Az utóbbi időben annyira a kémiai tárolórendszerekre koncentráltunk, hogy egyesek elfeledkeznek más régi, látszólag hatékonyabb mechanikus akkumulátorokról.
Egy ilyen akkumulátor a lendkerék. Az elmúlt 50 évben számos sikeres kísérletet végeztek, és a lendkerék alkalmazásai a kórházak UPS-eként való működésétől kezdve egészen odáig terjedtek, hogy egy egész vonatot mozgásba hoztak, majd utazósebességre kapcsoltak, csak az erejével.
Hogyan működik egy mechanikus akkumulátor? Javítottad már a biciklidet, és miközben fejjel lefelé állt, megpörgette a pedálokat, így a kerék magas fordulatszámra jutott? Ha így tettél, akkor megfigyelhetted, hogy azzal, hogy megpróbálod megállítani a kereket, erőt fejtesz ki rá. Ez mit jelent? A kerék forgómozgásában energia van tárolva, olyan energia, amely a súrlódás (és esetleg a hő) révén elveszíti önmagát.
Az okos emberek kitalálták, hogy felhasználják ezt a lendkerékből származó forgási energiát, és valami hasznos dologra használják. Ez azonban olyan ősi technológia, hogy már évszázadokkal ezelőtt leírták.
A tudósok tehát acélcsöveket készítettek, ezeket mágneses csapágyakra helyezték (a cső és az állórész kapcsolata mágneses mezőn keresztül történt, hogy a súrlódás csökkenjen), és a dolgot akár 50 000 fordulat/percig is megpörgették. Amikor szükség volt rá, ezt a forgási erőt arra használták, hogy áramot termeljenek (a klasszikus módon), és csökkentették a fordulatszámot, energiát vonva ki belőle. Ez mostanra nem húzta fel a szemöldökét? Nos, azt gondolhatod, hogy a lendkerék gyorsan leáll, de a számok azt mutatják, hogy a tipikus energiakapacitások 3 kWh és 133 kWh között mozognak, akár 90%-os tárolási hatékonysággal.
Az 1950-es években építettek kísérleti buszokat, amelyeket “girobuszoknak” neveztek, és a svájci Yverdonban használtak. Emellett prototípus autók is épültek ezen az elven. Az új anyagok, mint például a szénszálak, használhatóbbá és hatékonyabbá teszik őket. Valójában minél erősebb a lendkerék anyaga, annál nagyobb a forgási sebessége és az általa tárolható energia. Ez a lendkerekek egyetlen komoly korlátja és veszélye. Darabokra törhet, ha túl gyorsan pörög.
A mechanikus akkumulátorok időállóak is. Az ECE egyik kutatója, Dr. Mark Flynn, az austini Texasi Egyetem munkatársa olyan lendkerékrendszert tervezett, amely 20 évig is kibírja a folyamatos használatot.
“Flynn tervezete a fékezési energiát rögzíti, és a következő emeléshez használja fel. Ennél is fontosabb, hogy a lendkerék energiatároló rendszerrel való kiegészítése csökkenti a csúcsteljesítményigényt, ami energiát takarít meg az üresjárati időszakokban. A Kínában végzett helyszíni tesztek azt mutatták, hogy amikor az üzemeltetők a csökkentett teljesítményigénynek megfelelő aggregátot használtak, és mechanikus akkumulátort adtak hozzá, az üzemanyag-fogyasztás 38%-kal csökkent, és jelentősen csökkent a NOx- és PM-kibocsátás.”
A Flynn lendkerekes motorvezérlője a kritikus fontosságú adatközpontok és kórházak által használt ipari akkumulátorokat is helyettesíti. “Az ipari akkumulátorok kezdetben olcsóbbak, mint a lendkerék, de ha figyelembe vesszük a karbantartást és azt, hogy a gyakori akkumulátorcsere elkerülése érdekében a szükségesnél több töltést kell fizetni, a lendkerék alapú megoldás jelentősen olcsóbb lehet” – mondja Flynn. “Egy VYCON lendkerék 20 évig tart, és kiküszöböli azt a problémát, hogy mit kezdjünk 200 nagyméretű mérgező ólom-sav akkumulátorral.”
A kórházak és az adatmentő központok nem engedhetik meg maguknak az áramkimaradásokat. Az életek és a vállalkozások katasztrófa utáni helyreállítása a megszakítás nélküli energiaáramlástól függ. Egy tipikus áramkimaradás nagyon rövid, és a legtöbb kórház és adatközpont tartalék dízelgenerátorral rendelkezik, ami azt jelenti, hogy az ipari akkumulátorok extra energiatárolása soha nem kerül teljes mértékben kihasználásra. A legtöbb kiesés jóval a lendkerék teljesítőképességén belül van, de ha a kiesés tartósan fennáll, a lendkerék elnyeli a káros áramkimaradásokat, majd kíméletesen átvált a generátorra – ezzel teljesíti a vészhelyzeti áramellátási előírásokat, amelyek szerint a generátoroknak 10 másodpercen belül át kell tudni venniük a terhelést. A mechanikus akkumulátorok a gyors ciklikusságot is jobban tűrik.”
A lendkerekek megléte alternatívát nyújt a kémiai akkumulátorok helyett, és lendületet ad e érdekes technológia további fejlesztéséhez. Én például használhatnám egy zsebben lévővel a laptopom épp befejeződő akkumulátorát. Megvizsgálták annak lehetőségét, hogy ezeket a dolgokat mozgóvá tegyék, elektromos autókban vagy más alkalmazásokban való felhasználásra, és kiderült, hogy különleges intézkedésekre lenne szükség ahhoz, hogy ne zavarja az autó stabilitását a kanyarokban. Erről majd egy későbbi cikkben írok.