家庭用太陽光発電設備にフライホイール・バッテリー？

Question

電力会社に高値で太陽光発電の電力を買わせる異常な政策もそろそろ限界に来たようで、今後は日本の家庭用太陽光発電は自家消費型に向かって行く様に思います。

自家消費型に移行するためには、日中に発電した電力を夜間に消費する仕掛けが必要で、蓄電池の性能・価格の改善が普及のカギになると考えます。

そこで質問なのですが、日中の電力を数時間～10時間後に消費するというモデルでは、フライホイール・バッテリーは使えないのでしょうか？

１．フライホリール・バッテリーは蓄電池との比較で充電効率はどのようですか？
２．フライホリール・バッテリーは蓄電池との比較でTCOはどのようですか？
３．フライホイール・バッテリーが普及するために乗り越えなければならない技術的な壁は何でしょうか？

エネルギーのカテゴリで質問しようかと思いましたが、回答者の質が高い科学のカテゴリで質問させていただきます。

フライホイール・バッテリーの現状や課題にお詳しい方からのアドバイスを頂ければ幸いです。

gyong · Accepted Answer

フライホイールバッテリーは数秒～数十秒の畜勢に向いていますが、それ以上の畜勢は原理上不向きです。
電車の電力回生で使っている事例をURLに示します。アウディの回生ブレーキのスケールを大きくしたものと考えていいでしょう。

参考URL：http://eniguma.blog85.fc2.com/blog-entry-2983.html

Hayashi_Trek · Answer

自動車用のフライホイール・バッテリーは
カーブ手前で減速した分のエネルギーを、カーブ出口で再利用するシステムのようなので
エネルギーの蓄積時間は数秒、長くてもタイヤ交換時の１分程度のようです。

これでは家庭用として使いにくい。
KW級のエアコンを30秒動かして、30秒止める、みたいに頻繁にon/offを繰り返す場合なら有効でしょうが。

foobar · Answer

ちなみに、昔、四国でフライホイール使った家庭用UPSが量産試作まで行ってます。
真空中でピポット軸受を使って、機械的な減衰時定数が日単位でした。
（ただし、エネルギーはそれほどは多くくなかった。5kW1分だったかな。）
理屈の上では、これを100個並べれば、済む、という話ではありますが。

アウディのは長時間蓄積ではないんじゃないかなと。自動車の減速→加速なので、分程度の時間スケールかなと思います。

premacy2007 · Answer

回答No.6です。何の下調べもせず妄想で書いてしまった回答にお礼をいただきまして恐縮しております。ありがとうございます。
フライホイールバッテリーについては無知でありながら、かつて高速回転ユニットの開発・設計・耐久性試験・量産管理に従事し、不良回収という不名誉な経験までしてしまったことがありまして、その時の管理項目を想像しながら書きました。おそらく高速回転体に嫌悪感があると思います（笑）。

それにしても相当重いイナーシャでありながら4.5万rpmクラスの回転数が要求されるというのは驚きです。まさに家庭用発電タービンでしょうか。

生産工程を想像すると軽自動車クラスでは部品精度から生産設備あたりが事足りず、日産GT-R並のものが要求されるような気がします。量産においては、軸受への負荷と騒音にもろに効くバランス取りがポイントだと思いますが、静バランス、動バランス、偶バランス(回転体上下面のバランス)調整が必要です。もし、ホイールと軸受の交換を想定すると部品だけで20万円くらいかかりそうな気がします。

エネルギー貯蔵量は、アウディR18 e-tron クワトロの搭載のもので360kJ by Wikipediaですから100％電力換算で100Wh、家庭用蓄電設備としては不足しているように思います。たとえば、寝室エアコンで最低運転150Wで8時間稼働すると1200Wh必要と思います。

軸受は個体潤滑では持たないと思いますので、何かしらの非接触軸受が必要と思います。軸受剛性とメンテナンス周期を長くするということを考えると磁気浮上しかないのではないかと思います。

質問3にあります「普及するため」に「技術的な壁」という関係で言うと、技術がクリアになったから普及するかどうかは疑問に思います。量産効果で蓄電池よりも安くできたとして、やはり蓄電量＝サイズ・重さ、メカ部品ゆえの騒音、経時劣化、耐久性という避けがたい性質をどのようにカバーするということが普及のカギになるような気がします。

premacy2007 · Answer

回答欄にコストの話題が出てましたので...

車は付加価値を取り除けばざっくり1000kgwで100万円ですから、1000円/kgです。
設備投資や材料、加工、組立てなど規模は違えど相似になるのではと思います。
以下妄想です…大きさがよく分かりませんが、金属の塊になるように思うので、家庭用であっても200～300kgwは優に行くと思いますので、装置のみで200万円はくだらないような気がします。運搬、設置、メンテ契約など入れると最低コースでも400万円くらい？

量産に至るまでには、実使用環境で問題ないか試験結果を設計にフィードバックして‥の繰り返しが必要だと思いますので、まだまだ量産というには程遠いと思いますが、車のレースでの採用というのは使用状況は過酷でしょうが、使用条件は想定しやすいため設計しやすいと思います。

家庭用途ですと設計条件を定めるのに非常に長い時間と労力が必要と思います。気温変化や積雪・チリ埃、設置場所の水平(基礎仕様、認定業者、教育など)、高速回転中に大地震が来たときコリオリ力で軸受がもげないか、万が一もげてホイールが吹っ飛んでもケーシングで防御できるか、装置内部の温度管理はどうするか、温度変化による熱膨張および継続使用による動バランスずれで騒音はどのくらいになるのか、などなど。メカ装置ですのでエレベータのように定期点検・保守が必要になり点検員の養成なども必要になると思います。

そもそも一般家庭で昼間の電力を夜間で使うような用途って夏場のエアコンくらいしか思い浮かばないのですが、定期検査が必要になりそうで手離れの悪そうな装置必要でしょうか。電力会社の送電を昼間に蓄電池に貯めておくというのが変換効率よいと思います。この場合の課題は電池のリサイクル性でしょうか。

shintaro-2 · Answer

すでにあるように家庭用は無理ですが、
でかいのは何とか実用になりました。

効率については↓
http://www.nedo.go.jp/content/100094666.pdf
http://www.tex.nssmc.com/business/elec_instrument/detail0604

他の適用例は↓
http://ascii.jp/elem/000/000/874/874685/
http://www.nipponflywheel.jp/en/
http://www.sangyo-times.jp/article.aspx?ID=1201

高回転のものを何時間も動かしておくのは、明らかに無駄ですね。
家庭では超伝導のための冷却も大変ですし、小型化すれば効率とｋWhあたりのコストがあがることは確実

foobar · Answer

もともとフライホイールって昼夜のような24時間周期の充放電はあまり得意じゃなく、10分くらいの周期での充放電でメリットが出る蓄積装置なので、、。

1. 充放電効率は（条件にもよるし、フライホイールのタイプによるかど）蓄電池と同等かもう少しいいくらいにはなる（蓄電池って案外充放電効率は高くはない）。
2．エネルギー蓄積設備のコストは、蓄積エネルギー量と出力によってかわります。フライホイールは大出力だと出力あたりのコストは低くなりますが、中容量長時間蓄積だと、バッテリーのほうが安くなるかなと。
3．エネルギー蓄積装置って、蓄積エネルギーと出力、蓄積時間で得手不得手があるので、それに応じた手段を選ぶ、ってのがまず大事かなと。フライホイール自体はほぼ完成されているかなと。

doc_somday · Answer

たっぷり書いたのに、インターネットエクスプローラーの奴が消しちまいやがった。

欠点は＃２の方が書いて居られますが、最大の難点は「機械だ」と言う事、
それも超高速回転を要する。だだ時期浮動の「新新幹線」とは異なり大した磁場はもれない。
だが機械なので交換が面倒だ、蓄電池なら性能が落ちたら、少し重いが置き換えれば良い。
だがフライホイールの回転子は巨大で重い、これからは逃れられない、だって利用しているのが
「角運動量保存の法則」だから、重くて速いのが「売り」。
あと壊れたら「悲惨」、蓄電池なら最悪でも「火を噴く」程度で、化学消防車で終わり。
だがフライホイールの下部軸受けが老朽化して破損したら、運動エネルギーは一体どうなるか、
見当が付かない、だから地下埋設が避けられず、蓄電池の様に「ちゃんと防水すれば屋上でも良い」
という気楽なのとははっきり異なる、どこか、多分電力中研と産総研・機械技術部が必死に
もがいて居るだろうが、私の目は冷たい、少なくとも「家庭用」にはムリ。

edo_edo · Answer

蓄電池と同等の電力
１０倍の大きさ
８倍の質量
７倍のコスト

これがクリアできなければ普及しません

TXV12003 · Answer

このような事態は数年前にあらかじめ説明されていたことなので特に驚きませんが、せっかく太陽光パネルを設置したので、興味あります。
昼間の電力を有効に使用するということですね。キーワードは水にあるのではないかと思っています。
私は昼間にエアコンを使わないことを実践していたので、まず、昼間でも電気をつかいたいと思っています。
うちは水道が来ていないので、昼間の電力を利用して井戸水を汲み上げ、高所にあるタンクにためます。
その水を自然落下で、夜使う水として利用しつつ、その位置エネルギーを発電に利用する構想を考えています。

家庭用太陽光発電設備にフライホイール・バッテリー？

フライホイールバッテリーは数秒～数十秒の畜勢に向いていますが、それ以上の畜勢は原理上不向きです。

自動車用のフライホイール・バッテリーは

ちなみに、昔、四国でフライホイール使った家庭用UPSが量産試作まで行ってます。

回答No.6です。

回答欄にコストの話題が出てましたので...

すでにあるように家庭用は無理ですが、

もともとフライホイールって昼夜のような24時間周期の充放電はあまり得意じゃなく、10分くらいの周期での充放電でメリットが出る蓄積装置なので、、。

たっぷり書いたのに、インターネットエクスプローラーの奴が消しちまいやがった。

蓄電池と同等の電力

このような事態は数年前にあらかじめ説明されていたことなので特に驚きませんが、せっかく太陽光パネルを設置したので、興味あります。

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