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Schwungrad-Energiespeicher (FES)

1970
Schwungrad-Energiespeichersystem in der industriellen Mechanik.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Die Schwungradenergiespeicherung (FES) funktioniert, indem ein Rotor (Schwungrad) auf eine sehr hohe Drehzahl beschleunigt und die Energie im System als Rotationsenergie gespeichert wird. Die gespeicherte Energie ist proportional zum Quadrat der Drehzahl. Bei Energieentnahme verlangsamt sich die Rotation des Schwungrads. Die Formel für die gespeicherte Energie lautet [latex]E = frac{1}{2} I omega^2[/latex], wobei I das Trägheitsmoment und ω die Winkelgeschwindigkeit ist.

A modern FES system consists of a massive rotor spinning in a near-vacuum enclosure to minimize air friction. The rotor is connected to a motor/generator. To store energy, the motor uses electricity to spin the flywheel up to speed. To release energy, the spinning flywheel drives the generator, producing electricity and slowing the rotor down. The amount of energy stored is given by [latex]E = frac{1}{2} I omega^2[/latex]. To maximize energy storage, rotors are designed to have a high moment of inertia and be able to withstand the immense centrifugal forces at very high rotational speeds (tens of thousands of RPM). Advanced FES systems use rotors made from high-strength carbon-fiber composites and employ magnetic bearings to eliminate friction from mechanical contact, allowing for extremely high efficiency (often over 90%) and very long lifespans with minimal degradation (hundreds of thousands of cycles). FES is particularly well-suited for applications requiring frequent, rapid charge and discharge cycles, such as grid frequency regulation, as it can respond to power fluctuations in milliseconds.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Mechanik

Typ

Physikalisches Gerät

Störung

Wesentliche

Verwendung

Nische/Spezialisiert

Vorläufer

  • die Töpferscheibe (antik)
  • Die Newtonschen Gesetze der Bewegung
  • Erfindung des Elektromotors/Generators
  • Entwicklung hochfester Materialien wie Stahl und Carbon-Verbundwerkstoffe
  • Fortschritte in der Vakuumtechnologie und bei Magnetlagern

Anwendungen

  • Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) für Rechenzentren
  • Netzfrequenzregelung
  • Kinetische Energierückgewinnungssysteme (KERS) im Motorsport und in Fahrzeugen
  • Energiespeicher für die Lageregelung von Raumfahrzeugen
  • Leistungsstabilisierung für industrielle Prozesse

Patente:

NA

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Verwandte Themen: Schwungrad, kinetische Energie, Rotationsenergie, FES, Energiespeicherung, Trägheitsmoment, Frequenzregelung, USV, Hochgeschwindigkeitsrotor, Magnetlager.

Historischer Kontext

Schwungrad-Energiespeicher (FES)

1963
1965
1970
1970
1974-11-15
1980
1980
1963
1964
1968
1970
1970
1975
1980
1980

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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