Care sunt dispozitivele de stocare a energiei?

Natura a dat omului o varietate de surse de energie: soarele, vântul, râurile și altele. Dezavantajul acestor generatoare de energie liberă este lipsa de stabilitate. Prin urmare, în perioadele de exces de energie, acesta este depozitat în rezervoare de stocare și consumat în perioade de declin temporar. Acumulatorii de energie caracterizează următorii parametri:

• cantitatea de energie stocată;
• rata acumulării și reculului;
• greutate specifică;
• termeni de stocare a energiei;
• fiabilitate;
• costul fabricării și al serviciilor și altele.

Există multe modalități de a organiza unitățile. Una dintre cele mai convenabile este clasificarea în funcție de tipul de energie utilizată în dispozitivul de stocare și modul în care acesta este acumulat și reciclat. Acumulatorii de energie sunt împărțiți în următoarele tipuri principale:

• mecanice;
• termică;
• electrice;
• chimice.

Acumularea energiei potențiale

Esența acestor dispozitive este necomplicată. La ridicarea încărcăturii, se acumulează energie potențială, atunci când coborârea ei face o muncă utilă. Caracteristicile de proiectare depind de tipul de marfă. Poate fi o substanță solidă, lichidă sau în vrac. De regulă, desenele de dispozitive de acest tip sunt extrem de simple, prin urmare, fiabilitatea ridicată și durata de viață îndelungată. Timpul de stocare a energiei stocate depinde de longevitatea materialelor și poate atinge mileniile. Din păcate, astfel de dispozitive au o intensitate energetică specifică scăzută.

Depozitarea mecanică a energiei cinetice

În aceste dispozitive, energia este stocată în mișcarea unui corp. De obicei, aceasta este o mișcare oscilantă sau translațională.

Energia cinetică în sistemele oscilante este concentrată în mișcarea de mișcare alternativă a corpului. Energia este furnizată și consumată în porții, în timp cu mișcarea corpului. Mecanismul este destul de complex și capricios în tuning. Utilizată pe scară largă în ceasurile mecanice. Cantitatea de energie stocată este de obicei mică și potrivită numai pentru funcționarea dispozitivului în sine.

Unități care utilizează energia unui giroscop

Rezerva de energie cinetică este concentrată într-un volant rotativ. Energia specifică a volantului depășește cu mult energia unei sarcini statice similare. Este posibil, într-un timp scurt, să faceți o recepție sau o întoarcere de putere considerabilă. Timpul de stocare a energiei este scurt, iar pentru cele mai multe modele este limitat la câteva ore. Tehnologiile moderne vă permit să aduceți timp de stocare a energiei până la câteva luni. Tijele de angrenaje sunt foarte sensibile la lovituri. Energia dispozitivului depinde în mod direct de viteza de rotație a acestuia. Prin urmare, în timpul acumulării și eliberării energiei, viteza de rotație a volantului se schimbă. Și pentru sarcină, de regulă, este necesară o viteză constantă de rotație scăzută.

Mai multe dispozitive promițătoare sunt super volante. Sunt fabricate din banda de oțel, fibră sintetică sau sârmă. Structura poate fi densă sau poate avea un spațiu gol. În cazul în care spațiul este înfășurări disponibile ale benzii se deplasează spre periferia momentului de rotație inerție al volantului este schimbat, o parte din energia stocată în primăvară supus la deformare. În astfel de dispozitive, viteza de rotație este mai stabilă decât în ​​cazul modelelor solide, iar intensitatea lor energetică este mult mai mare. În plus, ele sunt mai sigure.

Supra-volanele moderne sunt fabricate din fibre Kevlar. Se rotesc într-o cameră de vid pe o suspensie magnetică. Sunt capabili să economisească energie pentru câteva luni.

Dispozitive mecanice de stocare care utilizează forțe elastice

Acest tip de dispozitiv poate stoca o energie specifică imensă. De la depozitarea mecanică are cea mai mare capacitate energetică pentru dispozitivele cu dimensiuni de centimetri. Vestele mari cu viteze foarte mari de rotație au o intensitate energetică mult mai mare, dar sunt foarte vulnerabile la factorii externi și au un timp de stocare a energiei mai scurt.

Depozitarea mecanică cu ajutorul energiei arcului

Ele sunt capabile să ofere cea mai mare putere mecanică din toate clasele de dispozitive de stocare a energiei. Este limitată numai de limita rezistenței la primăvară. Energia într-un arc comprimat poate fi stocată timp de câteva decenii. Cu toate acestea, datorită deformării constante a metalului, se acumulează oboseală, iar capacitatea arcului scade. În același timp, izvoarele de oțel de înaltă calitate în condiții de funcționare pot funcționa de sute de ani fără o pierdere tangibilă de capacitate.

Funcțiile arcului pot fi executate prin orice element elastic. Curele de cauciuc, de exemplu, de zeci de ori depășesc produsele din oțel în termeni de energie stocată pe unitate de masă. Dar durata de viață a cauciucului datorată îmbătrânirii chimice este de numai câțiva ani.

Depozitarea mecanică utilizând energia gazului comprimat

În acest tip de dispozitiv, energia este stocată prin comprimarea gazului. Dacă există un exces de energie, gazul este pompat prin intermediul unui compresor sub presiune în cilindru. Dacă este necesar, gazul comprimat este utilizat pentru a roti turbina sau generatorul electric. La capacități mici, în locul unei turbine, se recomandă utilizarea unui motor cu piston. Gazul dintr-un vas sub presiune de sute de atmosfere are o densitate specifică mare de energie pentru câțiva ani și în prezența armăturii de înaltă calitate - și zeci de ani.

Acumularea energiei termice

Cea mai mare parte a teritoriului țării noastre este situată în regiunile nordice, astfel încât o mare parte din energie este consumată pentru încălzire. În acest sens, este necesar să se rezolve în mod regulat problema stocării căldurii în rezervorul de stocare și extragerea acestuia de acolo, dacă este necesar.

În majoritatea cazurilor, nu este posibilă atingerea unei densități ridicate a energiei termice stocate și a oricărei perioade semnificative de timp pentru conservarea acesteia. Dispozitivele eficiente existente datorită unui număr mare de caracteristici și a prețurilor ridicate nu sunt potrivite pentru aplicații largi.

Acumulare datorită capacității termice

Aceasta este una dintre cele mai vechi căi. Se bazează pe principiul acumulării energiei termice atunci când substanța este încălzită și căldura este eliberată atunci când este răcită. Designul acestor unități este extrem de simplu. Acestea pot fi o bucată de orice substanță solidă sau un recipient închis cu lichid de răcire. Economisirea energiei termice are o durată foarte lungă de funcționare, un număr practic nelimitat de cicluri de stocare și eliberare a energiei. Dar timpul de depozitare nu depășește câteva zile.

Acumularea energiei electrice

Energia electrică este cea mai convenabilă formă din lumea modernă. Acesta este motivul pentru dispozitivele electrice de stocare sunt utilizate pe scară largă și dezvoltate cel mai mult. Din păcate, capacitatea specifică a dispozitivelor ieftine este scăzută, iar dispozitivele cu o capacitate specifică mare sunt prea costisitoare și cu durată scurtă de viață. Acumulatorii de energie electrică sunt condensatori, ioniști, acumulatori.

condensatoare

Acesta este cel mai masiv tip de stocare a energiei. Condensatoarele sunt capabile să funcționeze la temperaturi cuprinse între -50 și +150 grade. Numărul de cicluri de acumulare și eliberare a energiei este de zeci de miliarde pe secundă. Prin conectarea mai multor condensatori în paralel, este posibilă obținerea cu ușurință a unei capacități a valorii necesare. În plus, există condensatori variabili. Capacitatea unor astfel de condensatori poate fi modificată mecanic sau electric sau prin expunerea la temperatură. Cel mai adesea, condensatoarele variabile pot fi găsite în circuite oscilante.

Condensatoarele sunt împărțite în două clase - polar și nonpolar. Durata de viață a polar (electrolitic) este mai puțin decât nepolară, ele sunt mai dependente de condițiile externe, dar în același timp au o capacitate specifică mai mare.

În calitate de acumulatori de energie, condensatorii nu sunt dispozitive de mare succes. Acestea au o capacitate mică și o densitate specifică nesemnificativă a energiei stocate, iar timpul de stocare este calculat în secunde, minute, rareori pentru ore. Condensatoarele au găsit aplicații în principal în domeniul electrotehnicii electronice și electrice.

Calculul condensatorului, de regulă, nu cauzează dificultăți. Toate informațiile necesare privind diferitele tipuri de condensatoare sunt prezentate în cărțile tehnice de referință.

ionistory

Aceste dispozitive ocupă un loc intermediar între condensatorii polari și baterii. Uneori se numesc "supercapacitori". În consecință, acestea au un număr mare de etape de încărcare-descărcare, capacitatea este mai mare decât cea a condensatoarelor, dar puțin mai mică decât cea a bateriilor mici. Timpul de stocare a energiei este de până la câteva săptămâni. Ioniștii sunt foarte sensibili la temperatură.

Baterii de putere

Bateriile electrochimice sunt utilizate dacă aveți nevoie să stocați suficientă energie. Dispozitivele cu plumb-acid sunt cele mai potrivite pentru acest scop. Au fost inventate acum 150 de ani. Și de atunci nu a fost introdus nimic fundamental nou în dispozitivul bateriei. Au apărut multe modele specializate, calitatea componentelor a crescut semnificativ, fiabilitatea bateriei a crescut. Este demn de remarcat faptul că bateria dispozitivului, creată de diferiți producători, pentru scopuri diferite diferă doar în detalii minore.

Bateriile electrochimice sunt împărțite în baterii de tracțiune și pornire. Tractoarele de tracțiune sunt utilizate în transportul electric, surse de alimentare neîntreruptibile, scule electrice. Astfel de baterii se caracterizează printr-o descărcare lungă, uniformă și o adâncime mare. Pornirea bateriilor poate produce un curent mare într-un timp scurt, dar o descărcare profundă este inacceptabilă pentru aceștia.

Bateriile electrochimice au un număr limitat de cicluri de încărcare-descărcare, în medie de la 250 la 2000. Chiar și în absența funcționării după câțiva ani, ele nu reușesc. Bateriile electrochimice sunt sensibile la temperatură, necesită un timp de încărcare lung și respectarea strictă a regulilor de funcționare.

Dispozitivul trebuie reîncărcat periodic. Încărcarea acumulatorului instalat pe vehicul se face în mișcare de la generator. În timpul iernii, acest lucru nu este suficient, o baterie rece are o încărcătură proastă și consumul de energie pentru a porni motorul crește. Prin urmare, este necesar să încărcați suplimentar bateria într-o încăpere caldă cu un încărcător special. Unul dintre dezavantajele semnificative ale dispozitivelor cu plumb-acid este greutatea lor mare.

Acumulatoare pentru aparate de joasă tensiune

Dacă este necesar dispozitive mobile cu greutăți mici, cele selectate următoarele tipuri de baterii reîncărcabile sunt nichel-cadmiu, ioni de litiu, hibrid metal, polimer-ionic. Ei au o capacitate specifică mai mare, dar prețul este mult mai mare. Acestea sunt folosite în telefoane mobile, laptop-uri, camere video, camere video și alte dispozitive mici. Diferite tipuri de baterii diferă în parametrii lor: numărul de cicluri de încărcare, termenul de valabilitate, capacitate, dimensiuni, etc ...

Bateriile litiu-ion de mare putere sunt folosite la vehiculele electrice și la automobilele hibride. Are o greutate redusă, o capacitate specifică ridicată și o fiabilitate ridicată. În același timp, bateriile litiu-ion sunt foarte periculoase pentru foc. Focul poate să apară de la scurt circuit, deformarea mecanică sau distrugerea cazului, încălcarea încărcării sau descărcării bateriei. Scoaterea focului este destul de dificilă datorită activității ridicate a litiului.

Bateriile sunt baza multor dispozitive. De exemplu, un dispozitiv de stocare a energiei pentru un telefon este compact baterie externă, plasat într-o carcasă rezistentă la apă. Vă permite să încărcați sau să alimentați un telefon mobil. Dispozitivele puternice de stocare a energiei mobile pot încărca orice dispozitive digitale, chiar laptopuri. În astfel de dispozitive, de regulă sunt instalate baterii litiu-ion de mare capacitate. Stocarea energiei pentru casa este, de asemenea, necesară fără baterii. Dar acesta este un dispozitiv mult mai complex. În plus față de baterie, acestea includ un încărcător, un sistem de control, un invertor. Dispozitivele pot funcționa atât dintr-o rețea fixă, cât și din alte surse. Puterea de ieșire este de 5 kW.

Depozitarea energiei chimice

Există tipuri de unități de combustibil și "neajutorat". Acestea necesită tehnologii speciale și, adesea, echipamente grele de înaltă tehnologie. Procesele folosite permit obținerea energiei în diferite tipuri. Reacțiile termochimice pot avea loc atât la temperaturi joase, cât și la temperaturi ridicate. Componentele pentru reacțiile la temperaturi ridicate sunt introduse numai atunci când este necesară obținerea energiei. Înainte de aceasta, ele sunt stocate separat, în locuri diferite. Componentele pentru reacțiile la temperaturi joase sunt de obicei amplasate în același rezervor.

Acumularea energiei prin producerea de combustibil

Această metodă include două etape complet independente: acumularea de energie ("încărcare") și utilizarea sa ("descărcarea de gestiune"). Combustibilul tradițional, de regulă, are o capacitate energetică specifică mare, posibilitatea stocării pe termen lung, confortul utilizării. Dar viața nu se oprește. Introducerea de noi tehnologii prezintă cerințe sporite pentru combustibil. Sarcina este rezolvată prin îmbunătățirea existenței și crearea de noi combustibili de înaltă energie.

introducerea largă de noi modele constrânse de lipsa proceselor tehnologice, a deșeurilor, un mare incendiu și explozie în muncă, nevoia de personal cu înaltă calificare, costul ridicat al tehnologiei.

Stocare de energie chimică fără fosil

În această formă de stocare, energia este stocată prin transformarea anumitor produse chimice în altele. De exemplu, var cald când este încălzit, intră într-o stare rapidă. Când "descărcarea" energiei stocate este eliberată sub formă de căldură și gaz. Acest lucru se întâmplă atunci când varul este stins cu apă. Pentru ca reacția să înceapă, este de obicei suficientă conectarea componentelor. În esență, acesta este un fel de reacție termochimică, numai că are loc la o temperatură de sute și mii de grade. Prin urmare, echipamentul utilizat este mult mai complicat și mai scump.