Un súper volante es un tipo de volante que se utiliza en los acumuladores de volante de energía cinética para almacenar energía. En comparación con los volantes de inercia convencionales, puede almacenar más energía cinética y su uso es más seguro.
Un súper volante moderno es un cuerpo de revolución hecho al enrollar varios materiales fuertes y flexibles, por ejemplo, bobinas delgadas de acero, cinta plástica, fibra de vidrio o compuestos de carbono, en un centro especial: un cubo. Este diseño garantiza un alto consumo de energía y seguridad operativa. Cuando se destruye, un supervolante de este tipo no se rompe en fragmentos grandes, como un volante convencional, sino que se destruye parcialmente; al mismo tiempo, las partes separadas de la cinta reducen la velocidad del súper volante por fricción contra la superficie interna del cuerpo y evitan una mayor destrucción. Un súper volante de cinta de grafeno es capaz de almacenar hasta 1200 Wh (4,4 MJ ) por kilogramo de masa [1] .
Como parte del acumulador de volante de energía cinética , el súper volante funciona en conjunto con un motor-generador . Cuando está conectado a la red, el motor-generador hace girar el súper volante, y cuando se conecta una carga, se ralentiza. La eficiencia de esta conversión alcanza el 98% [2] . Para reducir las pérdidas por fricción, el súper volante se coloca en una carcasa al vacío. A menudo se utiliza una suspensión magnética .
Los volantes como dispositivos amortiguadores se han utilizado desde el Neolítico, por ejemplo, en el dispositivo de un torno de alfarero [3] . En el siglo XX, el volante sufrió una serie de cambios de diseño que permitieron almacenar energía durante un tiempo considerable. Así, por ejemplo, en la década de 1950, se utilizaron volantes de inercia de vacío en el transporte público experimental, en particular, se probaron los autogiros [4] . En 1964, el ingeniero soviético N.V. Gulia reclamó los derechos de autor del primer diseño de un súper volante.
El supervolante combina durabilidad, seguridad [5] en caso de destrucción, alta eficiencia y precio razonable. La desventaja de los supervolantes es el efecto giroscópico , debido al gran momento angular del volante giratorio y que impide un cambio en la dirección del eje de rotación del volante. Para eliminar este efecto indeseable cuando se usan volantes como dispositivos de almacenamiento de energía en vehículos, puede usar una suspensión de volante en una suspensión de cardán , pero esto complica significativamente el diseño.
Una desventaja adicional del súper volante es la falta de una transmisión simple comprobada que permita su uso en el transporte . Actualmente se están realizando experimentos para transferir la energía rotacional de un súper volante a las ruedas de un vehículo a través de un súper variador . También promete utilizar un supervolante evacuado en una suspensión magnética como fuente de electricidad.
Inicialmente, N. V. Gulia planeó usar un súper volante como dispositivo de almacenamiento de energía para automóviles e incluso construyó varias muestras de tales vehículos.
Actualmente, los dispositivos de almacenamiento de energía basados en superflywheels se utilizan con éxito en otras áreas. Beacon Power , fundada en EE . UU. en 1997 , ha dado un importante paso adelante al desarrollar una serie de súper volantes estacionarios de gran tamaño para aplicaciones de energía industrial. Los superflywheels producidos por Beacon Power son capaces, según el modelo, de almacenar energía de 6 y 25 kWh y entregar potencia de 2 y 200 kW, respectivamente.
La empresa estadounidense espera venderlos a empresas locales, así como brindar ella misma un servicio de "control de frecuencia". A finales de 2009 se inició la construcción de una supercentral de regulación por volante de inercia de 20 MW [6] . Debido a que la red eléctrica de EE. UU. existe con muchos proveedores de energía locales y un mercado de energía abierto, la necesidad de regulación de energía crea muchos problemas que la empresa espera resolver: almacenar energía "excedente" cuando cae la demanda; reposición de carencias durante los picos de consumo; regulación de frecuencia actual. Sin embargo, los súper volantes enrollados en fibra de carbono demostraron ser extremadamente poco confiables, de repente estallaron con un "efecto explosivo" de alta potencia incluso a la frecuencia de operación.
Bajo la dirección científica de N.V. Gulia, KEST [7] creó su propia versión de dispositivos estacionarios de almacenamiento de energía cinética basados en supervolantes fabricados con cinta de acero de alta resistencia. Una de estas unidades es capaz de almacenar energía hasta 20 kWh y proporcionar potencia hasta 1000 kW. En las condiciones del mercado ruso, un grupo de varias unidades de este tipo puede igualar la heterogeneidad diaria de la carga eléctrica de toda la región, reemplazando las costosas y voluminosas centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo .
A pesar de que los vehículos impulsados por volantes no se han generalizado, el transporte sigue siendo una de las aplicaciones más atractivas para los súper volantes. En concreto, estamos hablando del transporte ferroviario. Al frenar tanto trenes de pasajeros como de carga, se desperdicia una gran cantidad de energía. Un supervolante conectado a la misma red eléctrica que el tren es capaz de captar y almacenar energía de frenado, y luego liberarla a la red para acelerar el tren. La energía "ahorrada" de esta manera reducirá el consumo en un 30% o más [8] .
Además, los superflywheels se pueden utilizar para garantizar un suministro de energía ininterrumpido a objetos de mayor nivel de responsabilidad. Las propiedades del súper volante proporcionan una respuesta del dispositivo a nivel de centésimas de segundo, lo que le permite no interrumpir la fuente de alimentación ni por un segundo.