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Stockage énergie par volant inertie

  1. alopex

    Date d'inscription
    mars 2005
    Messages
    787

    Stockage énergie par volant inertie

    Je lisais quelques papiers sur les voitures électriques et notamment la Fluence ZE et j’ai vu que la batterie stockait 22 kWh environ.
    Je me suis amusé à faire un rapide calcul pour voir les caractéristiques d’un volant d’inertie stockant la même énergie. Si je prends un cylindre en acier de diamètre 1 m, largeur 20 cm, épaisseur 1,5 cm et que je fais varier sa vitesse de 30 000 à 10 000 trs/mn, je libère 21,3 kWh. La masse du volant serait de 70 kg et bien inférieur à celle de la batterie équivalente.
    Le coût d’un tel volant doit pas être bien élevé (c’est juste de la grosse ferraille…) même en tenant compte du réducteur 20 :1 et du moteur/générateur pour faire l’échange d’énergie. En plus c’est 100% fiable et on peut multiplier les cycles charge décharge à l’envie sans problèmes.
    Le plus gros problème que je pressens c’est celui de l’effet gyroscopique qui va entrainer des difficultés en courbes (sous-virage). Pensez vous que le véhicule arriverait encore à tourner avec un tel engin à bord ?? Peut-on supprimer ce problème en utilisant deux volants contra-rotatifs ?
    Par ailleurs, on aurait forcément une « décharge lente » de l’accumulateur par les frottements sur les paliers. Quelqu’un sait-il estimer cette décharge ? Merci d’avance et @+


     


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  2. vincent66

    Date d'inscription
    juillet 2007
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    Grandson, Vaud, Suisse
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    47
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Bonsoir alopex !
    En effet, intéressant moyen de stockage d'énergie et hélas aussi pour faire partir le véhicule dans les choux au premier virage...
    Avec des copains nous avions il y a vingt ans étudié un tel projet pour remplacer les centaines de kilos de batteries d'une installation photovoltaïque dans un chalet d'alpage mais faute de moyens ceci resta sur le papier...
    Notre système prévoyait ce qui se fait de mieux comme roulements et un volant d'inertie dans une enceinte sous vide, les pertes mécaniques étant estimées à 5%... je suis étonné que ceci n'ait pas été développé plus depuis pour des installations fixes...
    Meilleurs voeux !!!
    Vincent
    Leonardo était ingénieur "sans papier", et moi diplômé juste...technicien...
     

  3. chatelot16

    Date d'inscription
    juin 2007
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    angouleme france
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    ca existe deja pour alimentation de secour fixe

    ca existe aussi pour bus et tramway : il ont resolu le probleme gyroscopique en mettant l'axe vertical !

    30 000 t/mn diametre 1m ... il faudrait calculer la force centrifuge ... n'importe quel ferraille ne suffira pas , mais c'est possible avec les bon materiaux

    pas besoin de reducteur entre ce volant et le moteur alternateur qui l'exploite : on sait faire des machine electrique aussi rapide que l'on veut ... encore mieux le volant d'inertie constitue le rotor de la machine electrique donc ameliore la performance de l'ensemble

    ma mise sous vide de l'ensemble est assez compliqué : ca necessite une enceinte assez lourde : la solution classique est plutot de remplir d'hydrogene : c'est 10 fois plus leger que l'air est diminue les perte dans la meme proportion ... les alternateur des centrales nucleaire sont deja dans l'hydrogene

    en prime l'hydrogene est meilleur conducteur thermique que l'air et augmente le refroidissement des bobinage , donc permet de reduire leur dimension

    malgré ca le volant d'inertie est un stockage d'energie a court terme

    j'ai vu des document internet sur ce genre de truc pour grosse alimentation de secours : ce n'est pas des roulement mais des palier magnetique ... il y a peu etre pas les perte des roulement , mais de la puissance consomé par les electro aimants de ces palier

    le systeme a volant peut etre interressant justement pour les courte duré de stockage , pour recuperer l'energie d'un freinage et relancer le vehicule ensuite : la ou une petite batterie charge en 30 seconde et vidé aussi vite ne pourait pas tenir

    on a beau mettre l'axe vertical il faudra mettre ce volant d'inertie sur cardan , sinon les oscilation du vehicule produiront des effort enorme sur ses palier
     

  4. alopex

    Date d'inscription
    mars 2005
    Messages
    787

    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Bonjour à tous et merci pour vos contributions.
    @Vincent66 : il est clair qu’en poste fixe c’est intéressant aussi même si dans ce cas la masse et le volume des bonnes vieilles batteries au plomb sont moins gênants que dans un véhicule. Tu parles de 5% de pertes mécaniques mais en combien de temps ? Il est clair que si on le laisse assez longtemps sans recharger il finira par s’arrêter complètement et donc aura perdu 100% en pertes mécaniques par frottements. Vu ton lieu d’origine, tu connais surement ce véhicule ?
    http://fr.wikipedia.org/wiki/Gyrobus
    @Chatelot16 : tu as raison, la force centrifuge est terrible ! Avec les dimensions que je donne, à 30 000 trs/mn j’ai une vitesse périphérique de 1570 m/s d’où une force centrifuge de 345.10^6 N ( !) ce qui me donnerait une contrainte de traction circonférentielle de 18 300 MPa !! Il ne me semble pas qu’il y ait de matériaux qui puissent résister à ça ? Si je veux limiter la contrainte dans les 500 MPa ce qui est déjà pas mal, je limite ma vitesse à 5000 trs/mn et alors mon machin ne stocke plus que 0,6 kWh. Ca peut donner un bon coup de pouce mais effectivement sur une durée brève et surement pas assurer une vraie autonomie.
    L’idée de faire tourner dans un gaz léger plutôt que dans une enceinte sous vide me parait bonne. Pour les gros alternateurs, ce sont les propriétés thermique de l’H2 qui sont intéressantes, pas les moindres frottements si ?
    C’est également vrai qu’un tel volant devrait être monté sur articulations sans quoi soit on a plus de suspensions ou alors on arrache l’axe du volant de la caisse ce qui peut être dangereux…
     

  5. chatelot16

    Date d'inscription
    juin 2007
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    c'est pour cela que ce genre de volant ne doit pas etre en materiaux lourd : il vaut mieux 1kg de fibre de carbone que 1kg d'acier

    le volant en fibre de carbone sera plus volumineux mais suportera une vitesse beaucoup plus grande
     


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  6. michel dhieux

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    septembre 2006
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    bonjour
    discutions intéressante , même si c'est différent de la base de cette discutions il y a le KERS qui est employé en F1 récupère l’énergie du freinage et du ralentissement pour la restituer après virage :
    j'ai en mémoire quelques chiffres :
    pour faire passé une F1 de 330 km/h à 80 km/h cela demande une puissance de 2500 ch
    http://www.auto-innovations.com/actualite/899.html

    la chose qui est souvent oublié , c'est qu'en sortie de la masse tournante il y a un variateur CVT , et une gestion électronique de la restitution , car la masse tourne a 100.000tr/min , et on restitue pas toute l’énergie d'un coup ( d’où la sortie dans les choux ) , pensez aussi qu'il ne faut pas non plus que le véhicule ré entraine la masse , en sortie de restitution .

    a propos de paliers , les turbo ont des paliesr hydrostatiques , et d'ailleurs , les japonais ont sortie des paliers par pression pneumatique pour des moteurs électriques .
    a propos d’hydrogène et d'alternateurs , je ne savais pas............. la solution classique est plutot de remplir d’hydrogène , merci chatelot .

    il semblerai , qu'une masse moins lourde mais d'une rotation /min plus importante soit préférable non ?? ( le KERS a une masse de 40 kg ) .
    cordialement
    croit-on découvrir des choses qu' on ne fait que redécouvrir.
     

  7. chatelot16

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    juin 2007
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    pour du stockage fixe c'est le prix qui compte , peut importe le poid : on peut preferer une grosse masse de feraille sur roulement ordinaire

    pour la formule 1 le prix n'a presque pas d'importance ... j'imagine le volant en fibre de carbone ... et un variateur dont la duré de vie est peut etre limité a une seule course ... on est pas pres de voir ca dans l'industrie

    pour le stockage fixe , je l'ai envisagé pour une certaine alimentation de secour devant avoir une autonomie de 2 minute maximum devant assurer le relais avant demarage de groupe electrogene : une batterie au plomb ne supporte pas d'etre vidé en 2 minute : il faut la surdimensionner pour tenir au moins 2heure afin qu'elle tienne la puissance

    conclusion le systeme a volant d'inertie qui tient juste 2 minute est plus cher a construire que la batterie qui tient 2 heures ... et la batterie est classique et disponible dans le commerce ... le systeme a volant doit etre construit sur mesure

    pour le meme prix la batterie assure non seulement les 2minute pour que le groupe electrogene demare , mais peut aussi assurer plus longtemps au cas ou le groupe ne demare pas ... volant d'inertie aux oubliettes

    meme raisonement pour le gyrobus : le volant d'inertie fait une autonomie de quelques km et doit etre rechargé a chaque arret sinon ca ne va pas plus loin ... avec le meme poid de batterie , ca peut marcher aussi en chargant a chaque arret , mais il y a une autonomie plus longue : on peut en cas de besoin zapper plusieur arret et charger plus longtemps a un autre arret : le gyrobus a été moins performant que les batterie au plomb , maitenant qu'on a des batterie lithium encore meilleure le volant d'inertie n'est pas la meilleure voie

    autre remarque : il y a une etrange ressemblance entre le volant d'inertie et le reservoir d'air comprimé : pour augmenter l'energie stocké il faut augmenter la vitesse ou la pression : ca produit une contrainte enorme , et ca fait une bombe en cas de rupture ... il est facile d'esperer une performance enorme en prenant une marge de securité insuffisante
     

  8. michel dhieux

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    septembre 2006
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    néanmoins , les systèmes par inertie deviennent nécessaire quand on a besoin d'une forte énergie momentanée , ....
    les démarreurs à inertie ne manque pas , et l’Allemagne l'avait compris , avec les ME109 et le FW 190 .
    un avion de chasse n'est pas forcement à coté de batteries , surtout s'ils sont dispersés entre eux .

    par contre ici il démarre plutôt mal , en général c’était du premier coup ici au quatrième ( Focke Wulf 190 moteur BMW 801 en étoile refroidissement air 1750 ch ,et booster eau méthanol 2000ch , cylindrée 35 L ).
    http://www.youtube.com/watch?v=4Y5LBUVS1T8
    cordialement
    Dernière modification par michel dhieux ; 31/12/2011 à 14h07.
    croit-on découvrir des choses qu' on ne fait que redécouvrir.
     

  9. chatelot16

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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    on y voit bien l'inconvenient du volant d'inertie : ca perd rapidement l'energie : on entend bien la baisse de vitesse des qu'il arretent de tourner la manivelle , une pertie de l'energie est deja perdue avant de comander le demarage

    on voit aussi que la vitesse plafonne : au dela d'une certaine vitesse le volant perd toute la puissance de ceux qui tournent la manivelle

    si ce n'etait que pour le demarage je prefererait un mecanisme a ressort : bien meilleur rendement et pas plus lourd ... et une fois le ressort remonté a fond il peut rester pret pendant des heures sans perte

    je pense que ce qui justifie ce systeme a inertie est d'utiliser un mecanisme deja utile pour un turbo : ainsi ce systeme a inertie n'est pas entierement un poid suplementaire
     

  10. michel dhieux

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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Citation Envoyé par chatelot16 Voir le message
    si ce n'etait que pour le demarage je prefererait un mecanisme a ressort : bien meilleur rendement et pas plus lourd ... et une fois le ressort remonté a fond il peut rester pret pendant des heures sans perte

    je pense que ce qui justifie ce systeme a inertie est d'utiliser un mecanisme deja utile pour un turbo : ainsi ce systeme a inertie n'est pas entierement un poid suplementaire
    un mécanisme à ressort pour démarrer un moteur de 35 litres à 41 litres de cylindrée (suivant modèle ) ? ?

    pour la deuxième phrase , je ne comprend pas ce que tu veut dire
    croit-on découvrir des choses qu' on ne fait que redécouvrir.
     

  11. michel dhieux

    Date d'inscription
    septembre 2006
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    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Citation Envoyé par alopex Voir le message
    Le coût d’un tel volant doit pas être bien élevé (c’est juste de la grosse ferraille…) même en tenant compte du réducteur 20 :1 et du moteur/générateur pour faire l’échange d’énergie. En plus c’est 100% fiable et on peut multiplier les cycles charge décharge à l’envie sans problèmes.
    bonsoir
    début des années 70 la RATP avait un projet de recup d’énergie freinage/ralentissement , ils utilisaient une grosse masse tournante , une pompe et un moteur hydraulique mais le système était complexe , avec des engrenages , réducteur , renvoie d'angle .....
    depuis la même RATP (BUS ) s 'intéresse encore aux récupérations et elle fait appel à trois constructeurs :
    http://www.ratp.fr/fr/ratp/c_10530/les-bus-du-futur/.
    mais depuis peu il y a eu évolution (normal ) fini la masse tournante >>>> accus hydraulique et surtout des pompes/moteur cylindrée variables d'un seul bloc (avec quelques modifications une pompe peut devenir moteur ,et tourné dans le même sens ) elle peut (la pompe ) charger un accus et à un autre moment devenir moteur , et sans réducteur .
    on place c'est ensemble entre la boite de vitesse et le pont ,sur l'arbre de transmission , un accu pas bien loin et une gestion .
    cordialement
    Dernière modification par michel dhieux ; 01/01/2012 à 20h37.
    croit-on découvrir des choses qu' on ne fait que redécouvrir.
     

  12. michel dhieux

    Date d'inscription
    septembre 2006
    Localisation
    Mazamet Tarn
    Âge
    64
    Messages
    2 190

    Re : Stockage énergie par volant inertie

    ce style de pompe /moteur directement entre deux bouts d'arbre de transmission , ici avec en plus un frein a disque :

    pompe moteur LINDE.jpg
    croit-on découvrir des choses qu' on ne fait que redécouvrir.
     

  13. ecolami

    Date d'inscription
    juillet 2006
    Messages
    281

    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Bonjour,
    Il y a quelques années, dans Science & Vie un article exposait l'invention de deux américains pour un stockage d'énergie avec volant d'inertie.
    Leur dispositif consistait en un ensemble moteur/générateur électrique couplé à un volant de 50 CM et prévu pour une vitesse de 400Tours par Seconde.
    Le disque était en composite résine fibre de verre ou carbone (je ne me rapelle plus). Il ont expliqué qu'il n'était pas possible de faire de plus grand disques parce que sinon plus rien ne résiste.
    Ils expliquaient qu'un vélo animé par un seul volant d'inertie lancé a pleine vitesse permettrait de couvrir la distance Paris Moscou.
    Plus jamais d'informations ensuite sur cette invention. Dans leur intervention les inventeurs tentaient d'interesser des constructeurs automobiles: leur système aurait comporté plusieurs ensembles de disques pour à la fois augmenter l'énergie stockée et réduire l'effet gyroscopique avec un agencement adéquat.
    L'article expliquait aussi pourquoi l'emploi de la roue de secours comme volant d'inertie n'était pas valable: pour stocker une énergie suffisante il aurait fallu faire tourner si vite que le pneu aurait éclaté. La partie électrique pose de gros problèmes mécaniques aussi a ces vitesses là.

    J'ai appris dans cet article qu'un objet en rotation dont la vitesse périphérique serait supérieure a celle du son DANS ce matériau exploserait.
    A la lumière de cette constatation il ressortait que le BERYLLIUM était l'idéal. Ce métal est cher et extrêmement toxique tout en étant un métal léger.
     

  14. Jean4259

    Date d'inscription
    août 2012
    Messages
    510

    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Je pense que toutes ces solutions de stockage de coute durée (volant, accu hydraulique,ressort...)sont maintenant obsolètes depuis la création du supercondensateur.
    Jean
     

  15. chatelot16

    Date d'inscription
    juin 2007
    Localisation
    angouleme france
    Âge
    55
    Messages
    10 313

    Re : Stockage énergie par volant inertie

    Citation Envoyé par ecolami Voir le message
    J'ai appris dans cet article qu'un objet en rotation dont la vitesse périphérique serait supérieure a celle du son DANS ce matériau exploserait.
    ce qui compte pour calculer la vitesse maxi c'est la densité et la resistance a la traction du materiaux

    la vitesse du son dans le materiaux et determiné par la densité et le module d'elasticité

    la resistance et le module d'elasticité ont beau etre donné dans la même unité ( MPa ) ce n'est pas la même chose ... donc pas de rapport entre vitesse du son et vitesse maxi d'un volant
     


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