Stockage par volant d'inertie

Ce qui se passe

Un rotor monté sur un arbre vertical tourne dans une enceinte à vide, sur des paliers magnétiques ; sous lui, un moteur-générateur est relié à un bus par un convertisseur. Le bus alimente une charge de 30 kW avec des impulsions de 200 kW, et le raccordement au réseau fournit au plus 50 kW. Ce que le réseau ne peut pas fournir, le rotor le fournit : il ralentit, et son énergie J·ω²/2 parvient au bus avec un rendement de 96 % ; entre les impulsions, le réseau le relance. Le convertisseur fonctionne entre 300 et 1000 rad/s, son couple est limité à 400 N·m et sa puissance à 250 kW, si bien qu’à basse vitesse il ne peut fournir que η·T·ω.

Un disque en acier de 20 kg·m² à 1000 rad/s contient 2,78 kWh, dont 91 % au-dessus de 300 rad/s. Une impulsion de 20 s le fait descendre à 802 rad/s : le rotor fournit 3,60 MJ au bus, et seuls 4,5 kJ de la demande ne sont pas fournis, le temps que le couple de la machine rattrape la consigne. Le disque léger de 10 kg·m² s’épuise pendant une impulsion de 40 s : il atteint 300 rad/s et 2,84 MJ ne sont pas fournis. Sous vide, une heure de veille coûte 1,02 MJ, de 1000 à 948 rad/s ; dans l’air, les pertes aérodynamiques font descendre le rotor à 348 rad/s. Chargé et déchargé à 100 kW, le disque en acier restitue 91,7 % de l’énergie.

Modèle : un seul rotor rigide, J·dω/dt = T − b·ω − c·ω², avec la traînée des paliers et les pertes aérodynamiques ; le couple de la machine suit la consigne du convertisseur avec un retard de 20 ms, et le rendement s’applique côté électrique ; RK4 au pas de 1/120 s. Pas de contraintes dans le rotor, pas d’autres pertes dans les paliers que cette traînée.

À essayer

Observez la prochaine impulsion : le réseau fournit ses 50 kW et le volant le reste. Prenez le disque léger et allongez l’impulsion jusqu’à ce que des voyants passent au rouge, puis laissez entrer l’air dans l’enceinte et augmentez l’échelle de temps.