Kakšne so naprave za shranjevanje energije

Narava je človeku dala različne vire energije: sonce, veter, reke in druge. Pomanjkljivost teh generatorjev proste energije je pomanjkanje stabilnosti. Zato se v obdobjih presežne energije skladiščijo v rezervoarjih za shranjevanje in se porabijo v obdobjih začasnega upada. Energijski akumulatorji označujejo naslednje parametre:

• Količina shranjene energije;
• Stopnja njene kopičenja in odtekanja;
• Specifična teža;
• Čas shranjevanja energije;
• Zanesljivost;
• Stroški proizvodnje in vzdrževanja ter drugi.

Obstaja veliko načinov za organiziranje pogonov. Ena najprimernejših je klasifikacija vrste energije, porabljene v pogonu, in način, na katerega se nabira in reciklira. Energijski akumulatorji so razdeljeni na naslednje glavne tipe:

• Mehanski;
• Termalna;
• Električni;
• Kemikalije.

Akumulacija potencialne energije

Bistvo teh naprav je enostavno. Pri dvigovanju tovora pride do akumulacije potencialne energije, ko jo spuščate, opravlja koristno delo. Načrtovanje je odvisno od vrste tovora. Lahko je trdna, tekoča ali ohlapna snov. Načini naprav te vrste so praviloma zelo enostavni, zato je njihova zanesljivost in dolga življenjska doba. Čas shranjevanja shranjene energije je odvisen od dolgoživosti materialov in lahko traja tisočletje. Na žalost imajo takšne naprave nizko specifično energetsko intenzivnost.

Mehansko shranjevanje kinetične energije

V teh napravah je energija shranjena v gibanju telesa. Ponavadi je to oscilatorno ali translacijsko gibanje.

Kinetična energija v vibracijskih sistemih je osredotočena na izmenično gibanje telesa. Energija se dobavlja in porabi v porcijah, pravočasno s premikom telesa. Mehanizem je precej zapleten in muhast v tuningu. Veliko se uporablja v mehanskih ročnih ure. Količina shranjene energije je običajno majhna in primerna le za delovanje same naprave.

Pogoni, ki uporabljajo energijo žira

Rezervoar za kinetično energijo je zgoščen v rotirajočem vztrajniku. Specifična energija vztrajnika močno presega energijo podobne statične obremenitve. V kratkem času je možno sprejemati ali povrniti znatno moč. Čas shranjevanja energije je kratek in za večino modelov je omejen na nekaj ur. Sodobna tehnologija vam omogoča, da shranite čas shranjevanja energije do nekaj mesecev. Vztrajniki so zelo občutljivi na pretrese. Energija naprave je odvisna od hitrosti vrtenja. Zato se med kopičenjem in sproščanjem energije spremeni vrtilna frekvenca vztrajnika. Za obremenitev je praviloma potrebna konstantna, nizka hitrost vrtenja.

Več obetavne naprave so super vztrajniki. Izdelane so iz jeklenega traku, sintetičnih vlaken ali žice. Oblika je lahko gosta ali ima prazen prostor. V prisotnosti prostega prostora se zavoji traku premaknejo na obrobje vrtenja, trenutek vztrajnosti vztrajnika, del energije pa se shrani v deformirani vzmeti. V takšnih napravah je hitrost vrtenja stabilnejša kot v trdnih modelih, njihova energetska zmogljivost pa je veliko višja. Poleg tega so varnejši.

Sodobni super-vztrajniki so izdelani iz Kevlar vlaken. V magnetni suspenziji se vrtijo v vakuumski komori. Energijo lahko varčujete že več mesecev.

Mehanske naprave za shranjevanje, ki uporabljajo elastične sile

Ta naprava lahko shranjuje ogromno specifično energijo. Od mehaničnega shranjevanja ima največjo moč za naprave z dimenzijami več centimetrov. Veliki vztrajniki z zelo visokimi vrtljaji imajo veliko večjo energetsko intenzivnost, vendar so zelo občutljivi na zunanje dejavnike in imajo krajši čas shranjevanja energije.

Mehansko shranjevanje z energijo iz pomladi

Zmožnost zagotavljanja največje mehanske moči iz vseh razredov shranjevanja energije. Omejen je le z mejo spomladanske jakosti. Energijo v stisnjenem pomladu lahko shranite že več desetletij. Vendar pa se zaradi stalne deformacije v kovini nabira utrujenost in se kapaciteta pomladi zmanjša. Hkrati pa lahko visokokakovostni jekleni vzmeti pod pogoji delovanja delajo že več sto let brez oprijemljive izgube zmogljivosti.

Funkcije vzmeti lahko izvajajo vsi elastični elementi. Gumijaste pramene so npr. Desetkrat višje od jeklenih izdelkov glede na shranjeno energijo na enoto mase. Toda življenjska doba gume zaradi kemičnega staranja je le nekaj let.

Mehansko shranjevanje z energijo stisnjenega plina

Pri tej vrsti naprave se energija shrani s stiskanjem plina. Če pride do presežka energije, plin s pomočjo kompresorja pod tlakom zaprem v valj. Po potrebi se stisnjeni plin uporablja za vrtenje turbine ali električnega generatorja. Pri manjših zmogljivostih namesto turbine je smiselno uporabiti batni motor. Plin v stisnjeni posodi stotin atmosfere ima visoko specifično energijsko gostoto že več let in v prisotnosti visokokakovostne ojačitve - in deset let.

Akumulacija toplotne energije

Večina ozemlja naše države se nahaja v severnih regijah, zato se velik del energije porabi za ogrevanje. V zvezi s tem je treba redno reševati problem shranjevanja toplote v napravi za shranjevanje in ga po potrebi izvleči iz njega.

V večini primerov ni mogoče doseči visoke gostote shranjene toplotne energije in kakršnega koli pomembnega časovnega okvira za njegovo ohranitev. Obstoječe učinkovite naprave zaradi številnih lastnosti in visokih cen niso primerne za široko uporabo.

Kopičenje zaradi toplotne moči

To je eden najstarejših načinov. Temelji na načelu kopičenja toplotne energije, ko se snov segreje in se toplota sprosti, ko se ohladi. Zasnova teh pogonov je zelo preprosta. Lahko so kos trdega materiala ali zaprta posoda s tekočim hladilnim sredstvom. Skladiščenje toplotne energije ima zelo dolgo življenjsko dobo, praktično neomejeno število ciklov shranjevanja in proizvodnje energije. Vendar čas shranjevanja ne presega nekaj dni.

Akumulacija električne energije

Električna energija je najbolj primerna oblika v sodobnem svetu. Zato so naprave za shranjevanje električne energije postale razširjene in najbolj razvite. Na žalost je specifična zmogljivost poceni naprav nizka, naprave z veliko specifično zmogljivostjo pa so predrage in kratkotrajne. Akumulatorji električne energije so kondenzatorji, ionizatorji, akumulatorji.

Kondenzatorji

To je največja vrsta shranjevanja energije. Kondenzatorji lahko delujejo pri temperaturah od -50 do +150 stopinj. Število ciklov akumulacije in sproščanja energije je več deset milijard na sekundo. S povezavo več kondenzatorjev vzporedno, lahko enostavno dobite kapaciteto zahtevane vrednosti. Poleg tega obstajajo spremenljivi kondenzatorji. Kapaciteta takšnih kondenzatorjev se lahko spreminja z mehanskimi ali električnimi sredstvi ali z izpostavljenostjo temperaturi. Najpogosteje se v krožnih krogih nahajajo spremenljivi kondenzatorji.

Kondenzatorji so razdeljeni v dva razreda - polarni in nepolarni. Življenjska doba polarnih (elektrolitskih) je manj kot nepolarna, so bolj odvisne od zunanjih pogojev, hkrati pa imajo večjo specifično kapaciteto.

Kot akumulatorji energije, kondenzatorji niso zelo uspešne naprave. Imajo majhno kapaciteto in neznatno specifično gostoto shranjene energije, čas shranjevanja pa se izračuna v sekundah, minutah, redkih urah. Kondenzatorji so našli aplikacijo predvsem v elektroniki in elektroenergetiki.

Izračun kondenzatorja praviloma ne povzroča težav. Vse potrebne informacije o različnih vrstah kondenzatorjev so predstavljene v tehničnih referenčnih knjigah.

Ionistory

Te naprave zasedajo vmesno mesto med polarnimi kondenzatorji in baterijami. Včasih se imenujejo "supercapacitors". V skladu s tem imajo veliko število stopenj polnjenja, kapacitivnost je večja od kapacitivnosti kondenzatorjev, a nekoliko manjša od majhnih baterij. Čas shranjevanja energije je do nekaj tednov. Ionistorji so zelo občutljivi na temperaturo.

Baterije za napajanje

Elektrokemijske baterije se uporabljajo, če morate hraniti dovolj energije. Naprave s svinčeno kislino so najbolj primerne za ta namen. Izumili so jih pred približno 150 leti. In od takrat v napravo akumulatorja ni bilo nič novega. Pojavilo se je veliko specializiranih modelov, kakovost komponent se je znatno povečala, zanesljivost baterije se je povečala. Omeniti velja, da se baterija naprave, ki jo ustvarijo različni proizvajalci, razlikuje le za manjše podrobnosti.

Elektrokemijske baterije so razdeljene na vlečne in zagonske baterije. Traktorski traktorji se uporabljajo pri električnem prevozu, neprekinjenem napajanju, električnih orodjih. Za take baterije je značilna dolga, enakomerna razelektritev in velika globina. Zagon akumulatorjev lahko v kratkem času ustvari velik tok, vendar je za njih zelo nesprejemljiv.

Elektrokemične baterije imajo omejeno število ciklov polnjenja in praznjenja v povprečju od 250 do 2000. Tudi v odsotnosti delovanja po nekaj letih ne uspejo. Elektrokemijske baterije so občutljive na temperaturo, zahtevajo dolg čas polnjenja in dosledno upoštevanje operativnih pravil.

Napravo je treba občasno ponovno napolniti. Polnjenje akumulatorja, nameščenega na vozilo, se sproži v gibanju od generatorja. V zimskem času to ni dovolj, hladna baterija se slabo polni, poraba električne energije pa za zagon motorja. Zato je potrebno dodatno napolniti baterijo v topli sobi s posebnim polnilnikom. Ena od pomembnih pomanjkljivosti svinčevih naprav je njihova težka teža.

Akumulatorji za naprave z nizko porabo energije

Če potrebujete mobilne naprave z majhno težo, so izbrane naslednje vrste baterij: nikelj-kadmij, litij-ionski, kovinski-hibridni, polimerno-ionski. Imajo višjo specifično kapaciteto, vendar je cena veliko višja. Uporabljajo se v mobilnih telefonih, prenosnih računalnikih, kamerah, video kamerah in drugih majhnih napravah. Različne vrste baterij se razlikujejo glede na njihove parametre: število ciklov polnjenja, čas skladiščenja, kapaciteta, velikost itd.

Litij-ionske baterije z visoko močjo se uporabljajo v električnih vozilih in hibridnih vozilih. Imajo nizko težo, visoko specifično zmogljivost in visoko zanesljivost. Hkrati so litij-ionske baterije zelo ognjevzdržne. Vžig lahko nastane zaradi kratkega stika, mehanske deformacije ali uničenja ohišja, kršitve polnjenja ali praznjenja akumulatorja. Izgorel ogenj je težko zaradi visoke aktivnosti litija.

Baterije so osnova številnih naprav. Na primer, shranjevanje energije za telefon je kompaktna zunanja baterija, postavljena v robusten, vodotesno ohišje. Omogoča vam napajanje ali napajanje mobilnega telefona. Zmogljive mobilne naprave za shranjevanje energije lahko polnijo vse digitalne naprave, tudi prenosne računalnike. V takšnih napravah so praviloma nameščene litij-ionske baterije velikih zmogljivosti. Hranjenje energije za dom Tudi ne Ali brez baterij. Ampak to je veliko bolj zapletena naprava. Poleg baterije vsebujejo tudi polnilnik, krmilni sistem, pretvornik. Naprave lahko delujejo bodisi iz fiksnega omrežja bodisi iz drugih virov. Izhodna moč je povprečno 5 kW.

Skladiščenje kemične energije

Obstajajo "gorivo" in "nemočne" vrste pogonov. Potrebujejo posebne tehnologije in pogosto okorne visokotehnološke opreme. Uporabljeni procesi omogočajo pridobivanje energije v različnih vrstah. Termokemične reakcije lahko potekajo tako pri nizkih kot pri visokih temperaturah. Komponente za visoke temperature reakcije uvajamo le, če je potrebno pridobiti energijo. Pred tem se hranijo ločeno, na različnih mestih. Komponente za reakcije z nizko temperaturo običajno najdemo v isti posodi.

Akumulacija energije s proizvodnjo goriva

Ta metoda vključuje dve popolnoma neodvisni stopnji: kopičenje energije ("polnjenje") in njegovo uporabo ("praznjenje"). Tradicionalno gorivo ima praviloma veliko specifično energijsko zmogljivost, možnost dolgoročnega shranjevanja, udobje uporabe. Toda življenje ni mirno. Uvajanje novih tehnologij pomeni večje zahteve za gorivo. Naloga rešuje z izboljšanjem obstoječih in ustvarjanjem novih, visoko energijskih goriv.

Široko uvajanje novih vzorcev ovirajo nezadostna obdelava tehnoloških procesov, velika nevarnost požara in eksplozije pri delu, potreba po visokokvalificiranem osebju, visoki stroški tehnologije.

Neelektrično shranjevanje energije

V tej obliki skladiščenja se energija shrani s pretvorbo določenih kemikalij v druge. Na primer, gašeno apno se pri segrevanju spremeni v oživljeno stanje. Pri "praznjenju" se shranjena energija sprošča v obliki toplote in plina. To je v primeru, ko apno pogasimo z vodo. Da bi reakcija začela, je običajno dovolj, da povežete komponente. V bistvu gre za vrsto termokemične reakcije, le da se nadaljuje pri temperaturi več sto in tisoč stopinj. Zato je uporabljena oprema veliko bolj zapletena in draga.