Super setrvačník je typ setrvačníku používaného v akumulátorech setrvačníku s kinetickou energií k ukládání energie. Ve srovnání s konvenčními setrvačníky může akumulovat více kinetické energie a je bezpečnější.
Moderní super setrvačník je rotační těleso vyrobené navinutím různých pevných a pružných materiálů, například tenkých cívek oceli, plastové pásky, sklolaminátu nebo uhlíkových kompozitů, na speciální střed - náboj. Toto provedení zajišťuje vysokou spotřebu energie a provozní bezpečnost. Při zničení se takový super setrvačník neroztříští na velké úlomky, jako běžný setrvačník, ale je částečně zničen; zároveň oddělené části pásky zpomalují super setrvačník třením o vnitřní povrch těla a zabraňují další destrukci. Super setrvačník s grafenovou páskou je schopen uložit až 1200 Wh (4,4 MJ ) na kilogram hmotnosti [1] .
Jako součást setrvačníkového akumulátoru kinetické energie pracuje super setrvačník v tandemu s motorgenerátorem . Při připojení k síti motorgenerátor roztočí super setrvačník a při připojení zátěže zpomalí. Účinnost této přeměny dosahuje 98 % [2] . Pro snížení třecích ztrát je super setrvačník umístěn ve vakuované skříni. Často se používá magnetické zavěšení .
Setrvačníky jako nárazníková zařízení se používaly již od neolitu, např. v zařízení hrnčířského kruhu [3] . Ve 20. století prošel setrvačník řadou konstrukčních změn, které umožnily akumulovat energii po značnou dobu. Takže například v 50. letech se v experimentální hromadné dopravě používaly evakuované setrvačníky, konkrétně se testovaly gyrobusy [4] . V roce 1964 si sovětský inženýr NV Gulia nárokoval autorská práva na první návrh super setrvačníku.
Superflywheel spojuje odolnost, bezpečnost [5] v případě zničení, vysokou účinnost a rozumnou cenu. Nevýhodou supersetrvačníků je gyroskopický efekt, způsobený velkým momentem hybnosti rotujícího setrvačníku a zabraňující změně směru osy otáčení setrvačníku. K eliminaci tohoto nežádoucího efektu při použití setrvačníků jako zařízení pro uchovávání energie na vozidlech lze použít zavěšení setrvačníku v kardanovém závěsu , což však výrazně komplikuje konstrukci.
Další nevýhodou super setrvačníku je absence osvědčeného jednoduchého převodu, který umožňuje jeho použití v dopravě . V současné době probíhají experimenty s přenosem rotační energie supersetrvačníku na kola vozidla přes supervariátor . Slibné je také využití evakuovaného supersetrvačníku na magnetickém závěsu jako zdroje elektřiny.
Zpočátku N. V. Gulia plánoval použít super setrvačník jako zařízení pro skladování energie pro automobily a dokonce postavil několik vzorků takových vozidel.
V současné době se v jiných oblastech úspěšně používají zařízení pro uchovávání energie založená na supersetrvačnících. Společnost Beacon Power , založená v USA v roce 1997 , učinila významný krok vpřed vývojem řady velkých stacionárních supersetrvačníků pro průmyslové energetické aplikace. Superflywheely vyráběné společností Beacon Power jsou schopny v závislosti na modelu uchovat energii 6 a 25 kWh a dodat výkon 2 a 200 kW.
Americká společnost počítá s tím, že je prodá místním společnostem a také sama poskytne službu „řízení frekvence“. Výstavba 20 MW supersetrvačníkové regulační elektrárny začala na konci roku 2009 [6] . Vzhledem k tomu, že americká rozvodná síť existuje s mnoha místními dodavateli energie a otevřeným energetickým trhem, vytváří potřeba regulace energie mnoho problémů, které společnost doufá vyřešit: skladování „přebytečné“ energie, když poptávka klesne; doplňování nedostatků při odběrových špičkách; regulace frekvence proudu. Super setrvačníky vinuté z uhlíkových vláken se však ukázaly jako krajně nespolehlivé, náhle praskly „výbušným efektem“ vysokého výkonu i při pracovní frekvenci.
Pod vědeckým vedením N. V. Gulia vytvořil KEST [7] vlastní verzi stacionárních zařízení pro ukládání kinetické energie na bázi supersetrvačníků vyrobených z vysokopevnostní ocelové pásky. Jeden takový pohon je schopen uchovat energii až 20 kWh a poskytnout výkon až 1000 kW. V podmínkách ruského trhu je shluk několika takových pohonů schopen vyrovnat denní heterogenitu elektrického zatížení celého regionu a nahradit drahé a objemné přečerpávací elektrárny .
Navzdory skutečnosti, že vozidla poháněná setrvačníkem se nerozšířila, doprava zůstává jednou z nejatraktivnějších aplikací pro supersetrvačníky. Zejména mluvíme o železniční dopravě. Při brzdění osobních i nákladních vlaků se plýtvá obrovské množství energie. Supersetrvačník připojený ke stejné elektrické síti s vlakem je schopen zachytit a uložit brzdnou energii a později ji uvolnit do sítě, aby vlak urychlil. Takto „ušetřená“ energie sníží spotřebu o 30 % i více [8] .
K zajištění nepřerušeného napájení objektů s vyšší odpovědností lze navíc použít supersetrvačníky. Vlastnosti super setrvačníku poskytují odezvu zařízení na úrovni setin sekundy, což vám umožní nepřerušit napájení ani na vteřinu.