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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.

Ein modernes FES-System besteht aus einem massiven Rotor, der in einem nahezu evakuierten Gehäuse rotiert, um die Luftreibung zu minimieren. Der Rotor ist mit einem Motor/Generator verbunden. Zur Energiespeicherung wird der Rotor in ein System integriert, das in einem Generator arbeitet. Motor Das Schwungrad wird mithilfe von Elektrizität auf Drehzahl gebracht. Um Energie freizusetzen, treibt das rotierende Schwungrad den Generator an, der Strom erzeugt und den Rotor abbremst. Die gespeicherte Energiemenge berechnet sich nach der Formel E = ½ I ω². Um die Energiespeicherung zu maximieren, sind die Rotoren so konstruiert, dass sie ein hohes Trägheitsmoment aufweisen und den immensen Zentrifugalkräften bei sehr hohen Drehzahlen (zehntausende Umdrehungen pro Minute) standhalten. Moderne FES-Systeme verwenden Rotoren aus hochfesten Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen und Magnetlager, um die Reibung durch mechanischen Kontakt zu eliminieren. Dies ermöglicht einen extrem hohen Wirkungsgrad (oft über 90 %) und eine sehr lange Lebensdauer mit minimalem Leistungsabfall (hunderttausende Zyklen). FES eignet sich besonders für Anwendungen, die häufige, schnelle Lade- und Entladezyklen erfordern, wie beispielsweise die Netzfrequenzregelung, da es innerhalb von Millisekunden auf Leistungsschwankungen reagieren kann.

UNESCO Nomenclature: 2210
– Mechanics

Typ

Physical Device

Störung

Wesentliche

Verwendung

Niche/Specialized

Vorläufer

  • die Töpferscheibe (antik)
  • Newton’s laws of motion
  • 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

Potenzielle Innovationsideen

  • Schwungradsysteme im Haushaltsmaßstab für die Speicherung von Solarenergie in Wohngebäuden
  • Schwungradbasierte Ladestationen für Elektrofahrzeuge
  • Integration in Windkraftanlagen zur gleichmäßigen Leistungsabgabe
  • levitating flywheel systems using high-temperature superconductors
  • modulare, containerisierte Schwungradfarmen für Netzdienste
  • kinetische Batterien für öffentliche Verkehrsmittel (zB Straßenbahnen, Züge)
  • Schwungradsysteme für Starthilfekatapulte
  • tragbare Schwungrad-Kraftpakete für abgelegene Standorte
  • Einsatz beim regenerativen Bremsen von Aufzügen in hohen Gebäuden
  • Entwicklung nabenloser Schwungradkonstruktionen zur Erhöhung der Energiedichte
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)

10. Jahr Jubiläum

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