Nanomagnetisme skal forbedre energilagring i svinghjul
Ved hjælp af nanomagneter vil et hold forskere fra Aarhus Universitet og Teknologisk Institut gøre svinghjulsteknologien i stand til at fungere som et batteri, der i praksis kan have et større lagringspotentiale end moderne batterier.
Svinghjulsteknologien har længe været kendt. Ved hjælp af magnetisme holdes en tung cylinder svævende i et vakuum. Den kinetiske energi fra eksempelvis solceller eller vindmøller sætter svinghjulet i rotation, og herfra kan bevægelsesenergien i svinghjulet omdannes til elektrisk energi på et senere tidspunkt, hvor vinden ikke blæser, eller solen ikke skinner.
Men der er en problem. For de eksisterende svinghjul har en selvafladningstid på mellem 10 og 30 minutter – hvorefter svinghjulet alt for hurtigt bringes i stop. Det er slet ikke længe nok, til at svinghjulet kan have en tilstrækkelig funktion eksempelvis i en vindmølle.
Og det er netop den problematik, som et Aarhus-forskerne vil forsøge at løse ved hjælp af nanomagneter.
Formel 1 og selvafladning
Ifølge Mogens Christensen, lektor på Institut for Kemi og iNANO på Aarhus Universitet, finder man et godt eksempel på svinghjulsteknologien i den måde, som den bruges i Formel 1-biler:
»Bilerne har et system indbygget til at tage bremseenergien i svingene, og når man så kommer op på langsiden, kan man frigive den energi, som er i svinghjulet, og derved give bilerne et skub,« siger han.
Men der er dog et stykke vej fra Formel 1 til en tilstrækkelig lagringsmekanisme i den grønne omstilling. For selvafladningen – at energien forlader det roterende objekt – er med den nuværende teknologi for kort til, at det i praksis er funktionelt.
»Vore mål er, at vi ved at undgå hvirvelstrømstab kan oplagre energien i længere tid med væsentligt reduceret selvafladning,« forklarer Mogens Christensen.
Hvirvelstrømstab er en følge af den elektriske strøm som induceres når en elektrisk leder, i dette tilfælde magneten, bevæger sig i et magnetfelt. Den inducerede strøm tabes som varme på grund af den elektriske modstand i materialet. Men som det er nu, er der for meget elektrisk modstand i svinghjulet til, at de i praksis anvendelige til lagring af vedvarende energi.
Bløde og hårde magneter
Nøglen til få dette til at lykkes er først og fremmest at benytte sig af keramiske magneter, hvori der er relativt få bevægelige elektroner. Og dernæst at udvikle en form for magnet, som succesfuldt kombinerer bløde og hårde magneter, som hver har deres egen egenskab. Hårde keramiske magneter har en evne til at modstå ekstern magnetisk påvirkning, mens bløde magneter har en lav koercivitet – dvs. at de er langt mere føjelige over for ekstern magnetisk påvirkning.
Disse magnettyper skal placeres side om side i nanostørrelse i håbet om at udnytte det bedste fra de to verdener:
»Det, vi skal lave, hedder ‘exchange spring magnets’. Man tager en blød magnet og placerer den mellem to hårde. Hvis man så har et modsatrettet magnetfelt, vil den bløde magnet begynde at rotere med magnetfeltet. Men hvis man så fjerner magnetfeltet igen, vil de hårde magneter begynde at påvirke de bløde, så de genopretter i forhold til de hårde magneter fra tidligere. Det er fjedereffekten – de hårde tvinger den bløde til at genoprette,« siger Mogens Christensen.
»Og på en nanoskala skal vi sørge for, at vi har den helt rette kombination af bløde og hårde magneter,« siger han.
På den måde kan man forhale den selvafladning, som i sidste ende er akilleshælen for teknologien, og håbet er, at man kan holde svinghjulet kørende i op til 24 timer.
Projektet er blevet til i et samarbejde mellem Aarhus Universitet og Teknologisk Institut, og bliver det en succes, vil storproduktionen af de nye magneter ske i samarbejde mellem Haldor Topsøe og Sintex, mens Grundfos og WattsUp Power vil fokusere på anvendelsesmulighederne inden for henholdsvis motor- og svinghjulsteknologier. Projektet er støttet af Innovationsfonden med 12 mio. kr. og har en varighed på fire år.
keyboard_arrow_upTil toppen af artiklen
Jeg håber at nyhedsværdien bliver stor nok for vores danske koncept.
En anden måde at lagrer energi: elektromagneter med superleder; eller endnu bedre direkte lagring af elektroner i en ring af superleder (SMES). Svinghjul med magneter af superleder taber kun ca 1% / time, medens svinghjul med almindelige magneter taber ca 3-5% / time.
http://www.suptech.com/energy_storage_n.php
http://html.smartpub.dk/egaagymnasium/info...
Den gode professor har vist mistforstået noget. Energilagring i svinghjul har aldrig været brugt i F1 (løb).
Williams GP udviklede ganske rigtigt et svinghjulssystem ("mekanisk KERS") til 2009 sesonen, men det blev aldrig brugt i løb.
I 2010 kørte ingen teams med KERS, og i 2011 var Williams gået over til et batterisystem ("elektrisk KERS") fordi det nu blev tillads at obevare mere energi end det var praktisk muligt med et svinghjul inden for de volumenbegrænsninger en F1 bil nu engang har.
Audi brugte William's system i Le Mans i 2012 og 2013, og flere GT3 Porcher har brugt det i langdistanceracing. Men det har altså aldrig været brugt i F1 (løb).
http://www.williamsf1.com/pages/corporate/...
http://uk.reuters.com/article/uk-motor-rac...
https://www.autosport.com/f1/news/88387/wi...
Måske han tænkte på Le Mans bilerne?
Audi R18 e-tron (2014-2016) havde svinghjul til at optage bremseenergien.
"Ved hjælp af magnetisme holdes en tung cylinder svævende i et vakuum." At eliminere lejefriktion via magnetisme er utopi på linie med fusionsreaktorer.
Svinghjuls inerti er kun praktisk anvendeligt til at reducere vinkelacceleration på en aksel. Når der kommer gear imellem optager friktionstabene den energi som er i inertien.
At formindske de elektiske varmetab via superledning er meget kostbart mht. køleudgifter.
Nå, men så får de lidt af deres tid til at gå med det.
Mangler vi ikke at få info om den forventede pris per KWH kapacitet?
Det er da interessant teknisk.. men pt. er det vist ikke lykkedes nogen at få prisen for denne form for lagring ned under 500 US$ per KWH der kan lagres. Herudover er vedligeholdelses problemet med at holde systemet balanceret ved de høje hastigheder.
Når man sammenligner med Lithium Ion batterier som nok snart kommer ned på 100-150US$ per KWH, eller mindre, uanset at der er kortere levetid (måske) og at mindre % kan udnyttes etc. så er det forholdsvis svært at se hvor det skal bære hen.
Den primære brug må være til lagring af sol og vindenergi... (for i køretøjer kommer der behov for gyroskopløsninger) og der er der nok primært brug for op til 15 timers lagring (typisk mindre). Derfor er den ekstra udgift for at kunne holde på energien i længere tid ikke nødvendigvis det værd..
Tværtimod, måske skal man tænke omvendt. I stedet for at bruge dyre magnetiske lejer, der ikke taber energi (næsten) kunne man i stedet bruge keramiske low friction lejer, som er langt mindre vedligeholdelseskrævende, der taber lidt flere %, men til gengæld er billigere. Og hvis vi så forstår at vi typiske gemmer energien fra dag til nat -
og der måske ikke er brug for rocket science patenter - så kan det måske være konkurrencedygtigt.
Har faktisk kontaktet nogle producenter om det, men endnu ikke fået positiv respons....
Hvis nogen kan lave en initiel kalkyle på dette, så er det måske værd at lave et projekt....
En simpel løsning til 150US$ per KWH der kan stå i et parcelhus (eller haven), må være noget der kan sælges med det samme til Off Grid løsninger!
Utopi? Seriøst? Her er et konkret utopisk eksempel: http://www.directindustry.com/prod/dresser...
Ja det er et utopisk eksempel, fordi
1.: Hvad sker der når vægten af et svinghjul med anseelig kinetisk energi, skal holdes centreret?
2.: Hvor meget større er dets elektriske energiforbrug end den mekaniske friktionsbesparelse, hvor et enkeltradet kugleleje anvendes?
3.: Prisen såfremt eksempelvis en vindmøllerotor skal lejres således?
Intet. Den kinetiske energi ligger udelukkende i rotationen. Der er ingen hverken vandret eller lodret komponent.
Stor nok til at dette er udbredt i industrien. Der skal ikke ret meget energi til at holde en genstand ubevægelig.
Eftersom det har udbredt anvendelse allerede, kan man nok gå ud fra at merprisen kan tjenes hjem. Bl.a. fordi der intet mekanisk slid forekommer, og derfor kan der spares på vedligehold.
Selv om dette med ny magi forøges til 10 eller måske 30 timer, skal der vist mere til før det kan udjævne et par dages næsten vindstille.
For slet ikke at tale om årstidsvariationer i den tyske energiforsyning der ønskes baseret på solkraft.
De traditionelle kraftværker (kul- og atomkraft) har meget store roterende masser, der helt automatisk udjævner strømstød i forbrugsmønstret.
Med den stigende andel af ustabil energi ændres billedet.
Pludselig overskyet sol eller pudselige vindstød give problemer, der kan blive kostbare. http://www.spiegel.de/international/german...
Her vil svinghjul hjælpe, men selv med nyudviklede magneter bliver det vist dyrt.
Der står i artiklen at de håber på at komme op på en selvafladningstid på 24 timer. Det her er ikke en løsning på langtidslagring af energi, men det kan måske kunne bruges til at udjævne døgnvariationer i et solpanel.
"Den kinetiske energi fra eksempelvis solceller eller vindmøller sætter svinghjulet i rotation..."
Sker der så ved at møllevinger river sig løs og præcist rammer svinghjulet i lagersystemer
Er altid givet godt ud og resultere ofte i nye anvendelsesmuligheder.
Når vi nu insistere på at konvertere vores energiforsyning på ustabile energikilder, bliver al lagringsteknologi relevant.
Svinghjul har ikke de samme udfordringer med kemiske processer som batterier og bør være tæt på uopslidelige.
Vi må bare ikke glemme at batterier, svinghjul og brintproduktion, er energibrugere og ikke energiproducenter.
Der skal produceres mere energi, fra de primære kilder, for at kunne lægge på lager, med de tab det indebærer.
Der er forskel på lagring og afladningstid.
Så længe svinghjulet ikke tappes for energi kan det nok lagre energien i nogle eller flere døgn, men det øjeblik man tapper energien, så afbremses svinghjulet, hvilket jo er klart nok.
Et mekanisk svinghjul i vakuum og ophængt i de bedst tænkelige lejer (vel pinol eller permanente magneter?) må have et betydeligt mindre tab pr tidsenhed end de nævnte svinghjul.
Er der nogen, der kender data for sådanne svinghjul??
Af denne artikel: "https://ing.dk/artikel/spoerg-fagfolket-fi...;, fremgår det at:
"...I 1973 (oliekrise) arbejdede flere amerikanske universiteter med svinghjulsbiler. De bedste kunne række 160 km på svinghjulet (stor amerikansk flyder) og gå fra 0-100 på under 10 sek. Energihalveringstiden på det kørende svinghjul var ca. 9 måneder...."
Med de specifikationer (på et eksisterende system), virker det lidt underligt at bruge 12 mio. kr. på et (nyt) system, som i bedste fald kan køre "i op til 24 timer"...(?)