Spørg Læserne: Hvor meget energi kan oplagres i kæmpehjul?
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Spørg Læserne: Hvor meget energi kan oplagres i kæmpehjul?

Vores læser Jørgen Harder har følgende spørgsmål vedrørende energilagring:

Jeg mindes, at man engang talte om at oplagre energi i tunge roterende kæmpehjul. Hvor store energimængder er det realistisk at oplagre i en sådan konstruktion? Hvad er tabet ved omdannelse af vindmølle-el til rotationsenergi og tilbage igen? Er der praktiske erfaringer?

Hvis du har et bud, så skriv i kommentarfeltet nedenfor.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hej Jørgen

Jeg har desværre ikke meget konkret viden (mener dog også at vide at svinghjul bruges som kortvarig UPS og en måde at opbygge energi som i Bevatronen), men en overslagsberegning indikerer at det nok ikke er den bedste måde at oplagre vindenergi, kemiske alternativer som spaltning af vand til brint og ilt er nok mere effektive.

Hvis man tager et svinghjul på 5 tons, og en diameter på 30 meter, og får dette til at rotere med 10.000 omdrejninger i minuttet, så er der lagret ca. 600 GJ energi (under antagelse af at alt masse er koncentreret yderst o.s.v.). Dette er en ret frygtindgydende konstruktion som nok vil præsentere en del ingeniørmæssige udfordringer.

Energien på 600 GJ er det samme som en nominel 6 MW mølle kan generere på ca. 1 døgns tid, så der skal rigtigt mange af disse til for at give et energi lager som er sammenligneligt med effekten af vindmøller. Den nominelle effekt for Horns Rev 2 parken er over 200 MW, d.v.s. at der skal over tyve af sådanne hjul til hvis de skal have backup kapacitet svarende til parkens nominelle produktion på et døgn. Dertil skal selvfølgelig lægges tab i at lagre og udtrække energien.

Forhåbentlig kommer der snart andre effektive metoder til at lagre vindmøllestrømmen sådan at vi kan få maksimal udbytte og minimere afhængigheden af fossile kraftværker.

  • 0
  • 0

Hvis man tager et svinghjul på 5 tons, og en diameter på 30 meter,

5 tons lyder som rigtigt, rigtigt, rigtigt lidt for et svinghjul med 30 m diameter. Faktisk bliver problemet nok nærmest at få det ned på så lav en vægt.

Hvad vejer stålplade med tykkelse på 10 cm per m2? ca 500 kg? så bare med sådan en plade hele vejen rundt er vægten på 50 tons. Men hvorfor nøjes med en "tynd" plade når man kan lave en ordentlig klods.
Mon ikke du skal sætte vægten til mindst 1000 tons og måske nærmere 5000-10000 tons for sådan en svinghjul med 30 m diameter!
Der skal nok en form for mekanisme til at sørge for, at det ikke foresager skade hvis ophænget fejler.

  • 3
  • 0

Volvo har allarede bilmodeller som oplagrer bremseenergi i et 6 kg tungs svinghjul med en omdrejning på op til 60.000 rpm.

Bilen er en 4 cylindrisk bensinmotor med motor på foranhjulen. svinghjulet sidder på bagakslen.

Resultatet er en bil som sparer 20% energi og opfør sej som en 6 cylindrer bil.

Det her synes jeg er en lavpraktisk måde at løse problemet som ikke gør brug af avancerede batterier og elektronik som bruger mange naturresurcer og energi i framstillingsledet.

http://www.volvocars.com/se/top/about/news...

  • 0
  • 0

Til sammenligning er data for svinghjulene på JET
- diameter 9 m
- vægt 775 tons
- rpm 225

Så for 30 m diameter passer 5000-10000 tons vist meget godt. Men måske nok ikke 10.000 prm. Det er vel styrken af stålet der sætter grænsen for rpm. Jeg ved ikke hvad der er realistisk.

Så i forhold til din beregning kan du nok gå en faktor 1000 op på vægten, men så til gengæld måske en faktor 30 ned på rpm. Med det resultat at det bliver samme energimængde lagret.

Nogen der ved hvor høj rpm et stål svinghjul med 30 m diameter i teorien kan holde til?

  • 1
  • 0

Kunne man forestille sig at der er et ideal forhold mellem vægt og diameter ved et stationært svinghjul hvor energien skal fordeles rimeligt jævnt ud over perioden?

  • 0
  • 0

Jeg anerkender at der er nogle konstruktionsmæssige udfordringer i at konstruere kapacitet nok til en billig pris. Men den virkelige showstopper, er vel tabet i lejerene (rullemodstand), når den skal holde rotation i over +24 timer. Fælles for alle ovenstående eksempler er at de oplagrer energi til at benytte indenfor et par minutter. I Bevatron er det fordi at man skal bruge store mængde energi i et meget kort peak, hvorfor elinstallationerne på stedet skulle have været uendelige kraftige. Ved at oplagre energi i et svinghjul, kan man udtage energien i de høje peaks der kræves. Princippet benyttes også i store stålpresser. I Volvoens tilfælde har man noget energi, som ellers var gået tabt igennem bremser, som kan oplagres i svinghjul og benyttes som regel også indenfor en relativ kort periode.

  • 1
  • 1

Maglev bør løse det problem og samtidig gøre hele konstruktionen til en stor elektromotor / generator ved styring af magnetfelterne. Måske CERN har et parti aflagte superleder-baserede magneter - lad os se at komme i gang :-)

  • 0
  • 1

Det kommer jo an på, men det er ikke nok og det bliver for dyrt.

Den billigste måde at opbevare strøm vil i Danmark formentligt være, at udnytte vores grusgrave. Der udgraves omkring 25 mio m³ grus om året i Danmark, så med lidt basal vandlagring i et højtliggende og et lavtliggende bassin vil det i løbet af nogle årtier kunne give en elektrisk lagerkapacitet på omkring 10-30.000 MWh i løbet af nogle årtier. Det er faktisk pænt meget "pumped storage"...

  • 0
  • 1

Jamen, hvad ville omsætningsforholdet mellem oplagret energi og udnyttet energi blive? 1:10, 1:20, 1:30 eller hvad ... For etableringsomkostningerne kunne jo - som du beskriver det @ Stig Libori - nok være til at overkomme.

  • 1
  • 1

Den teoretiske begrænsning er vel når inerti momentet begynder at have indflydelse på jordens bane rundt om solen.
Den mere praktiske er vel noget med lejer, transport af energi til/fra svinghjulet, og til/fra generatoren(elnet).
Og hvor stort et sådan svinghul kan bygges. Ker tænker jeg på størrelsen af drejebænke, materiale styrke ol.
Og økonomisk. Kan det betale sig at etablere og vedligeholde. Umiddelbart tror jeg forslaget om pumped storage i en grusgrav er et bedre alternativ. Det er kendt teknologi, og laves af komponenter som kan købes på markedet i dag. Det sparer en fæl masse penge at bruge noget som allerede er opfundet,

  • 0
  • 1

Den teoretiske begrænsning er vel når inerti momentet begynder at have indflydelse på jordens bane rundt om solen.

Ok, så er det også et rimeligt ambitiøst svinghjul :)

Den mere praktiske er vel noget med lejer, transport af energi til/fra svinghjulet, og til/fra generatoren(elnet).

Det må vel være noget med at anvende magnetlejer og så placere det i et vakuumkammer af hensyn til tab.

Og hvor stort et sådan svinghul kan bygges. Her tænker jeg på størrelsen af drejebænke, materiale styrke ol.

Det kan vist blive endog rigtig rigtigt stor, hvis man ønsker, da det kan svejses sammen af sektioner på stedet. Begrænsningen er nok materialstyrke.

Og økonomisk. Kan det betale sig at etablere og vedligeholde. Umiddelbart tror jeg forslaget om pumped storage i en grusgrav er et bedre alternativ.

Antag meget stor grusgrav på 1 km2 og hævehøjde 10 m, så er gemt energi stadigvæk kun 100 mia J = 28 MWh. Eller hvad en 9 MW størrelse mølle kan producere på 3 timer ved fuld effekt.
Vi skal vist have gang i noget større end en grusgrav.

  • 1
  • 0

Omkring 80% af den lagrede elektriske energi kan leveres senere ved pumped storage, så det vil også gælde ved "grusgrave"

  • 0
  • 1

Det er altså lidt smartere at udvikle bedre batterier, der kan lagre energi med større koncentration end at gå Mad Max-vejen.

  • 1
  • 0

Realistisk betyder frit oversat til ingeniør sprog hvad har vi råd til.

Skal vi antage et svinghjul hvor al massen er i en forholdsvis tynd ring vil den indeholde kinetisk energi svarende til E = 0,5 m V^2 , hvor m er massen og V er randhastigheden.
Massen regnes let til tværsnitarealet gange omkredsen gange densiteten.
For at udnytte massen bedst, (= høj energi densitet) skal vi altså køre hurtigt.

Den maximale randhastighed bestemmes ud fra V^2 = σ / ρ , hvor σ er materialets styrke, og ρ er dets densitet.
For billigt stål, med σ = 235E6 Pa og ρ=7800 kg/m3 bliver V = 173 m/s
For kulfiber-epoxy komposit, med σ = 1500E6 og ρ=1600 bliver V = 968 m/s
For graphene, med σ = 130000E6 og ρ=2000 bliver V = 8062 m/s
Husk ikke at køre lige til grænsen. Den kinetiske energi i masse på 2900 m/s svarer til den kemiske energi i TNT.
Benzin svarer til 9400 m/s.

Så kan du dividere energiindholdet pr kg med materialeprisen pr kg, og finde energiindholdet pr prisenhed.

Her er et eksempel:
http://beaconpower.com/carbon-fiber-flywhe...

Grænsen for hvor stort det kan laves kommer sig igen af materialernes styrke og dit design.
Svinghjul er normalt understøttet på et centralt leje, og svingmassen så understøttet af eger. Når du kommer op over nogle hundrede meter vil jeg tro at der går for meget materiale med at bære svingmassen, i forhold til svingmassen selv, og din energitæthed bliver uprofitabel.

Men hvorfor have et centralt leje? Forestil dig et magrail tog i en vakuum tunnel, det kan du for så vidt lave så langt du vil og køre så hurtigt som dine magneter kan trække acceleration når du drejer.
Her er en der har tænkt over det.
http://launchloop.com/PowerLoop

Taget til sin yderste konsekvens ligger du en tunnel jorden rundt, så er din drejeradius 6000 km, og max hastigheden ca. 240000 m/s

Endnu større kan også lade sig gøre med superledere eller hvis du går til større planeter, men lad os tage den hvis det bliver aktuelt :)

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten