Energie uložená v pohybu: starý trik v novém hávu

Kdy se před několika tisíci lety se poprvé roztočil někde na Středním východě první hrnčířský kruh, jeho autor ho nepochybně nevnímal jako zařízení na skladování energie. Ale je to tak – když ho hrnčíř roztočí, velká část jeho námahy v něm zůstala uložena a stačilo jen průběžně „doplňovat ztráty“, aby se kruh nepřestal točit a výroba nestála.

První kruhy nepochybně byly z dnešního hlediska nejspíše dosti nedokonalá zařízení. Princip využití setrvačnosti ke skladování energie používáme dodnes. Ale díky pokroku v jiných oblastech si může uplatnit i jinde než v hrnčířských kruzích.

Menší ztráty

V 19. století páry pomáhal svou kinetickou energií překonávat mrtvé body mechanismu parních strojů a dnes je poměrně běžnou součástí vyrovnávající chod všech druhů pístových spalovacích motorů, mechanických lisů a jiných strojů. Praxe je jednoduchá: setrvačník stačí jednoduše připojit se upevní na hřídel motoru, jehož energii potřebujeme akumulovat. Když výkon poklesne, setrvačník ho udrží v pohybu a skladovanou energii jednoduše vrací do systému.

Systémy navíc mají zajímavé výhody, které jiným metodám skladování energie chybí. Kola jsou nejen rychlá, ale také dokáží svou energii rychle předat: se zpožděním pouhých zlomků sekundy. Proto například našly využití v automobilech, které zpopularizoval systém KERS ve vozech Formule 1.

Setrvačník firmy Vovlov pro využití v osobních vozech (foto Volvo)
Setrvačník firmy Vovlov pro využití v osobních vozech (foto Volvo)

Nevýhodou je, že setrvačníky nemohou skladovat nijak ohromná množství energie bez enormního nárůstu hmotnosti či rychlosti. Hodí se tedy jako krátkodobá rezerva, ale na skladování většího množství energie už jsou nepraktické.

Například ve Švýcarsku zaváděli pokusně elektrické „gyrobusy“, tedy trolejbusy s jedenapůltunovým setrvačníkem pod podlahou na hřídeli. Ve stanici se autobus připojil ke stožáru a roztočil ho natolik, aby se akumulovalo asi 10 kilowatthodin (kWh) energie. Ta trolejbusu stačila na bezpečný dojezd k další zastávce, protože dojezd činil i v nejhorších městských podmínkách přes dva kilometry. Ale mohutný gyropskop zhoršuje jízdní vlastnosti, protože se přirozeně „valí“ ve směru rotace a nerad mění svůj „směr“ (přesněji rovinu rotace). Velké systémy se tedy ve vozidlech neuplatnily.

Nové využití?

V posledních několika desetiletích se zdálo, že „setrvačníky“ by si mohly najít nové využití. Díky rozšíření a poklesu cen materiálů a technologií vhodných pro výrobu velmi pevných setrvačníků s vysokou účinností se „roztočeným kolům“ zdály nabízet nové možnosti v oboru skladování energie.

Z materiálového hlediska je zajímavý především pokles cen uhlíkových vláken, které jsou pro takto namáhané díly ideálním materiálem. Další novinkou je širší využití vakua. Pokud se setrvačník točí ve vakuu, kolo se může roztočit kola do velmi vysokých otáček, což výrazně zvýší množství skladované kinetické energie. Energie roste s druhou mocninou rychlosti, zatímco v případě hmotnosti je to jen lineárně.

Cesta do praxe ovšem je obtížná. Proč a jak, to dobře ilustruje příklad společnosti Beacon Power, asi nejslavnějšího případu snahy o nasazení „hrnčířského kruhu“ v novém hávu v 21. století.

Související články

Vložit komentář...