V poslední době se tolik zaměřujeme na chemické skladovací systémy, že někteří z nás zapomínají na jiné staré, zdánlivě účinnější mechanické baterie.
Takovou baterií je setrvačník. V posledních 50 letech bylo provedeno několik úspěšných experimentů a využití setrvačníku sahalo od funkce UPS pro nemocnici až po uvedení celého vlaku do pohybu a následně do cestovní rychlosti, a to pouze díky jeho výkonu.
Jak mechanická baterie funguje? Opravovali jste někdy kolo, a když stálo vzhůru nohama, roztočili jste pedály, takže se kolo dostalo do vysokých otáček? Pokud jste to udělali, možná jste si všimli, že tím, že se snažíte kolo zastavit, na něj působíte silou. Co to znamená? V rotačním pohybu kola je uložena energie, která se ztrácí třením (a případně teplem).
Chytré lidi napadlo tuto rotační energii ze setrvačníku využít a přimět ji k něčemu užitečnému. Jedná se však o starou technologii, o které se psalo již před staletími.
Vědci tedy vytvořili ocelové trubky, nasadili je na magnetická ložiska (spojení trubky se statorem bylo přes magnetické pole, aby se snížilo tření) a roztočili věc až na 50 000 otáček za minutu. V případě potřeby využili tuto rotační sílu k výrobě elektřiny (klasickým způsobem) a snížili její otáčky tím, že z ní odebrali energii. Nezvedlo vám to dosud obočí? No, možná si myslíte, že setrvačník se rychle zastaví, ale čísla ukazují, že typická kapacita energie se pohybuje od 3 kWh do 133 kWh, přičemž účinnost ukládání je až 90 %.
V 50. letech 20. století byly postaveny experimentální autobusy, kterým se říkalo „gyrobusy“ a používaly se ve švýcarském Yverdonu. Na tomto principu byly postaveny také prototypy automobilů. Díky novým materiálům, jako jsou uhlíková vlákna, jsou použitelnější a výkonnější. Ve skutečnosti platí, že čím pevnější je materiál setrvačníku, tím vyšší je rychlost otáčení a energie, kterou dokáže uchovat. To je jediné vážné omezení a nebezpečí setrvačníků. Při příliš rychlém roztočení se může rozbít na kusy.
Mechanické baterie jsou také odolné vůči času. Učitel ECE, Dr. Mark Flynn z Texaské univerzity v Austinu, navrhl setrvačníkový systém, který by mohl vydržet 20 let nepřetržitého používání.
„Flynnův návrh zachycuje brzdnou energii a využívá ji pro další zdvih. Ještě důležitější je, že přidání systému ukládání energie do setrvačníku snižuje požadavky na špičkový výkon, což šetří energii v době nečinnosti. Provozní testy v Číně ukázaly, že když provozovatelé použili elektrocentrálu odpovídající sníženým požadavkům na výkon a přidali mechanickou baterii, spotřeba paliva se snížila o 38 %, přičemž došlo k výraznému snížení emisí NOx a PM.
Řízení motoru se setrvačníkem společnosti Flynn také nahrazuje průmyslové baterie používané v kritických datových centrech a nemocnicích. „Průmyslové baterie jsou zpočátku levnější než setrvačník, ale když vezmete v úvahu údržbu a nutnost platit za větší nabíjení, než je potřeba, abyste se vyhnuli časté výměně baterií, může být řešení založené na setrvačníku výrazně levnější,“ říká Flynn. „Setrvačník VYCON vydrží 20 let a odpadá problém, co dělat s 200 velkoobjemovými toxickými olověnými bateriemi.“
Nemocnice a záložní datová centra si nemohou dovolit výpadky proudu. Životy a obnova podniků po havárii závisí na nepřetržitém toku energie. Typický výpadek proudu je velmi krátký a většina nemocnic a datových center má záložní dieselové generátory, což znamená, že dodatečná zásoba energie průmyslové baterie není nikdy plně využita. Většina výpadků je v rámci možností setrvačníku, ale pokud výpadek přetrvává, setrvačník absorbuje škodlivé abnormality v napájení a poté se elegantně převede na generátor – splňuje tak předpisy pro nouzové napájení, které stanoví, že elektrocentrály musí být schopny převzít zátěž do 10 sekund. Mechanické baterie mají také vyšší toleranci k rychlému cyklování.“
Mít k dispozici setrvačníky nám dává alternativu k chemickým bateriím a impuls k dalšímu vývoji této zajímavé technologie. Já bych například mohl použít kapesní k napájení právě končící baterie svého notebooku. Byla testována možnost udělat tyto věci mobilní, pro použití v elektromobilech nebo jiných aplikacích, a zjistilo se, že by to chtělo speciální opatření, aby to nenarušilo stabilitu vozu v zatáčkách. O tom napíšu v některém z příštích článků.
.