কিভাবে ফ্লাইহুইল (কাইনেটিক) এনার্জি স্টোরেজ ডিভাইসগুলো সাজানো হয় এবং কাজ করে

FES হল ফ্লাইহুইল এনার্জি স্টোরেজের জন্য সংক্ষিপ্ত, যার অর্থ হল ফ্লাইহুইল ব্যবহার করে শক্তি সঞ্চয়। এর মানে হল যে একটি বিশাল চাকা উচ্চ গতিতে ঘোরার ফলে যান্ত্রিক শক্তি গতিশীল আকারে জমা হয় এবং সঞ্চিত হয়।

এইভাবে সঞ্চিত যান্ত্রিক শক্তিকে পরে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করা যেতে পারে, যার জন্য ফ্লাইহুইল সিস্টেমটি একটি বিপরীত বৈদ্যুতিক মেশিনের সাথে মিলিত হয় যা মোটর এবং জেনারেটর উভয় মোডে কাজ করতে সক্ষম।

যখন শক্তি সঞ্চয় করার প্রয়োজন হয়, বৈদ্যুতিক যন্ত্রটি একটি মোটর হিসাবে কাজ করে এবং বাহ্যিক উত্স থেকে বৈদ্যুতিক শক্তি গ্রহণ করার সময় ফ্লাইহুইলটিকে প্রয়োজনীয় কৌণিক বেগে ঘোরায়, ফলস্বরূপ - বৈদ্যুতিক শক্তিকে যান্ত্রিক (গতিগত) শক্তিতে রূপান্তরিত করে। যখন সঞ্চিত শক্তিকে লোডে স্থানান্তরিত করার প্রয়োজন হয়, তখন বৈদ্যুতিক মেশিন জেনারেটর মোডে চলে যায় এবং ফ্লাইহুইলটি হ্রাস পাওয়ার সাথে সাথে যান্ত্রিক শক্তি মুক্তি পায়।

ফ্লাইহুইলের উপর ভিত্তি করে সবচেয়ে উন্নত শক্তি সঞ্চয় করার সিস্টেমগুলির একটি মোটামুটি উচ্চ শক্তির ঘনত্ব রয়েছে এবং এটি ঐতিহ্যগত শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার সাথে প্রতিযোগিতা করতে পারে।

সুপার ফ্লাইহুইলের উপর ভিত্তি করে গতিশীল ব্যাটারি ইনস্টলেশন, যেখানে ঘূর্ণায়মান বডি উচ্চ-শক্তির গ্রাফিন ফিতা দিয়ে তৈরি, এই ক্ষেত্রে বিশেষভাবে আশাব্যঞ্জক বলে মনে করা হয়। এই ধরনের স্টোরেজ ডিভাইস প্রতি 1 KILOGRAM ভরের জন্য 1200 W * h (4.4 MJ!) শক্তি সঞ্চয় করতে পারে।

সুপার ফ্লাইহুইলের ক্ষেত্রে সাম্প্রতিক উন্নয়নগুলি ইতিমধ্যে ডেভেলপারদের কম বিপজ্জনক বেল্ট সিস্টেমের পক্ষে মনোলিথিক ড্রাইভ ব্যবহার করার ধারণা ত্যাগ করার অনুমতি দিয়েছে।

আসল বিষয়টি হ'ল একচেটিয়া সিস্টেমগুলি জরুরী ফেটে যাওয়ার ক্ষেত্রে বিপজ্জনক ছিল এবং কম শক্তি সঞ্চয় করতে পারে। ভাঙ্গার সময়, টেপটি বড় টুকরোগুলিতে ছড়িয়ে পড়ে না, তবে কেবল আংশিকভাবে ভেঙে যায়; এই ক্ষেত্রে, বেল্টের পৃথক অংশগুলি আবাসনের অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠের বিরুদ্ধে ঘষে ফ্লাইহুইলটিকে থামিয়ে দেয় এবং এর আরও ধ্বংস রোধ করে।

উইন্ডিং টেপ বা হস্তক্ষেপ হস্তক্ষেপ ফাইবার থেকে তৈরি সুপার ফ্লাইওয়াইলের উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তির তীব্রতা অনেকগুলি অবদানকারী কারণের কারণে অর্জন করা হয়।

প্রথমত, ফ্লাইহুইলটি একটি ভ্যাকুয়ামে কাজ করে, যা বাতাসের তুলনায় ঘর্ষণকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। এই জন্য, হাউজিং মধ্যে শূন্যতা ক্রমাগত একটি ভ্যাকুয়াম সৃষ্টি এবং রক্ষণাবেক্ষণ সিস্টেম দ্বারা রক্ষণাবেক্ষণ করা আবশ্যক।

দ্বিতীয়ত, সিস্টেমটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে ঘূর্ণায়মান শরীরের ভারসাম্য বজায় রাখতে সক্ষম হবে। কম্পন এবং জাইরোস্কোপিক কম্পন কমাতে বিশেষ প্রযুক্তিগত ব্যবস্থা নেওয়া হয়। সংক্ষেপে, ফ্লাইহুইল সিস্টেমগুলি ডিজাইনের দৃষ্টিকোণ থেকে খুব চাহিদাযুক্ত, তাই তাদের বিকাশ একটি জটিল প্রকৌশল প্রক্রিয়া।

তারা bearings হিসাবে আরো উপযুক্ত বলে মনে হচ্ছে চৌম্বকীয় (অতিপরিবাহী সহ) সাসপেনশন… যাইহোক, প্রকৌশলীদের সাসপেনশনে কম-তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টর ত্যাগ করতে হয়েছিল, কারণ তাদের প্রচুর শক্তির প্রয়োজন হয়। সিরামিক বডি সহ হাইব্রিড রোলিং বিয়ারিংগুলি মাঝারি ঘূর্ণন গতির জন্য অনেক ভাল। উচ্চ গতির ফ্লাইওয়াইলের ক্ষেত্রে, সাসপেনশনে উচ্চ তাপমাত্রার সুপারকন্ডাক্টর ব্যবহার করা অর্থনৈতিকভাবে গ্রহণযোগ্য এবং খুব লাভজনক বলে প্রমাণিত হয়েছে।

FES স্টোরেজ সিস্টেমগুলির প্রধান সুবিধাগুলির মধ্যে একটি, তাদের উচ্চ নির্দিষ্ট শক্তির তীব্রতার পরে, তাদের অপেক্ষাকৃত দীর্ঘ পরিষেবা জীবন, যা 25 বছর পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে৷ যাইহোক, গ্রাফিন স্ট্রিপগুলির উপর ভিত্তি করে ফ্লাইহুইল সিস্টেমগুলির কার্যকারিতা 95% পর্যন্ত পৌঁছেছে। উপরন্তু, এটি চার্জিং গতি লক্ষনীয় মূল্য. এটি অবশ্যই বৈদ্যুতিক ইনস্টলেশনের পরামিতিগুলির উপর নির্ভর করে।

উদাহরণস্বরূপ, একটি সাবওয়ে ফ্লাইহুইলে একটি শক্তি পুনরুদ্ধারকারী যা ট্রেনের ত্বরণ এবং ক্ষয় করার সময় কাজ করে এবং 15 সেকেন্ডে ডিসচার্জ করে। এটি বিশ্বাস করা হয় যে ফ্লাইহুইল স্টোরেজ সিস্টেম থেকে উচ্চ দক্ষতা অর্জনের জন্য, নামমাত্র চার্জ এবং স্রাবের সময় এক ঘন্টার বেশি হওয়া উচিত নয়।

FES সিস্টেমের প্রযোজ্যতা বেশ বিস্তৃত। এগুলি লোড এবং আনলোড করার সময় 90% পর্যন্ত শক্তি সঞ্চয় প্রদান করে বিভিন্ন উত্তোলন ডিভাইসে সফলভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। এই সিস্টেমগুলি কার্যকরভাবে বৈদ্যুতিক পরিবহন ব্যাটারির দ্রুত চার্জ করার জন্য, বৈদ্যুতিক গ্রিডে ফ্রিকোয়েন্সি এবং শক্তি স্থিতিশীল করার জন্য, নিরবচ্ছিন্ন শক্তির উত্সগুলিতে, হাইব্রিড যানবাহনে ইত্যাদিতে কার্যকরভাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।

এই সব সঙ্গে, flywheel স্টোরেজ সিস্টেম উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য আছে.সুতরাং, যদি একটি উচ্চ ঘনত্বের উপাদান ব্যবহার করা হয়, তবে নামমাত্র ঘূর্ণন গতি হ্রাসের কারণে স্টোরেজ ডিভাইসের নির্দিষ্ট শক্তি খরচ হ্রাস পায়।

যদি একটি কম-ঘনত্বের উপাদান ব্যবহার করা হয়, তবে গতি বৃদ্ধির কারণে বিদ্যুতের খরচ বৃদ্ধি পায়, তবে এটি ভ্যাকুয়ামের প্রয়োজনীয়তা, সেইসাথে সমর্থন এবং সীলগুলির জন্য প্রয়োজনীয়তা বাড়ায় এবং বৈদ্যুতিক রূপান্তরকারী আরও জটিল হয়ে ওঠে।

সুপার ফ্লাইহুইলগুলির জন্য সেরা উপকরণগুলি হল উচ্চ-শক্তির ইস্পাত বেল্ট এবং কেভলার এবং কার্বন ফাইবারের মতো আঁশযুক্ত পদার্থ। সবচেয়ে প্রতিশ্রুতিশীল উপাদান, যেমন উপরে উল্লিখিত হয়েছে, শুধুমাত্র শক্তি এবং ঘনত্বের গ্রহণযোগ্য পরামিতিগুলির কারণে নয়, প্রধানত এটির ভাঙার নিরাপত্তার কারণে গ্রাফিন টেপ থেকে যায়।

ভাঙ্গনের সম্ভাবনা উচ্চ-গতির ফ্লাইহুইল সিস্টেমের জন্য একটি প্রধান বাধা। যৌগিক পদার্থ যা ঘূর্ণায়মান এবং স্তরগুলিতে আঠালো থাকে তা দ্রুত বিচ্ছিন্ন হয়ে যায়, প্রথমে ছোট-ব্যাসের ফিলামেন্টে বিভক্ত হয়ে একে অপরকে তাত্ক্ষণিকভাবে আটকে রাখে এবং কমিয়ে দেয় এবং তারপরে একটি উজ্জ্বল পাউডারে পরিণত হয়। হুলের ক্ষতি ছাড়াই নিয়ন্ত্রিত ফাটল (দুর্ঘটনা ঘটলে) ইঞ্জিনিয়ারদের অন্যতম প্রধান কাজ।

ফাটল শক্তির মুক্তি একটি এনক্যাপসুলেটেড তরল বা জেলের মতো অভ্যন্তরীণ আবরণের আস্তরণ দ্বারা প্রশমিত করা যেতে পারে যা ফ্লাইওয়াইলটি ভেঙে গেলে শক্তি শোষণ করবে।

একটি বিস্ফোরণ থেকে রক্ষা করার একটি উপায় হল দুর্ঘটনা ঘটলে বুলেট গতিতে উড়তে পারে এমন কোনও ধ্বংসাবশেষ বন্ধ করার জন্য ফ্লাইহুইলটি মাটির নিচে রাখা। যাইহোক, এমন কিছু ঘটনা রয়েছে যখন টুকরোগুলির ফ্লাইট মাটি থেকে উপরের দিকে ঘটে, কেবলমাত্র হুলই নয়, সংলগ্ন ভবনগুলিও ধ্বংস হয়ে যায়।

অবশেষে, চলুন প্রক্রিয়াটির পদার্থবিদ্যার দিকে তাকাই।একটি ঘূর্ণায়মান শরীরের গতিশক্তি সূত্র দ্বারা নির্ধারিত হয়:

যেখানে আমি একটি ঘূর্ণায়মান শরীরের জড়তার মুহূর্ত

কৌণিক বেগ নিম্নরূপ উপস্থাপন করা যেতে পারে:

উদাহরণস্বরূপ, একটি অবিচ্ছিন্ন সিলিন্ডারের জন্য, জড়তার মুহূর্ত হল:

এবং তারপর f ফ্রিকোয়েন্সি মাধ্যমে একটি কঠিন সিলিন্ডারের গতিশক্তি সমান:

যেখানে f হল ফ্রিকোয়েন্সি (প্রতি সেকেন্ডে আবর্তনে), r হল ব্যাসার্ধ মিটারে, m হল ভর কিলোগ্রামে।

বোঝার জন্য একটা মোটামুটি উদাহরণ দেওয়া যাক। একটি 3 কিলোওয়াট বয়লার 200 সেকেন্ডে জল ফুটিয়ে তোলে। 10 কেজি ভর এবং 0.5 মিটার ব্যাসার্ধের একটি ক্রমাগত নলাকার ফ্লাইহুইলকে কোন গতিতে ঘোরাতে হবে যাতে এটি বন্ধ করার প্রক্রিয়া চলাকালীন পানি ফুটানোর জন্য যথেষ্ট শক্তি থাকে? আমাদের জেনারেটর-কনভার্টার (যেকোন গতিতে কাজ করতে সক্ষম) এর কার্যকারিতা 60% হতে দিন।

উত্তর. কেটলি সিদ্ধ করার জন্য মোট শক্তির পরিমাণ 200 * 3000 = 600,000 J। দক্ষতা বিবেচনায়, 600,000 / 0.6 = 1,000,000 J। উপরের সূত্রটি প্রয়োগ করলে, আমরা প্রতি সেকেন্ডে 201.3 বিপ্লবের একটি মান পাই।

আরো দেখুন:শক্তি শিল্পের জন্য গতিশক্তি স্টোরেজ ডিভাইস

শক্তি সঞ্চয় করার আরেকটি আধুনিক উপায়: সুপারকন্ডাক্টিং ম্যাগনেটিক এনার্জি স্টোরেজ সিস্টেম (SMES)