ఫ్లైవీల్ (కైనటిక్) శక్తి నిల్వ పరికరాలు ఎలా అమర్చబడి పని చేస్తాయి

FES అనేది ఫ్లైవీల్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ కోసం చిన్నది, అంటే ఫ్లైవీల్ ఉపయోగించి శక్తి నిల్వ. దీనర్థం, భారీ చక్రం అధిక వేగంతో తిరుగుతున్నందున యాంత్రిక శక్తి గతి రూపంలో సేకరించబడుతుంది మరియు నిల్వ చేయబడుతుంది.

ఈ విధంగా సేకరించబడిన యాంత్రిక శక్తిని తరువాత విద్యుత్తుగా మార్చవచ్చు, దీని కోసం ఫ్లైవీల్ వ్యవస్థను మోటారు మరియు జనరేటర్ మోడ్‌లలో పనిచేయగల సామర్థ్యం గల రివర్సిబుల్ ఎలక్ట్రిక్ మెషీన్‌తో కలుపుతారు.

శక్తిని నిల్వ చేయాల్సిన అవసరం వచ్చినప్పుడు, ఎలక్ట్రిక్ మెషిన్ మోటారుగా పనిచేస్తుంది మరియు ఫ్లైవీల్‌ను అవసరమైన కోణీయ వేగానికి తిప్పుతుంది, అయితే బాహ్య మూలం నుండి విద్యుత్ శక్తిని వినియోగిస్తుంది, ఫలితంగా-విద్యుత్ శక్తిని యాంత్రిక (కైనటిక్) శక్తిగా మారుస్తుంది. నిల్వ చేయబడిన శక్తిని లోడ్‌కు బదిలీ చేయవలసి వచ్చినప్పుడు, విద్యుత్ యంత్రం జనరేటర్ మోడ్‌లోకి వెళుతుంది మరియు ఫ్లైవీల్ మందగించడంతో యాంత్రిక శక్తి విడుదల అవుతుంది.

ఫ్లైవీల్స్‌పై ఆధారపడిన అత్యంత అధునాతన శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలు అధిక శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి మరియు సాంప్రదాయ శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలతో పోటీపడగలవు.

సూపర్ ఫ్లైవీల్స్‌పై ఆధారపడిన కైనెటిక్ బ్యాటరీ ఇన్‌స్టాలేషన్‌లు, ఇక్కడ తిరిగే శరీరం అధిక-శక్తి గ్రాఫేన్ రిబ్బన్‌తో తయారు చేయబడింది, ఈ విషయంలో ప్రత్యేకంగా ఆశాజనకంగా పరిగణించబడుతుంది. ఇటువంటి నిల్వ పరికరాలు 1 KILOGRAM ద్రవ్యరాశికి 1200 W * h (4.4 MJ!) శక్తిని నిల్వ చేయగలవు.

సూపర్ ఫ్లైవీల్స్ రంగంలో ఇటీవలి పరిణామాలు డెవలపర్‌లు తక్కువ ప్రమాదకరమైన బెల్ట్ సిస్టమ్‌లకు అనుకూలంగా మోనోలిథిక్ డ్రైవ్‌లను ఉపయోగించాలనే ఆలోచనను వదులుకోవడానికి ఇప్పటికే అనుమతించాయి.

వాస్తవం ఏమిటంటే, అత్యవసర చీలిక విషయంలో ఏకశిలా వ్యవస్థలు ప్రమాదకరమైనవి మరియు తక్కువ శక్తిని కూడగట్టగలవు. బ్రేకింగ్ చేసినప్పుడు, టేప్ పెద్ద శకలాలుగా చెదరగొట్టదు, కానీ పాక్షికంగా మాత్రమే విచ్ఛిన్నమవుతుంది; ఈ సందర్భంలో, బెల్ట్ యొక్క ప్రత్యేక భాగాలు హౌసింగ్ యొక్క అంతర్గత ఉపరితలంపై రుద్దడం ద్వారా ఫ్లైవీల్‌ను ఆపివేస్తాయి మరియు దాని తదుపరి నాశనాన్ని నిరోధిస్తాయి.

వైండింగ్ టేప్ లేదా ఇంటర్‌ఫరెన్స్ ఇంటర్‌ఫరెన్స్ ఫైబర్‌తో తయారు చేయబడిన సూపర్ ఫ్లైవీల్స్ యొక్క అధిక నిర్దిష్ట శక్తి తీవ్రత అనేక దోహదపడే కారకాల కారణంగా సాధించబడుతుంది.

మొదట, ఫ్లైవీల్ వాక్యూమ్‌లో పనిచేస్తుంది, ఇది గాలితో పోలిస్తే ఘర్షణను బాగా తగ్గిస్తుంది. దీని కోసం, హౌసింగ్‌లోని వాక్యూమ్ నిరంతరం వాక్యూమ్ సృష్టి మరియు నిర్వహణ వ్యవస్థ ద్వారా నిర్వహించబడాలి.

రెండవది, వ్యవస్థ తిరిగే శరీరాన్ని స్వయంచాలకంగా సమతుల్యం చేయగలగాలి. కంపనాలు మరియు గైరోస్కోపిక్ వైబ్రేషన్లను తగ్గించడానికి ప్రత్యేక సాంకేతిక చర్యలు తీసుకోబడ్డాయి. సంక్షిప్తంగా, ఫ్లైవీల్ సిస్టమ్స్ డిజైన్ పాయింట్ నుండి చాలా డిమాండ్ చేస్తున్నాయి, కాబట్టి వాటి అభివృద్ధి సంక్లిష్టమైన ఇంజనీరింగ్ ప్రక్రియ.

అవి బేరింగ్‌ల వలె మరింత అనుకూలంగా ఉంటాయి అయస్కాంత (సూపర్ కండక్టింగ్‌తో సహా) సస్పెన్షన్‌లు… అయినప్పటికీ, ఇంజనీర్లు తక్కువ-ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లను సస్పెన్షన్‌లలో వదిలివేయవలసి వచ్చింది, ఎందుకంటే వాటికి చాలా శక్తి అవసరం. మీడియం భ్రమణ వేగం కోసం సిరామిక్ బాడీలతో కూడిన హైబ్రిడ్ రోలింగ్ బేరింగ్‌లు మెరుగ్గా ఉంటాయి. హై స్పీడ్ ఫ్లైవీల్స్ కొరకు, సస్పెన్షన్లలో అధిక ఉష్ణోగ్రత సూపర్ కండక్టర్లను ఉపయోగించడం ఆర్థికంగా ఆమోదయోగ్యమైనది మరియు చాలా పొదుపుగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది.

FES నిల్వ వ్యవస్థల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనాల్లో ఒకటి, వాటి అధిక నిర్దిష్ట శక్తి తీవ్రత తర్వాత, వాటి సాపేక్షంగా సుదీర్ఘ సేవా జీవితం, ఇది 25 సంవత్సరాలకు చేరుకుంటుంది.మార్గం ద్వారా, గ్రాఫేన్ స్ట్రిప్స్ ఆధారంగా ఫ్లైవీల్ సిస్టమ్‌ల సామర్థ్యం 95%కి చేరుకుంటుంది. అదనంగా, ఛార్జింగ్ వేగాన్ని గమనించడం విలువ. ఇది, వాస్తవానికి, విద్యుత్ సంస్థాపన యొక్క పారామితులపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

ఉదాహరణకు, ఒక సబ్‌వే ఫ్లైవీల్‌లోని ఎనర్జీ రిక్యూపరేటర్, ఇది రైలు త్వరణం మరియు తగ్గింపు ఛార్జీలు మరియు 15 సెకన్లలో విడుదలయ్యే సమయంలో పనిచేస్తుంది. ఫ్లైవీల్ నిల్వ వ్యవస్థ నుండి అధిక సామర్థ్యాన్ని సాధించడానికి, నామమాత్రపు ఛార్జ్ మరియు డిచ్ఛార్జ్ సమయం ఒక గంటకు మించకూడదని నమ్ముతారు.

FES వ్యవస్థల యొక్క వర్తింపు చాలా విస్తృతమైనది. వారు వివిధ ట్రైనింగ్ పరికరాలలో విజయవంతంగా ఉపయోగించవచ్చు, లోడ్ మరియు అన్‌లోడ్ చేసే సమయంలో 90% వరకు శక్తిని ఆదా చేస్తుంది. ఎలక్ట్రిక్ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ బ్యాటరీల వేగవంతమైన ఛార్జింగ్ కోసం, ఎలక్ట్రికల్ గ్రిడ్‌లలో ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు పవర్‌ను స్థిరీకరించడం కోసం, నిరంతరాయ విద్యుత్ వనరులు, హైబ్రిడ్ వాహనాలు మొదలైన వాటిలో ఈ వ్యవస్థలు సమర్థవంతంగా ఉపయోగించబడతాయి.

వీటన్నింటితో పాటు, ఫ్లైవీల్ నిల్వ వ్యవస్థలు విశేషమైన లక్షణాలను కలిగి ఉన్నాయి.కాబట్టి, అధిక సాంద్రత కలిగిన పదార్థాన్ని ఉపయోగించినట్లయితే, నామమాత్రపు భ్రమణ వేగం తగ్గడం వల్ల నిల్వ పరికరం యొక్క నిర్దిష్ట విద్యుత్ వినియోగం తగ్గుతుంది.

తక్కువ సాంద్రత కలిగిన పదార్థాన్ని ఉపయోగించినట్లయితే, వేగం పెరుగుదల కారణంగా విద్యుత్ వినియోగం పెరుగుతుంది, అయితే ఇది వాక్యూమ్, అలాగే మద్దతు మరియు సీల్స్ కోసం అవసరాలను పెంచుతుంది మరియు ఎలక్ట్రికల్ కన్వర్టర్ మరింత క్లిష్టంగా మారుతుంది.

సూపర్ ఫ్లైవీల్స్‌కు ఉత్తమమైన మెటీరియల్స్ అధిక-బలం ఉన్న స్టీల్ బెల్ట్‌లు మరియు కెవ్లర్ మరియు కార్బన్ ఫైబర్ వంటి పీచు పదార్థాలు. అత్యంత ఆశాజనకమైన పదార్థం, పైన పేర్కొన్నట్లుగా, బలం మరియు సాంద్రత యొక్క ఆమోదయోగ్యమైన పారామితుల కారణంగా మాత్రమే కాకుండా, ప్రధానంగా విచ్ఛిన్నం చేయడంలో దాని భద్రత కారణంగా గ్రాఫేన్ టేప్‌గా మిగిలిపోయింది.

హై-స్పీడ్ ఫ్లైవీల్ సిస్టమ్‌లకు విచ్ఛిన్నమయ్యే సంభావ్యత ప్రధాన అడ్డంకి. పొరలుగా చుట్టబడిన మరియు అతికించబడిన మిశ్రమ పదార్థాలు త్వరగా విచ్ఛిన్నమవుతాయి, మొదట చిన్న-వ్యాసం కలిగిన తంతువులుగా డీలామినేట్ అవుతాయి, ఇవి తక్షణమే ఒకదానికొకటి చిక్కుకుపోతాయి మరియు మందగిస్తాయి, ఆపై మెరుస్తున్న పొడిగా మారుతాయి. పొట్టుకు నష్టం లేకుండా నియంత్రిత చీలిక (ప్రమాదం జరిగినప్పుడు) ఇంజనీర్ల ప్రధాన పనులలో ఒకటి.

ఫ్లైవీల్ విచ్ఛిన్నమైతే శక్తిని గ్రహించే ఒక కప్పబడిన ద్రవం లేదా జెల్ లాంటి లోపలి కేసింగ్ లైనింగ్ ద్వారా చీలిక శక్తి విడుదలను తగ్గించవచ్చు.

పేలుడు నుండి రక్షించడానికి ఒక మార్గం ఏమిటంటే, ప్రమాదం జరిగినప్పుడు బుల్లెట్ వేగంతో ఎగిరే ఏదైనా చెత్తను ఆపడానికి ఫ్లైవీల్‌ను భూగర్భంలో ఉంచడం. అయినప్పటికీ, శకలాలు ఫ్లైట్ నేల నుండి పైకి సంభవించినప్పుడు, పొట్టును మాత్రమే కాకుండా, ప్రక్కనే ఉన్న భవనాలను కూడా నాశనం చేయడంతో కేసులు ఉన్నాయి.

చివరగా, ప్రక్రియ యొక్క భౌతిక శాస్త్రాన్ని చూద్దాం.తిరిగే శరీరం యొక్క గతి శక్తి సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది:

ఇక్కడ నేను తిరిగే శరీరం యొక్క జడత్వం యొక్క క్షణం

కోణీయ వేగాన్ని ఈ క్రింది విధంగా సూచించవచ్చు:

ఉదాహరణకు, నిరంతర సిలిండర్ కోసం, జడత్వం యొక్క క్షణం:

ఆపై ఫ్రీక్వెన్సీ f ద్వారా ఘన సిలిండర్‌కి గతిశక్తి సమానం:

ఇక్కడ f అనేది ఫ్రీక్వెన్సీ (సెకనుకు విప్లవాలలో), r అనేది మీటర్లలో వ్యాసార్థం, m అనేది కిలోగ్రాములలో ద్రవ్యరాశి.

అర్థం చేసుకోవడానికి ఒక స్థూల ఉదాహరణ తీసుకుందాం. 3 kW బాయిలర్ 200 సెకన్లలో నీటిని మరిగిస్తుంది. 10 కిలోల ద్రవ్యరాశి మరియు 0.5 మీటర్ల వ్యాసార్థం కలిగిన నిరంతర స్థూపాకార ఫ్లైవీల్ ఏ వేగంతో తిప్పాలి, తద్వారా దానిని ఆపే ప్రక్రియలో నీటిని మరిగించడానికి తగినంత శక్తి ఉంటుంది? మా జనరేటర్-కన్వర్టర్ (ఏ వేగంతోనైనా పనిచేసే సామర్థ్యం) సామర్థ్యం 60% ఉండనివ్వండి.

సమాధానం. కెటిల్ ఉడకబెట్టడానికి అవసరమైన మొత్తం శక్తి 200 * 3000 = 600,000 J. సామర్థ్యాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, 600,000 / 0.6 = 1,000,000 J. పై సూత్రాన్ని వర్తింపజేస్తే, మనకు సెకనుకు 201.3 విప్లవాల విలువ వస్తుంది .

ఇది కూడ చూడు:విద్యుత్ పరిశ్రమ కోసం గతి శక్తి నిల్వ పరికరాలు

శక్తిని నిల్వ చేయడానికి మరొక ఆధునిక మార్గం: సూపర్ కండక్టింగ్ మాగ్నెటిక్ ఎనర్జీ స్టోరేజ్ సిస్టమ్స్ (SMES)