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Accumulo di energia a volano (FES)

1970
Sistema di accumulo di energia a volano in applicazioni meccaniche industriali.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

L'accumulo di energia tramite volano (FES) funziona accelerando un rotore (volano) a una velocità molto elevata e immagazzinando l'energia nel sistema come energia cinetica rotazionale. L'energia immagazzinata è proporzionale al quadrato della velocità di rotazione. Quando l'energia viene estratta, la rotazione del volano rallenta. La formula per l'energia immagazzinata è [latex]E = frac{1}{2} I omega^2[/latex], dove I è il momento d'inerzia e ω è la velocità angolare.

Un moderno sistema FES è costituito da un rotore massiccio che ruota in un involucro quasi sottovuoto per ridurre al minimo l'attrito dell'aria. Il rotore è collegato a un motore/generatore. Per immagazzinare energia, il motore Utilizza l'elettricità per far ruotare il volano fino alla velocità desiderata. Per rilasciare energia, il volano in rotazione aziona il generatore, producendo elettricità e rallentando il rotore. La quantità di energia immagazzinata è data da [latex]E = frac{1}{2} I omega^2[/latex]. Per massimizzare l'accumulo di energia, i rotori sono progettati per avere un elevato momento d'inerzia ed essere in grado di resistere alle immense forze centrifughe a velocità di rotazione molto elevate (decine di migliaia di giri al minuto). I sistemi FES avanzati utilizzano rotori realizzati in compositi di fibra di carbonio ad alta resistenza e impiegano cuscinetti magnetici per eliminare l'attrito dovuto al contatto meccanico, consentendo un'efficienza estremamente elevata (spesso superiore al 90%) e una durata molto lunga con un degrado minimo (centinaia di migliaia di cicli). I sistemi FES sono particolarmente adatti per applicazioni che richiedono cicli di carica e scarica frequenti e rapidi, come la regolazione della frequenza di rete, poiché possono rispondere alle fluttuazioni di potenza in millisecondi.

UNESCO Nomenclature: 2210
- Meccanica

Tipo

Dispositivo fisico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Nicchia/Specializzato

Precursori

  • il tornio del vasaio (antico)
  • Le leggi del moto di Newton
  • invenzione del motore/generatore elettrico
  • sviluppo di materiali ad alta resistenza come acciaio e compositi di carbonio
  • progressi nella tecnologia del vuoto e nei cuscinetti magnetici

Applicazioni

  • gruppi di continuità (UPS) per data center
  • regolazione della frequenza di rete
  • sistemi di recupero dell'energia cinetica (kers) negli sport motoristici e nei veicoli
  • accumulo di energia per il controllo dell'assetto dei veicoli spaziali
  • stabilizzazione della potenza per processi industriali

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

  • sistemi a volano su scala domestica per l'accumulo solare residenziale
  • stazioni di ricarica a volano per veicoli elettrici
  • integrazione nelle turbine eoliche per uniformare la produzione di potenza
  • levitating flywheel systems using high-temperature superconductors
  • parchi di volani modulari e containerizzati per servizi di rete
  • batterie cinetiche per sistemi di trasporto pubblico (ad esempio tram, treni)
  • sistemi a volano per catapulte di assistenza al lancio
  • gruppi elettrogeni portatili a volano per località remote
  • utilizzo nella frenata rigenerativa per ascensori in edifici alti
  • sviluppo di progetti di volani senza mozzo per una maggiore densità energetica
Argomenti correlati: volano, energia cinetica, energia rotazionale, FES, accumulo di energia, momento d'inerzia, regolazione di frequenza, UPS, rotore ad alta velocità, cuscinetti magnetici.

Contesto storico

Accumulo di energia a volano (FES)

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

decimo anno anniversario

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