Супермаховик Нурбея Гулиа - механический накопитель энергии
Какие агрегаты для накопления энергии вам известны? Если провести подобный опрос, то большинство вспомнит лишь аккумуляторные батареи. А ведь есть еще маховики и супермаховики - так называемые «инерционные аккумуляторы» - устройства, способные накапливать и сохранять огромные объемы кинетической энергии. Интересным примером является устройство, созданное и запатентованное советским ученым и инженером Нурбеем Гулиа.
Решение проблемы создания емкого, легкого, компактного аккумулятора можно назвать одной из самых востребованных задач в современном мире. И мнение профессора, изобретателя, доктора технических наук Нурбея Гулиа заметно отличается от общепринятого - не химические, электрические, термические, а механические накопители - вот за чем настоящее будущее!
Нурбей Гулиа
.
Началом своих исследований Нурбей Гулиа называет задачу, поставленную им самим перед собой в пятнадцать лет - создание «энергетической капсулы»: энергоемкого накопителя безвредной для человека и окружающей среды энергии. С тех пор он изучил множество способов решения, пока не остановился на маховике, известном с начала времен - гончарный круг, что как не маховик?
.
монолитный (а)и "навитой" (б) маховики
.
Накапливать и отдавать энергию в такой системе просто - разгон-«зарядка» и остановка-«вывод мощности». А проблемой такого способа - в энергоемкости, вернее в недостаточной плотности запасаемой энергии. Увеличить ее можно двумя способами: сделать больше габариты устройства или повысить скорость вращения маховика. В первом страдает компактность, во втором - безопасность использования.
.
Схема супермаховика Нурбея Гулиа
.
Тогда-то Гулиа и высказывает предположение - а почему маховик должен быть монолитным? Ведь можно сделать его «навитым»: из металлической ленты или троса. В случае разрушения, такой не разлетается на мелкие части, а наоборот - тормозится. При этом, такая конструкция не теряет энергоемкость в сравнении с монолитными. В 1964 году Гулиа получает патент на свою конструкцию, так называемого, супермаховика.
.Нурбей Гулиа и один из его супермаховиков
.
Надо сказать, что «обычные» маховики могли иметь (в теории) энергоемкость порядка 30−50 кДж на килограмм массы. В то же время обычные свинцово-кислотные аккумуляторы имели 64 кДж/кг, а щелочные еще выше - 110 кДж/кг. На деле же энергоемкость маховиков была раза в три ниже возможной, 10−15 кДж/кг, из-за необходимости увеличения запаса прочности при изготовлении.
Гибридный автомобиль Гулиа. Передние колеса имели привод от ДВС, а задние от вариатора и маховика
Первые испытания супермаховика Гулиа показали, что даже первая не самая совершенная конструкция, способна обогнать по плотности энергии свинцово-кислотные аккумуляторы при достаточной безопасности: разрыв ленты наступал при разгоне обода до 500 м/с (плотность составляла 100 кДж/кг). Тогда же было выдвинуто предложение использовать его на автомобиле и разработан первый гибрид на базе УАЗ-450Д.
.
Фрагмент киножурнала НАУКА И ТЕХНИКА 1990 № 8.
За рубежом так же разрабатывают супермаховики с 60-х годов XX века, а позже (в 80-х) находят им применение и довольно успешно - в авиации и в космических аппаратах, в автомобильной промышленности, а также в качестве возможных источников бесперебойного питания для зданий. В этом случает супермаховик накапливает энергию во время избыточной, «пиковой» выработки станцией электричества, а во время увеличения потребления - отдает. Потери в такой установке составляют меньше двух процентов.
.
Схема гиротроллейбуса «Локхид» (США) и его маховичного накопителя
.
Такими установками занимается, например, Beacon Power, где разработаны большие стационарные супермаховики. От модели зависит запасаемая энергия (от 6 до 25 кВт⋅ч) и мощность (от 2до 200 кВт). КПД, как уже говорилось - 98%. Нурбей Гулиа так же не стоит на месте: под его руководством российская компания Kinetic Power разрабатывает свой стационарный накопитель кинетической энергии на базе супермаховика, который может запасти до 100 кВт⋅ч и обеспечить до 300 кВт.
.
Накопители Beacon Power
.
Сегодня супермаховик - это барабан из композитных материалов помещенный в кожух, где создается вакуум для уменьшения трения. В теории такое устройство может хранить до 500 Втч (1,8 МДж) на кг массы. Использование современных материалов способно творить чудеса: навитый не из стали, а из углеволокна, маховик повышает энергоемкость в двадцать раз, а если научиться применять алмазное волокно, то энергоемкость составит 15 МДж/кг!
.
Углеволоконный супермаховик
.
Нанотехнологии еще больше увеличивают возможности сумпермаховиков, ведь теоретически дают возможность достичь фантастической плотности энергии: до 2500−3500 МДж/кг. Представьте, на минутку, - на одной раскрутке 150-кг супермаховика, обычный легковой автомобиль будет способен проезжать два миллиона километров.
.
Современный супермаховик
.
Технологии супермаховика, по совершенно непонятной причине так и не могут заинтересовать крупных инвесторов. Нурбей Гулиа по-прежнему работает над улучшением своего изобретения, разрабатывает возможность изготовления графенового супермаховика (энергоемкость составит 1,2 кВт*ч/кг).
.
Видео с сайта проекта Beacon Power
.
Разумеется, такие разработки требуют и финансового и «инженерного» вливания, но разве перспективы от использования не перевешивают эти вопросы, которые не просто можно решить, а, как считает Гулиа, - нужно.
источник