Naturen ga mennesket en rekke energikilder: sol, vind, elver og andre. Ulempen med disse gratis energigeneratorene er mangelen på stabilitet. Derfor, i perioder med overflødig energi, lagres den i lagringsenheter og brukes i perioder med midlertidig lavkonjunktur. Energilagringsenheter er preget av følgende parametere:
- mengde lagret energi;
- hastighet for akkumulering og returer;
- spesifikk vekt;
- energilagringstid;
- pålitelighet;
- produksjons- og vedlikeholdskostnader og andre.
Det er mange måter å organisere stasjoner på. En av de mest praktiske er klassifiseringen i henhold til typen energi som brukes i lagringsenheten, og i henhold til metoden for akkumulering og retur. Energilagringsenheter er delt inn i følgende hovedtyper:
- mekanisk;
- termisk;
- elektrisk;
- kjemikalier.
akkumulering av potensiell energi
Kjernen i disse enhetene er grei. Når en last løftes, akkumuleres potensiell energi; når den senkes, utfører den nyttig arbeid. Designfunksjoner avhenger av typen last. Det kan være fast, flytende ellerløst stoff. Som regel er designene til enheter av denne typen ekstremt enkle, derav høy pålitelighet og lang levetid. Lagringstiden til den lagrede energien avhenger av materialenes holdbarhet og kan nå årtusener. Dessverre har slike enheter lav energitetthet.
Mekanisk lagring av kinetisk energi
I disse enhetene lagres energi i kroppens bevegelser. Vanligvis er dette en oscillerende eller translasjonsbevegelse.
Kinetisk energi i oscillerende systemer er konsentrert i kroppens frem- og tilbakegående bevegelse. Energi tilføres og forbrukes i porsjoner, i takt med kroppens bevegelser. Mekanismen er ganske kompleks og lunefull i innstillingen. Mye brukt i mekaniske klokker. Mengden lagret energi er vanligvis liten og er kun egnet for driften av selve enheten.
Gyroskopdrevne lagringsenheter
Lagret av kinetisk energi er konsentrert i et roterende svinghjul. Den spesifikke energien til et svinghjul overstiger energien til en lignende statisk belastning betydelig. Det er mulig å motta eller sende ut betydelig strøm på kort tid. Energilagringstiden er kort, og for de fleste design er begrenset til noen få timer. Moderne teknologier gjør det mulig å bringe energilagringstiden til flere måneder. Svinghjul er svært følsomme for støt. Energien til enheten er direkte avhengig av rotasjonshastigheten. Derfor, i prosessen med akkumulering og retur av energi, oppstår en endring i svinghjulets rotasjonshastighet. Og for en last somsom regel kreves det en konstant lav rotasjonshastighet.
Flere lovende enheter er supersvinghjul. De er laget av ståltape, syntetisk fiber eller tråd. Designet kan være tett eller ha tom plass. Hvis det er ledig plass, beveger båndspolene seg til rotasjonsperiferien, svinghjulets treghetsmoment endres, en del av energien lagres i den deformerte fjæren. I slike enheter er rotasjonshastigheten mer stabil enn i solide strukturer, og energiforbruket deres er mye høyere. De er også tryggere.
Moderne supersvinghjul er laget av kevlarfiber. De roterer i et vakuumkammer på en magnetisk suspensjon. Kan lagre energi i flere måneder.
Mekanisk lagring ved hjelp av elastiske krefter
Denne typen enhet er i stand til å lagre en enorm spesifikk energi. Av de mekaniske drevene har den den høyeste energiintensiteten for enheter med dimensjoner på flere centimeter. Store svinghjul med svært høye rotasjonshastigheter har mye høyere energiinnhold, men de er svært sårbare for ytre påvirkninger og har kortere energilagringstid.
Mekanisk lagring av vårenergi
Kan levere den høyeste mekaniske kraften av enhver energilagringsklasse. Den begrenses kun av fjærens strekkfasthet. Energien i en komprimert fjær kan lagres i flere tiår. Men på grunn av konstant deformasjon, akkumuleres tretthet i metallet, og fjærkapasitetenavtar. Samtidig kan høykvalitets stålfjærer, under riktige driftsforhold, fungere i hundrevis av år uten nevneverdig tap av kapasitet.
Fjærfunksjoner kan utføres av alle elastiske elementer. Gummibånd, for eksempel, er dusinvis av ganger bedre enn stålprodukter når det gjelder lagret energi per masseenhet. Men levetiden til gummi på grunn av kjemisk aldring er bare noen få år.
Mekaniske lagringsenheter som bruker energien fra komprimerte gasser
I denne typen enheter lagres energi ved å komprimere gassen. I nærvær av overskudd av energi pumpes gassen under trykk inn i sylinderen ved hjelp av en kompressor. Etter behov brukes komprimert gass til å snu en turbin eller elektrisk generator. Ved lav kapasitet er det tilrådelig å bruke en stempelmotor i stedet for en turbin. Gass i et fartøy under trykk på hundrevis av atmosfærer har en høy spesifikk energitetthet i flere år, og med høykvalitets armaturer - i flere tiår.
Varmeenergilagring
Det meste av territoriet til landet vårt ligger i de nordlige regionene, så en betydelig del av energien må brukes til oppvarming. I denne forbindelse er det nødvendig å regelmessig løse problemet med å holde varmen i stasjonen og trekke den ut derfra om nødvendig.
I de fleste tilfeller er det ikke mulig å oppnå en høy tetthet av lagret termisk energi og noen betydelige perioder med bevaring. Eksisterende effektive enheter ipå grunn av noen av funksjonene og den høye prisen er ikke egnet for bred bruk.
Lagring på grunn av varmekapasitet
Dette er en av de eldste måtene. Den er basert på prinsippet om akkumulering av termisk energi når et stoff varmes opp og varmeoverføring når det avkjøles. Utformingen av slike stasjoner er ekstremt enkel. Det kan være et stykke av et hvilket som helst fast stoff eller en lukket beholder med flytende kjølevæske. Termiske energiakkumulatorer har en veldig lang levetid, et nesten ubegrenset antall sykluser med akkumulering og frigjøring av energi. Men lagringstiden overstiger ikke flere dager.
Elektrisk energilagring
Elektrisk energi er den mest praktiske formen for det i den moderne verden. Det er derfor elektriske lagringsenheter er mye brukt og mest utviklet. Dessverre er den spesifikke kapasiteten til billige enheter liten, og enheter med høy spesifikk kapasitet er for dyre og har kort levetid. Lagringsenheter for elektrisk energi er kondensatorer, ionistorer, batterier.
kondensatorer
Dette er den mest massive typen energilagring. Kondensatorer er i stand til å operere ved temperaturer fra -50 til +150 grader. Antall energiakkumulering-retur-sykluser er titalls milliarder per sekund. Ved å koble flere kondensatorer parallelt kan du enkelt få den nødvendige kapasitansen. I tillegg er det variable kondensatorer. Endring av kapasitansen til slike kondensatorer kan gjøres mekanisk eller elektrisk eller ved temperatur. Oftest kan variable kondensatorer finnes ioscillerende kretser.
Kondensatorer er delt inn i to klasser - polare og ikke-polare. Levetiden til polare (elektrolytiske) er kortere enn ikke-polare, de er mer avhengige av ytre forhold, men samtidig har de en større spesifikk kapasitet.
Som energilagringskondensatorer ikke er særlig vellykkede enheter. De har lav kapasitet og en ubetydelig spesifikk tetthet av lagret energi, og lagringstiden beregnes i sekunder, minutter, sjelden timer. Kondensatorer har hovedsakelig funnet anvendelse innen elektronikk og kraftelektroteknikk.
Beregningen av kondensatoren forårsaker som regel ikke vanskeligheter. All nødvendig informasjon om forskjellige typer kondensatorer er presentert i tekniske manualer.
Ionistors
Disse enhetene opptar en mellomposisjon mellom polare kondensatorer og batterier. De blir noen ganger referert til som "superkondensatorer". Følgelig har de et stort antall lade-utladningstrinn, kapasiteten er større enn for kondensatorer, men litt mindre enn for små batterier. Energilagringstiden er opptil flere uker. Ionistorer er svært følsomme for temperatur.
Strømbatterier
Elektrokjemiske batterier brukes hvis du trenger å lagre mye energi. Blysyreapparater er best egnet for dette formålet. De ble oppfunnet for rundt 150 år siden. Og siden den gang har ingenting fundament alt nytt blitt introdusert i batterienheten. Mange spesialiserte modeller har dukket opp, kvaliteten på komponentene har økt betydelig,batteripålitelighet. Det er verdt å merke seg at enheten til et batteri laget av forskjellige produsenter bare er forskjellig i små detaljer for forskjellige formål.
Elektrokjemiske batterier er delt inn i trekkraft og start. Trekk brukes i elektrisk transport, avbruddsfri strømforsyning, elektroverktøy. Slike batterier er preget av en lang jevn utladning og dens store dybde. Startbatterier kan levere høy strøm på kort tid, men dyp utladning er ikke akseptabelt for dem.
Elektrokjemiske batterier har et begrenset antall lade-utladingssykluser, i gjennomsnitt fra 250 til 2000. Selv om de ikke brukes, svikter de etter noen år. Elektrokjemiske batterier er temperaturfølsomme, krever lange ladetider og krever strengt vedlikehold.
Enheten må lades opp med jevne mellomrom. Batteriet som er installert på kjøretøyet lades i bevegelse fra generatoren. Om vinteren er ikke dette nok, et kaldt batteri godtar ikke en ladning, og forbruket av strøm for å starte motoren øker. Derfor er det nødvendig å i tillegg lade batteriet i et varmt rom med en spesiell lader. En av de betydelige ulempene med blysyre-enheter er deres tunge vekt.
Batterier for lavstrømsenheter
Hvis mobile enheter med lav vekt kreves, velg følgende batterityper: nikkel-kadmium,litium-ion, metall-hybrid, polymer-ion. De har en høyere spesifikk kapasitet, men prisen er mye høyere. De brukes i mobiltelefoner, bærbare datamaskiner, kameraer, videokameraer og andre små enheter. Ulike typer batterier er forskjellige i parametere: antall ladesykluser, holdbarhet, kapasitet, størrelse osv.
Høyeffekt litium-ion-batterier brukes i elektriske kjøretøy og hybridbiler. De har lav vekt, høy spesifikk kapasitet og høy pålitelighet. Samtidig er litium-ion-batterier svært brannfarlige. Tenning kan oppstå fra kortslutning, mekanisk deformasjon eller ødeleggelse av kabinettet, brudd på lade- eller utladningsmodusene til batteriet. Å slukke brann er ganske vanskelig på grunn av litiums høye aktivitet.
Batterier er ryggraden i mange apparater. For eksempel er en energilagringsenhet for en telefon et kompakt eksternt batteri plassert i et slitesterkt, vanntett etui. Den lar deg lade eller gi strøm til mobiltelefonen din. Kraftige mobile energilagringsenheter er i stand til å lade alle digitale enheter, til og med bærbare datamaskiner. I slike enheter er som regel høykapasitets litium-ion-batterier installert. Energilagring til hjemmet er heller ikke komplett uten batterier. Men dette er mye mer komplekse enheter. I tillegg til batteriet inkluderer de en lader, et kontrollsystem og en omformer. Enhetene kan operere både fra et fast nettverk og fra andre kilder. Utgangseffekten er 5 kW i gjennomsnitt.
Driveskjemisk energi
Skill mellom drivstoff- og ikke-drivstofftyper. De krever spesielle teknologier og ofte klumpete høyteknologisk utstyr. Prosessene som brukes gjør det mulig å få energi i ulike former. Termokjemiske reaksjoner kan finne sted ved både lave og høye temperaturer. Komponenter for høytemperaturreaksjoner introduseres bare når det er nødvendig å skaffe energi. Før det lagres de separat, på forskjellige steder. Komponenter for lavtemperaturreaksjoner er vanligvis i samme beholder.
Energilagring ved å kjøre drivstoff
Denne metoden inkluderer to helt uavhengige stadier: akkumulering av energi ("lading") og bruken ("utlading"). Tradisjonelt drivstoff har som regel stor spesifikk energikapasitet, mulighet for langtidslagring og brukervennlighet. Men livet står ikke stille. Innføringen av ny teknologi stiller økte krav til drivstoff. Oppgaven løses ved å forbedre eksisterende og lage nye høyenergidrivstoff.
Den brede introduksjonen av nye prøver hindres av utilstrekkelig utvikling av teknologiske prosesser, høy brann- og eksplosjonsfare i arbeid, behovet for høyt kvalifisert personell og høye teknologikostnader.
lagring av drivstofffri kjemisk energi
I denne typen lagring lagres energi ved å omdanne noen kjemikalier til andre. For eksempel går lesket kalk, når den varmes opp, inn i en tilstand av brent kalk. Ved utlading lagres energienfrigjøres som varme og gass. Det er nettopp dette som skjer når kalk leskes med vann. For at reaksjonen skal starte er det vanligvis nok å kombinere komponentene. I hovedsak er dette en slags termokjemisk reaksjon, bare den fortsetter ved en temperatur på hundrevis og tusenvis av grader. Derfor er utstyret som brukes mye mer komplekst og kostbart.
