Stockage de l'énergie solaire dans un volant d'inertie en béton

[trebor]

Bonjour à tous,
J'ai fait une recherche ici, apparemment on en a pas parlé, voici des liens sur le sujet
https://www.google.be/search?q=volan...M6vH8AeNmJOwDw
Et ses explications en vidéo qu'un ami m'a envoyé :
https://www.youtube.com/embed/N2u6EDwumdQ
Il explique qu'avec une superficie de panneau photovoltaïque équivalent à 1/4 de la surface de la France ( +/-160.000 km²) qu'il serait possible d'alimenter en électricité la planète entière

Est-ce possible et réalisable, car j'ai un doute sur la production la nuit ?

Le jour on ne produit que pour stocker

Merci pour vos avis et remarques.
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[barda]

moi aussi, j'ai des doutes sur la production de nuit...

[ecolami]

Bonjour,
Le stockage par volant d'inertie est valable pour des installations fixes. Le rendement de conversion énergie cinétique de rotation <>énergie électrique est bon. Ensuite le stockage de lénergie par un volant d'inertie fait appel a plusieurs paramètres masse et vitesse de rotation et répartition des masses par rapport a l'axe. on peut donc avoir de grands volants tourant a une certaines vitesse ou de plus petits tournant a trés grande vitesse (je me rapelle d'un dispositif inventé par des américains pour des véhicules avec des volants de 50cm de diamètres tournant a 400 tours par seconde=24000tours/mn, l'invention n'a pas connu de succès malgré des essais concluants)
Le volant en béton evoqué dans la vidéo est renforcé par précontrainte obtenue en enroulant un cable d'acier très serré afin d'empêcher l'éclatement du béton. Je n'ai pas compris si l'enroulement de câble jouait un rôle au niveau électrique pour permettre la restitution de l'énergie (je ne le crois pas, il est dans le mauvais sens)

[trebor]

Bonjour à tous,
Merci pour ton avis ecolami
Il parle également de faire le vide d'air afin que le rotor en béton ne soit pas freiné à l'intérieur du cylindre, avec de telle vitesse de rotation de 2260 km/h linaire ( 400 t/sec "24000 t/min" ) du rotor, l'air va t'il freiner fortement ce rotor qui est je suppose parfaitement lisse ?

Je ne vois pas non plus comment sera transformée cette énergie cinétique en énergie électrique ?

Peut-être des aimants en périphérie du rotor ou sur sa face inférieur et supérieur et avec des bobines du stator éloignées du rotor pendant la journée et rapprochées le soir afin de récupérer l"énergie ?

Un sacré équilibrage à réaliser sur ce rotor, un seul milligramme de différence doit certainement générer une force gigantesque pour une telle vitesse de rotation

[A voir en vidéo sur Futura]

[barda]

Le problème du stockage par volant d'inertie, ce n'est ni la question de l'équilibrage (ça, on sait faire, dans les moteurs, les turbines, etc...), ni la question de la conversion en électricité (même principe qu'un alternateur...) mais bien la question de la perte d'énergie très rapide...

Concrètement ces volant inertiels ne sont utilisable que sur des durées très courtes (quelques minutes, quelques heures pour les systèmes les plus sophistiqués...), et donc inutilisables pour un stockage inter-saisonnier...

De fait, pour résoudre ton problème (tu n'as pas répondu à mes questions), tu n'as guère que deux voies crédibles:

- le stockage sous forme thermique (ce qui veut dire masse importante, soit liquide soit solide, le liquide étant la forme la plus facile à utiliser); le rendement ne sera pas excellent (peut-être 0,5 ou 0,6).

- le stockage sous forme chimique, les batteries constituant une solution, avec perte d'environ 50% sur une durée de 6 mois; la transformation en gaz (méthane ou hydrogène) est peu compatible avec une installation individuelle, et a un rendement déplorable, surtout s'il faut reproduire de l'électricité à l'arrivée.

Le stockage sous forme de gaz sous pression demande des installations complexes et a un rendement faible, peu compatible la non plus avec une installation individuelle.


A ce jour, la question du stockage en masse de l'énergie reste non résolu; pour un particulier, ce sont encore les batteries qui sont les plus simples et les plus fiables, mais aussi les plus couteuses.

p.s.: la nature se charge d'un stockage inter-saisonnier de l'énergie solaire, soit sous forme thermique (inertie du sol, de l'air et de l'eau), sous forme mécanique (essentiellement réseau hydrologique et éolien) ou sous forme chimique (biomasse et énergies fossiles). Il est relativement simple, pour un particulier, de récupérer cette énergie stockée naturellement: on peut soit brûler de la biomasse, soit utiliser une pompe à chaleur, toutes choses bien connues, parfaitement maîtrisées et peu coûteuses; pour des raisons qui m'échappent un peu, la mode est actuellement de favoriser des équipements complexes et coûteux, fortement subventionnés par la collectivité et se heurtant aux limites du stockage... Sans doute certains y trouvent-ils un intérêt...

[ecolami]

Bonsoir,
Le volant d'inertie présenté en vidéo ne tourne pas 400tours secondes, mais a une vitesse bien moindre. Il faut savoir que pour un matériau en rotation rapide quand une partie atteint la vitesse du son DANS le matériau en question il se produit un phénomène comparable au bang supersonique et l'objet éclate!!
La récupération d'énergie du volant d'inertie passe par le même appareil (moteur électrique) qui a permis de le lancer a un telle vitesse. Naturellement il faut que ce soit réversible et comme ça tourne a grande vitesse il faut une fabrication spéciale. Comme il s'agit d'électricité il est possible de réguler finement la production du volant (ou le soutirage de son énergie).
Les stockage par volant d'inertie n'a pas la prétention d'être intersaisonnier, juste de lisser la production entre le jour et la nuit. D'ailleurs je ne sais pas si c'est possible en hiver avec des journées raccourcies...

[trebor]

Bonsoir,
Le volant d'inertie présenté en vidéo ne tourne pas 400tours secondes, mais a une vitesse bien moindre.
Il faut savoir que pour un matériau en rotation rapide quand une partie atteint la vitesse du son DANS le matériau en question il se produit un phénomène comparable au bang supersonique et l'objet éclate!!
La récupération d'énergie du volant d'inertie passe par le même appareil (moteur électrique) qui a permis de le lancer a un telle vitesse.
Naturellement il faut que ce soit réversible et comme ça tourne a grande vitesse il faut une fabrication spéciale. Comme il s'agit d'électricité il est possible de réguler finement la production du volant (ou le soutirage de son énergie).
Les stockage par volant d'inertie n'a pas la prétention d'être inter-saisonnier, juste de lisser la production entre le jour et la nuit.
D'ailleurs je ne sais pas si c'est possible en hiver avec des journées raccourcies...

Bonjour à tous,
Étonnant ce BANG suite au mur du son alors que le frottement de l'air se réalise sur une surface bien lisse en rotation donc avec peu de résistance au frottement de l'air.
Un avion de chasse qui dépasse le mur du son a un frottement bien plus intense et peut-il avoir des dégâts, nez, aile, queue,........?

Je comprends pourquoi le vide d'air est indispensable dans l'enveloppe du cylindre.

Oui, ce qui est accumulé le jour par le cylindre est restitué la nuit et non décalé d'avantage, ce cylindre en rotation agit un peu comme un condensateur ( accumuler et restituer l'énergie ).

Merci pour tes infos et bonne journée à tous

[ecolami]

Bonjour,
L'éclatement du matériau n'a rien à voir avec la présence d'air autour. C'est juste un effet qui se manifeste dans les mêmes conditions que le passage du mur son. D'ailleurs longtemps ce mur du son empêchait les avions de dépasser cette vitesse: il se heurtaient a une résistance de l'air qui augmentait brutalement. La solution est venue en trouvant une forme adaptée ou ce qui importait était l'évolution de la surface frontale de l'avion. Je n'ai plus les détails mais en regardant les avions supersoniques on en a une idée. (Quid de des fusées?)

[trebor]

Re,
Ce qui provoque l'éclatement du rotor en béton, serait dû à la forte réduction des molécules du béton qui ne serait plus suffisamment liées entre-elles, un peux comme s'il devenait pâteux suite à cette gigantesque force centrifuge ?

[ecolami]

Bonsoir,
Non, c'est une onde de choc qui apparait alors et qui fait comme une explosion.

[yves35]

bonjour,

rien de tout cela: le béton est un matériau médiocre en traction . Vient un moment ou la force centrifuge qui s'applique à une portion donnée est plus forte quela résistance en traction . Et alors boum!!! Littéralement ,si vous stockez 10 kwh sous forme cinétique et que ça éclate ,les effets sont ceux d'un litre d'essence qui exploserait.
Ce qui explique qu'on est pas près de voir de tels stocks sur des véhicules (à cause de l'explosivité en cas de choc et de rupture de l'enceinte sous vide)

yves

[trebor]

Bonjour à tous,
Ce n'est que par curiosité que j'ai mis ce lien en ligne afin de comprendre les problèmes liés à la force centrifuge.

Si le cylindre en béton est inséré dans un tube en acier très résistant afin de renforcer la résistance à la traction du béton, l'éclatement du cylindre ne serait plus possible, oui mais à une vitesse de rotation bien plus élevée ?

Quelle est la vitesse de rotation maximum que peut atteindre un cylindre ( par exemple : de 1 mètre de diamètre et 1 mètre de hauteur ) et en quelle matière devrait-il être réalisé ?

La fonce centrifuge (Fcen) va se concentrer sur l'axe de rotation du cylindre Fcen = m*w²*R ou m*v²/R
https://fr.wikipedia.org/wiki/Force_centrifuge
Est-ce l'axe de rotation du cylindre qui va se déchirer ?

Le béton a été indiqué pour son poids élevé ainsi que pour son faible coût.

Bonne journée à tous et merci pour vos infos et avis

[ecolami]

Bonjour,
Le calcul est compliqué dans les cas d'un matériau composite; pas évident de savoir si l'onde de choc sera responsable de l'éclatement ou si c'est la résistance a la traction qui sera la cause première. L'ajout en périphérie d'une ceinture d'acier précontrainte compensera dans une certaine mesure la résistance insuffisante a l'éclatement.
De toute façon un disque homogène en acier éclate aussi au dessus d'une certaine vitesse...(Je n'ai pas les informations suffisantes pour être plus précis, simplement quand j'avais lu l'article des inventeurs américains avec leur petit volant tournant a 400 tours seconde il avaient indiqué que l'acier ne résistait pas: ils avaient mis au point un matériau composite gardé secret industriel)

[trebor]

Bonjour,

Gardé secret bien sûr, j'ai trouvé cet info :
http://www.laradioactivite.com/site/...rifugation.htm
70000 t/min semble une limite pour un diamètre de 12 cm, alors pour plus grand
Sont volant d'inertie ne sera pas si simple et bon marché à produire qu'il ne le prétend sur la vidéo.

Bon dimanche à tous

[Eric DUPONT]

Le beton associer aux materiaux composites reduit la vitesse du volant et donc l.energie absober par le frotement de l.air.

[trebor]

Le béton associer aux matériaux composites réduit la vitesse du volant et donc l'énergie absorber par le frottement de l'air.

Bonjour,
Il n'y a pas de frottement avec l'air car le vide serait réalisé dans le corps du cylindre contenant ce volant accumulateur d'énergie.

[ecolami]

Les centrifugeuses employées pour la séparation isotopique doivent tourner a la plus grande vitesse possible. Le contexte n'a rien a voir avec un volant d'inertie. Pour une installation fixe il ne pose pas de problèmes d'avoir un grand volant trés lourd qui tourne pas trés vite.

[Eric DUPONT]

Le volant en beton est suporté magnetiquement. Ce qui tend a freiner le volant cest lair residuel de lenceinte. Et donc avec le beton on tourne moins vite. Le volant en beton composite tourne plus longtemps quun volant composite seul. Toute chose egal par ailleurs

[trebor]

Les centrifugeuses employées pour la séparation isotopique doivent tourner a la plus grande vitesse possible. Le contexte n'a rien a voir avec un volant d'inertie. Pour une installation fixe il ne pose pas de problèmes d'avoir un grand volant très lourd qui tourne pas trés vite.

Bonjour à tous,
Effectivement la masse et le diamètre bien plus grand permettrons de réduire considérablement la vitesse de rotation, le hic, c'est que pour lancer cette masse à sa vitesse maximum, il faudra pas mal d'énergie issue le jour et donc inutilisable en journée, résultat nul

On ne peut pas rendre la nuit plus d'énergie que celle qui a été nécessaire de jour pour lancer le volant

[polo974]

Allez, on sort le train d'atterrissage: la densité d'énergie prévue est de 3 Wh/kg, soit 10 fois moins bien que les batteries au plomb...

[trebor]

Bonjour,
Ce qui n'est pas mentionné également, c'est la durée de production en fonction du débit que fourni le volant sur une installation consommant 1 000 watts.
Par exemple :
Pour le plus petit modèle en 5 kwh de capacité, sera t'il capable d'alimenter pendant 5 heures une charge de 1000 W ?
Ou 2500 W pendant 2 h 30 ?

[barda]

Non, il y aura toujours une perte; classiquement, c'est 10-15% par heure; donc 5000 Wh sur 5 heures, il ne reste que 2500 Wh environ...

[trebor]

Non, il y aura toujours une perte; classiquement, c'est 10-15% par heure; donc 5000 Wh sur 5 heures, il ne reste que 2500 Wh environ...

Bonsoir,
Cette perte de 10 à 15% par heure, c'est uniquement à vide, donc sans charge reliée sur la sortie ?

Le débit +/- important va freiner le volant bien d'avantage, le fait qu'il ne donne pas de valeur de durée en fonction du débit réalisé lors de tests, me laisse perplexe.

[barda]

C'est évidemment "à vide"; sinon, ce ne seraient pas des pertes...

Les volants d'inertie ne sont utilisés que pour des stockages de faible durée...

[trebor]

Bonjour,
Uniquement par curiosité.

Un certain temps c'est très vague, je me demande quelle est la vitesse de rotation en t/min atteinte par ce volant qui a accumulé 5 kwh d'énergie ?

Le cylindre en béton a un Ø de 0,8 mètre et une hauteur de 1,5 mètres, volume de 0,754 m³, sa masse étant de 1700 kg.
Les pertes par frottement aux paliers sont de +/-15% par heure, donc 4250 Wh de disponible au bout d'une heure soit 750 wh/60 = 12,5 wh/min de perte, mais dégressive les heures suivantes (15% de 4250 = 3612 > 4250-3612 = 638 wh/60 = 10,63 wh/min.

Peut-être poser la question dans la section mathématique du forum, j'attends un peu avant d'y aller

Et puis que peut durer sa rotation à vide et puis avec une charge de 100 w, 250 w, 500 w, 1000 w reliée sur la sortie du volant ?

Bonne journée

[Eric DUPONT]

je repete.

le volant est supporter par des aimants et guidé par des roulements il y'a donc peu de frottement.
comme la masse du volant est plus elevé, il tourne moins vite et l'énergie absorbé par le frottement de l'air est moins important.
par conséquent un volant en béton composites tourne plus longtemps quun volant encomposite qui va tourner plus vite.

[f.oreste]

question ? plus la masse du volant augmente et plus son inertie est élevée... donc moins les pertes par frottement son importante... ce type de stockage n'est-il viable que pour de très gros(massif) volant d'inertie et tournant à faible vitesse... (n'est-ce pas une des raisons du 50Hz des rotors en production d'electricité ?)

[barda]

Inutile de trop se torturer à réinventer l'eau tiède; on connait bien le fonctionnement d'un volant d'inertie, depuis longtemps; en simplifiant:

- l'énergie stockée est proportionnelle à l'inertie et au carré de la vitesse angulaire (N tours/mn)
- l'inertie, mesurée par le moment inertiel, est proportionnelle à la masse et au carré du rayon

On en conclut aisément que plus un volant est lourd, de diamètre important et tourne vite, plus il stocke d'énergie; il faut aussi qu'il soit capable de résister aux contraintes de la force centrifuge, d'où le recours aux matériaux exotiques (fibre carbone, ou kevlar), aux performances bien supérieures à celles de l'acier, ou a fortiori du béton. Bien entendu, la réciproque est vraie: un volant léger, de faible diamètre et/ou tournant lentement ne stockera que peu d'énergie.

n.b. les rotors des centrales électriques ne sont pas des volants d'inertie destinés à stocker l'énergie; ce sont des générateurs, mais leur inertie sert accessoirement à stabiliser la fréquence du réseau.

Pour un peu plus d'infos: https://fr.wikipedia.org/wiki/Volant_d%27inertie

[Bluedeep]

(je me rapelle d'un dispositif inventé par des américains pour des véhicules avec des volants de 50cm de diamètres tournant a 400 tours par seconde=24000tours/mn, l'invention n'a pas connu de succès malgré des essais concluants)

Si ma mémoire est bonne, ça a été expérimenté sur des bus à Los Angeles dans les années 70 ou 80. Los Angeles était bien adapté du fait de ses successions de montée et de descente (et vis versa ).

[barda]

Pas besoin d'aller à Los Angeles (n'est ce pas plutôt San Francisco?) pour trouver des bus à volant d'inertie; il y en a eu en Europe et en Afrique, dans les années 50...

Nombreux inconvénients, peut-être liés à la technologie de l'époque... On pourrait faire nettement mieux aujourd'hui (mais les batteries aussi ont fortement progressé).