Развитие современного общественного транспорта (ОТ) сопровождается повышением внимания к вопросам улучшения энергетической эффективности. Одним из способов повышения ее для городского электротранспорта (ГЭТ) является увеличение объемов и доли использования энергии рекуперации, образующейся в ходе торможения подвижного состава (ПС). Часть рекуперативной энергии полезно утилизируется в виде ее межпоездных перетоков по контактно-кабельной сети (ККС) от тормозящих поездов к синхронно с этим потребляющим электроэнергию на тягу и нетяговые нужды. Объемы полезной рекуперации могут достигать четверти-трети от тягового энергопотребления, или до 10–15% от суммарного энергопотребления электротранспорта. Доля потерь у потоков энергии рекуперации в ККС не превышает долю потерь при питании от тяговой подстанции, для ГЭТ нормативное значение этого показателя составляет не более 7%. Другая часть рекуперативной энергии в отсутствии такой синхронности в контактной сети тормозящих вагонов и нагрузки становится избыточной, направляется на бортовые тормозные резисторы, где рассеивается теплом в атмосферу и в повторном выполнении транспортной работы не участвует. Условием для полезной утилизации избыточной рекуперации является применение буферных накопителей энергии, которые по своим техническим характеристикам и ресурсу эксплуатации соответствуют электрическим режимам в сетях электроснабжения электротранспорта. Упомянутые характеристики заключаются в соответствии соотношения мощности зарядки-разрядки и рабочего объема запасаемой энергии (кВт/кВт·ч), значение которого для энергонакапливающего элемента в ГЭТ должно быть не менее 20; другим параметром является количество рабочих циклов за срок службы – не менее нескольких миллионов. Такое соответствие могут обеспечить только два типа накопительных элементов из всего спектра электронакопительных устройств – суперконденсаторные сборки и маховики.
Маховик является накопительным элементом, запасание энергии в котором осуществляется в виде кинетической энергии вращения. Значение энергии пропорционально половине момента инерции маховика и квадрату угловой скорости его вращения. Ограничением запасаемой энергии является прочность материала маховика, благодаря чему сохраняется его целостность и устойчивая работоспособность при высоких скоростях вращения. Обеспечение прочностной сохранности конструктивно отработано и достигается ограничением допустимой скорости вращения и на текущем этапе развития этой технологии является рутинной инженерной задачей. Разработчики часто применяют вместо традиционных металлов и сплавов специальные высокопрочные материалы (графитовые и иные составы) и способы его организации в теле вращения (например, в виде намотки на вал волокон или лент, у которых более высок коэффициент продольной прочности, чем у монолитного образца этого же материала), что позволяет существенно повышать скорости вращения. Однако использование таких приемов является избыточным для применения маховиков на транспорте в силу малого значения требуемой единичной цикловой энергоемкости для систем тягового энергоснабжения (СТЭ). Высокие угловые скорости требуют прецизионной балансировки ротора и обеспечения условий поддержания ее для анизотропных по прочности вращающихся конструкций. Кроме того, высокие скорости вращения вызывают необходимость дополнительных разработок специальных опор, например, магнитных подшипников активного питания, что вызывает также и дополнительные эксплуатационные расходы такого агрегата. Требование существенного снижения массогабаритных показателей накопительного агрегата предъявляется только при бортовом использовании накопителей, а такой способ применения любых накопителей является значительно менее экономически привлекательным, чем стационарный с подключением к контактно-кабельной сети.