Под инерционным (маховичным) накопителем энергии понимается устройство, накапливающее энергию во вращающейся массе.

Инерционный накопитель состоит из:

а) тела вращения, обладающего значительным моментом инерции - маховика;

б) системы подвода и отвода энергии - трансмиссии.

Разгон маховика происходит при помощи подключения к источнику энергии, после отключения от которого накопленная энергия сохраняется длительное время и при необходимости используется. Инерционный накопитель можно схематично представить как систему «двигатель - маховик - генератор».

Запасенная маховиком кинетическая энергия определяется по формуле:

где со - угловая скорость, I - момент инерции маховика относительно оси вращения.

Количество энергии, которое может быть безопасно сохранено зависит от допустимых механических напряжений в материале ротора.

at = рг2й)23

где <т, - растягивающее напряжение обода цилиндра (маховика), р — плотность цилиндра (маховика), г-радиус цилиндра (маховика)

Таким образом, чем выше допустимая частота вращения маховика и меньше плотность материала, тем большей

энергоемкостью он будет обладать. Маховики обладающие наибольшей удельной энергоемкостью называют - супермаховиками, благодаря применению углеродных композитов такие маховики имеют допустимую частоту вращения от 20 до 100 тыс. об/мин.

На основе супермаховиков, построены все современные инерционные накопители энергии.

Современная инерционная система состоит из ротора, подвешенного на магнитных подшипниках внутри вакуумной камеры (для уменьшения потерь), жестко связанной с обратимой электрической машиной (двигатель/генератор).

Использование магнитных подшипников позволяет существенно улучшить весогабаритные и энергоемкостные показатели, обеспечивает возможность управления динамикой ротора с маховиком при резких разгонах и торможении, допускает вакуумирование системы для уменьшения аэродинамических потерь.

Передача энергии осуществляется через герметический корпус посредством магнитной муфты, электромагнитного мотор генератора или гидромуфты.

Конструкция современного серийного инерционного накопителя представлена на рис. 4.10

. JTOP

мотора-

генератора

Статор

мотора-

генератора

Рис. 4.10 Конструкция супермаховика

Инерционные накопители инвариантны к месту установки и, в силу большой энергоемкости, компактны. Время реверса мощности определяется возможностью перевода разгонного двигателя в режим генератора (и наоборот) и составляет десятые доли секунды.

Инерционные накопители не чувствительны к изменениям температур как электрохимические аккумуляторы. Быстрая зарядка, долгий срок службы, высокая плотность энергии и мощность - основные достоинства таких систем. КПД до 95%.

Однако наличие вращающихся частей их делают менее надежными й потенциально опасными.

Перспективны для применения в космической технике, на транспорте, в системах, требующих рекуперации энергии, в системах автономного энергоснабжения. Однако широкого распространения не получили. Лишь в последние годы некоторые фирмы на Западе начали работу по внедрению маховичных накопителей энергии в энергосети.