Directe energie - Vacuümprocessen verhogen de efficiëntie van vliegwielen

Directe energie - Vacuümprocessen verhogen de efficiëntie van vliegwielen

Vliegwielen zorgen voor opslag en directe vrijgave van kinetische energie. Dit is ideaal als grote hoeveelheden energie heel snel nodig zijn. Vacuümprocessen maken deze technologie efficiënter.
02_Racing_Car.jpg

Alle kinderen zijn bekend met het natuurkundige principe van het opwinden van een speelgoedauto door de wielen twee of drie keer over de grond te laten rijden en de auto vervolgens los te laten, waardoor hij brommend wegrijdt, aangedreven door een vliegwiel. Wanneer het kind met de hand op de auto drukt, begint een kleine metalen schijf die is verbonden met de wielen, snel te draaien. De rotatie-energie van slechts een paar gram plaatwerk is voldoende voor een autorace in de speelkamer.

Vacuümprocessen optimaliseren de werking

Maar het vliegwiel is veel meer dan slechts speelgoed. Bij andere moderne toepassingen worden vliegwielen gebruikt als buffer voor fluctuaties in netvoeding en als tijdelijke opslag van remenergie. Een vacuüm wordt vaak toegepast om het gebruik van vliegwieltechnologie efficiënter te maken, want als het aantal omwentelingen en de rotatiesnelheid toeneemt, geldt dit ook voor de effecten van weerstand en luchtturbulentie. Deze zorgen voor een aanzienlijke vermindering van de prestatie van het rotatie-opslagapparaat door het te vertragen, en kunnen zelfs geavanceerde kunststof vliegwielen vernietigen door de vorming van wrijvingswarmte. Dit wordt voorkomen als het wiel draait in een ingekapselde behuizing, waar het onderhevig is aan een hoog vacuüm en waar geen luchtweerstand is. Dit minimaliseert tevens onvermijdelijk energieverlies bij stationair draaien en verhoogt de efficiëntie van het vliegwiel.

Magnetische lagers in plaats van conventionele kogellagers worden ook steeds meer gebruikt voor de rotatie-as om wrijvingsverliezen tot een minimum te beperken. Als gevolg zweeft de wielas in een magnetisch veld en draait hij zonder wrijving.

Snelheid is belangrijk

Het vliegwiel slaat de energie in een bewegend lichaam op. Conventionele vliegwielen zijn daarom doorgaans gemaakt van metaal, waardoor ze relatief zwaar zijn. De beperkende factor staat bekend als de omtreksnelheid, d.w.z. de snelheid waarop de buitenrand van het wiel draait. Naarmate de snelheid toeneemt, neemt ook de centrifugale kracht toe; uiteindelijk bereikt het materiaal de limiet en kan barsten. De trend voor vliegwielen verplaatst zich daarom richting koolstofvezelmateriaal met hoge sterkte, aangezien dit geen grote massa vereist.

Het energiegehalte van een draaiende massa neemt toe met het kwadraat van de rotatiesnelheid. Dit betekent dat het vermogen om energie op te slaan effectiever kan worden verhoogd door snellere rotatie dan met zwaardere of grotere schijven. Vezel versterkte kunststoffen zijn licht en door hun sterkte kunnen ze weerstand bieden tegen extreem snelle rotatie, met het potentieel van wel 100.000 omwentelingen per minuut.

Vliegwielgenerator in vacuümkamer in de Porsche 918 RSR | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0

Beproefde en vertrouwde technologie

Het principe van het vliegwiel als directe opslag voor kinetische energie wordt in een groot aantal verschillende toepassingen gebruikt. Het diende als het aandrijfmechanisme voor pottenbakkersschijven in de klassieke oudheid, voor stoommachines gedurende de industriële revolutie en wordt ook in moderne raceauto's gebruikt. Regels van de FIA staan het gebruik van vliegwielenergie-opslag toe waarbij de energie wordt geladen tijdens het remmen en weer wordt ontladen bij versnelling. In 2012 eindigden twee Audi R18 e-tron quattro-auto's met vliegwielenergie-opslag zelfs op de eerste en tweede plaats tijdens de 24-uurs race in Le Mans.

Vandaag de dag worden vliegwielen gebruikt als aandrijving voor generatoren als buffer voor netschommelingen. 97 procent van alle netstoringen duurt korter dan drie seconden – bij lange na niet lang genoeg om een door diesel aangedreven noodeenheid op de vereiste snelheid te brengen. De energie van de vliegwielgenerator is daarentegen binnen enkele milliseconden beschikbaar. Hij vangt korte netschommelingen op en dient als buffer totdat de noodstroomvoorziening in werking kan worden gezet.

Busch levert en onderhoudt vacuümtechniek voor opslagapparaten van rotatie-energie in diverse toepassingen.


Hoog vermogen voor fusie-experimenten

Het grote prestatievermogen van vliegwielgeneratoren wordt specifiek gebruikt voor snelle toegang tot grote hoeveelheden energie, bijvoorbeeld voor het fusie-experiment ASDEX Upgrade aan het Max Plack Instituut voor plasmafysica in de Duitse stad Garching. Daar wordt een vliegwiel van 400 ton versneld tot 3000 omwentelingen per minuut. Het wiel levert vervolgens gedurende 10 seconden een vermogen van 150 MW om het plasma te verhitten.

Drie keer de geluidssnelheid

Het vliegwiel van koolstofvezel, dat werd ontwikkeld voor de motorsport, heeft een diameter van 30 millimeter en bereikt 60.000 omwentelingen. Dit betekent dat het aan de buitenrand drie keer de geluidssnelheid bereikt. Het vliegwiel draait in een vacuüm in een afgedichte kamer, en het vermogen wordt overgedragen via een magnetische koppeling.


Abonneer u op de "World of Vacuum"-nieuwsbrief!
Abonneer u nu en blijf up-to-date met het laatste fascinerende nieuws op het gebied van vacuüm.

ABONNEREN

Wilt u meer weten?
We geven u graag meer informatie. Contact Busch Nederland:
+31 (0)348 46 23 00 Neem contact met ons op