חברה ישראלית תטעין מכוניות חשמליות בחמש דקות בעזרת גלגל תנופה המסתובב במהירות.

בשנים האחרונות נעשה מאמץ מדעי והנדסי רב להפחתת השימוש בדלקי מאובנים באמצעי התחבורה, המהווים כ-16% מסך פליטות גזי החממה [1]. ישראל וכמה מדינות נוספות אף הכריזו שייבוא וייצור מכוניות בעלות מנועי בעירה פנימית ייאסרו בשנים הקרובות [2].

על פניו, החלופה הטובה ביותר לשימוש בדלקי מאובנים בכלי רכב היא מעבר למכוניות חשמליות וביסוס ייצור החשמל על מקורות אנרגיה מתחדשים. אולם, החלפת 3.5 מיליון כלי רכב בישראל [3], ומאות מיליונים בעולם, לחשמליים תלווה בבעיות הנדסיות ותכנוניות רבות. אחת הבעיות המרכזיות היא משך הטענת כלי הרכב, או "זמן התדלוק".

 דמיינו שאתם בדרך וצריכים לתדלק את המכונית: עצרתם בתחנת הדלק, תדלקתם, שילמתם, ואחרי 10-3 דקות אתם שוב על הכביש עם מיכל מלא. אבל אם יש לכם מכונית חשמלית, האם "מילוי המיכל" יקח את אותו הזמן? כיום לא. טעינה מלאה של סוללת המכונית החשמלית בהספק הביתי הקיים לוקחת בין חצי יום ליום, ובתשתית חשמל "חזקה" יותר, הטענת כמה מכוניות בו זמנית תימשך מספר שעות. בשל כך רווחת בעיה פסיכולוגית מוכרת בעת שימוש ברכבים חשמליים: "range anxiety" - החשש מהתרוקנות הסוללה באמצע הדרך.

 ישנם שלושה פתרונות אפשריים לבעיה זאת:

 1. החלפת הסוללה בסוללה טעונה, כמו בחברת Better Place הישראלית – מודל זה לא הצליח, והטכנולוגיה הנדרשת אינה פשוטה, אם כי ישימה.

 2. טעינת המכונית תוך כדי נסיעה, כמו בטכנולוגיה של אלקטריון הישראלית - דורשת התקנת תשתיות בכבישים קיימים ורכיבים מותאמים במכונית.

 3. הגישה הפופולרית כיום לטעינה מהירה, שעליה נרחיב, היא הטענת סוללת הרכב בהספק חשמלי גבוה במיוחד בתוך דקות ספורות ב"תחנות תדלוק חשמליות". הסיבות העיקריות לפופולריות הרבה שלה הן הדמיון הקיים לתצורת התדלוק הקיימת, התשתית הפשוטה יחסית והצפי למחיר נמוך עם התקדמות הטכנולוגיה.

 ההספק הנדרש כדי לטעון רכב חשמלי יחיד בתוך דקות מגיע לכ-350kW ואף יותר - זהה לצריכה ממוצעת של כמה מאות בתי אב. דרושה תשתית חשמל היכולה לעמוד בהספקים אלו, אחרת רשת החשמל תקרוס בעת טעינה בו זמנית של כלי רכב רבים. שדרוג תשתיות החשמל כרוך בעלות גבוהה.

הפתרון הוא שימוש במספר רב של סוללות טעינה. במהלך היום הסוללות נטענות בתחנה בהספק נמוך, וכשרכב מגיע להיטען, סוללת הטעינה תוכל להטעין אותו בהספק גבוה במיוחד בתוך דקות - כמו מצבר הרכב היום, אשר נטען באטיות במשך הנסיעה על ידי האלטרנטור, ובתחילת כל נסיעה מספק למתנע הספק גבוה בזמן קצר.

פה נכנס החידוש של חברה ישראלית בשם צ'קראטק, המשתמשת בגלגל תנופה (fly-wheel) לאגירת אנרגיה לשם הטענת רכבים חשמליים במהירות, במקום סוללה כימית. אבל מהו גלגל תנופה, ומה הקשר בינו לבין סוללה?

 גלגל תנופה הוא גלגל כבד מאוד שמסתובב במהירות, אשר ניתן לספק לו או לגרוע ממנו אנרגיה. בדומה למצב שבו אנרגיה של גוף שנע במהירות קווית (נניח, רכב) מושפעת מהמסה ומהמהירות שלו, האנרגיה הסיבובית הנצברת בגלגל התנופה תגדל כתלות במסה שלו, חלוקתה (מומנט התמד) ובמהירות הסיבוב. אם מספקים לגלגל אנרגיה הוא מאיץ, ואם גורעים הוא מאט. כיוון שהגלגל גדול וכבד יחסית, ומסתובב מהר, הוא יכול לקבל "פולסים" לא רציפים של אנרגיה, וניתן לגרוע ממנו אנרגיה בצורה רציפה. שיטה זאת משמשת לרוב בשביל לייצב מערכות שבהן מקור האנרגיה אינו רציף, כמו למשל שימוש בגלגל תנופה כחלק מגל הארכובה במנוע בעירה פנימית, כדי לייצב את ההספק שנוצר בצלינדרים ולספק מומנט רציף וקבוע לגלגלים. משתמשים בגלגלי תנופה גם במערכות ייצור ואספקת חשמל, כמו למשל בטורבינות רוח, שבהן תנודתיות הרוח פוגמת באספקת החשמל היציבה והרציפה, או במערכות סולאריות בעת צל רגעי, ובמערכות חשמל בלוויינים ובחלליות [4]. בכל המקרים הללו, גלגל תנופה אוגר אנרגיה הנוצרת בזמן אחד ומשחרר אותה בזמן הנדרש – ומשמש למעשה כסוללה מכנית.

 אז כיצד זה יתבצע?

בכל "תחנת תדלוק" חשמלית יהיו כמה גלגלי תנופה במשקל של 250 קילוגרמים כל אחד, אשר במהלך היום יקבלו אנרגיה מרשת החשמל המקומית בהספק מתון, כדי לא לגרום לעומסים ברשת החשמל. כאשר מכוניות יגיעו להיטען, גלגלי התנופה, שצברו אנרגיה במשך שעות, יעבירו הספק חשמלי גבוה במיוחד שיאפשר את הטענת הרכב בפחות מ-20 דקות, ובעתיד בחמש דקות בלבד! כך, בתקווה, תפחת הרתיעה של הציבור מקניית מכוניות חשמליות בשל זמני הטעינה הארוכים.

 אז למה להשתמש בגלגלי תנופה ולא פשוט בסוללות?

מעבר לזיהום שנוצר מייצור והטמנה של סוללות ליתיום רבות, שיש להחליפן בכל מספר שנים, גלגלי תנופה יכולים לספק בערך פי 100 יותר טעינות ופריקות (או "מחזורי עבודה"), עלותם נמוכה פי כמה מהסוללות, ובתנאים מסוימים הם בטוחים יותר. וגם הרבה יותר מגניב לדעת שאת הרכב שלך מטעין גלגל עצום, הנע במהירות של עשרות אלפי סיבובים לדקה.