ciò possiamo concludere che guadagneranno popolarità, diventeranno più economici e più diffusi. Questo è proprio il caso in cui le proprietà della materia e le leggi della fisica, familiari alle persone fin dai tempi antichi, ti consentono di inventare qualcosa di nuovo. Di conseguenza, hai ottenuto una straordinaria simbiosi di meccanica ed elettrica, il cui potenziale non è stato ancora completamente rivelato.
Artem Sutyagin
