Almacenamiento con volante de inercia

Qué ocurre

Un rotor montado en un eje vertical gira en una cámara de vacío sobre cojinetes magnéticos; debajo, un motor-generador está conectado a un bus a través de un convertidor. El bus alimenta una carga de 30 kW con pulsos de 200 kW, y la conexión a la red aporta como máximo 50 kW. Lo que la red no puede aportar lo aporta el rotor: se frena, y su energía J·ω²/2 llega al bus con un rendimiento del 96 %; entre pulsos, la red vuelve a acelerarlo. El convertidor trabaja entre 300 y 1000 rad/s, su par está limitado a 400 N·m y su potencia a 250 kW, así que a baja velocidad solo puede entregar η·T·ω.

Un disco de acero de 20 kg·m² a 1000 rad/s almacena 2,78 kWh, el 91 % de ellos por encima de 300 rad/s. Un pulso de 20 s lo hace bajar hasta 802 rad/s: el rotor entrega al bus 3,60 MJ, y solo 4,5 kJ de la demanda de la carga quedan sin suministrar mientras el par de la máquina alcanza el valor pedido. El disco ligero de 10 kg·m² se agota durante un pulso de 40 s: llega a 300 rad/s y 2,84 MJ quedan sin suministrar. Con la cámara en vacío, una hora en espera cuesta 1,02 MJ, de 1000 a 948 rad/s; con aire, las pérdidas aerodinámicas hacen bajar el rotor hasta 348 rad/s. Cargado y descargado a 100 kW, el disco de acero devuelve el 91,7 % de la energía.

Modelo: un único rotor rígido, J·dω/dt = T − b·ω − c·ω², con la resistencia de los cojinetes y las pérdidas aerodinámicas; el par de la máquina sigue la consigna del convertidor con un retardo de 20 ms, y el rendimiento actúa en el lado eléctrico; RK4 con paso de 1/120 s. Sin tensiones mecánicas en el rotor ni más pérdidas en los cojinetes que esa resistencia.

Qué probar

Observe el próximo pulso: la red aporta sus 50 kW y el volante, el resto. Elija el disco ligero y alargue el pulso hasta que las luces se pongan en rojo; después deje entrar aire en la cámara y aumente la escala de tiempo.