Natura a oferit omului o varietate de surse de energie: soarele, vântul, râurile și altele. Dezavantajul acestor generatoare de energie gratuite este lipsa de stabilitate. Prin urmare, în perioadele de exces de energie, aceasta este stocată în dispozitive de stocare și cheltuită în perioadele de recesiune temporară. Dispozitivele de stocare a energiei sunt caracterizate de următorii parametri:
- cantitate de energie stocată;
- viteza de acumulare și returnări;
- gravitate specifică;
- timp de stocare a energiei;
- fiabilitatea;
- cost de producție și întreținere și altele.
Există multe moduri de a organiza drive-urile. Una dintre cele mai convenabile este clasificarea în funcție de tipul de energie utilizat în dispozitivul de stocare și în funcție de metoda de acumulare și returnare a acesteia. Dispozitivele de stocare a energiei sunt împărțite în următoarele tipuri principale:
- mecanic;
- termic;
- electric;
- chimic.
Acumularea de energie potențială
Esența acestor dispozitive este simplă. Când o sarcină este ridicată, se acumulează energie potențială; când este coborâtă, efectuează o muncă utilă. Caracteristicile de design depind de tipul de încărcătură. Poate fi solid, lichid sausubstanță liberă. De regulă, designul dispozitivelor de acest tip este extrem de simplu, de unde fiabilitatea ridicată și durata de viață lungă. Timpul de stocare a energiei stocate depinde de durabilitatea materialelor și poate ajunge la milenii. Din păcate, astfel de dispozitive au o densitate scăzută de energie.
Depozitarea mecanică a energiei cinetice
În aceste dispozitive, energia este stocată în mișcarea unui corp. De obicei, aceasta este o mișcare oscilativă sau de translație.
Energia cinetică în sistemele oscilatorii este concentrată în mișcarea alternativă a corpului. Energia este furnizată și consumată în porții, în timp cu mișcarea corpului. Mecanismul este destul de complex și capricios în setare. Folosit pe scară largă în ceasurile mecanice. Cantitatea de energie stocată este de obicei mică și este potrivită doar pentru funcționarea dispozitivului în sine.
Dispozitive de stocare alimentate cu giroscop
Magazinul de energie cinetică este concentrat într-un volant rotativ. Energia specifică a unui volant depășește semnificativ energia unei sarcini statice similare. Este posibil să primiți sau să scoateți o putere semnificativă într-o perioadă scurtă de timp. Timpul de stocare a energiei este scurt, iar pentru majoritatea modelelor este limitat la câteva ore. Tehnologiile moderne fac posibilă aducerea timpului de stocare a energiei la câteva luni. Volanele sunt foarte sensibile la șocuri. Energia dispozitivului depinde direct de viteza de rotație a acestuia. Prin urmare, în procesul de acumulare și returnare a energiei, are loc o modificare a vitezei de rotație a volantului. Și pentru o încărcătură cade regulă, este necesară o viteză de rotație constantă, mică.
Dispozitivele mai promițătoare sunt superflywheels. Sunt fabricate din bandă de oțel, fibră sintetică sau sârmă. Designul poate fi dens sau poate avea spațiu gol. Dacă există spațiu liber, bobinele benzii se deplasează la periferia de rotație, momentul de inerție al volantului se modifică, o parte din energie este stocată în arcul deformat. În astfel de dispozitive, viteza de rotație este mai stabilă decât în structurile solide, iar consumul lor de energie este mult mai mare. De asemenea, sunt mai sigure.
Super volantele moderne sunt fabricate din fibră Kevlar. Ele se rotesc într-o cameră de vid pe o suspensie magnetică. Capabil să stocheze energie timp de câteva luni.
Depozitare mecanică folosind forțe elastice
Acest tip de dispozitiv este capabil să stocheze o energie specifică uriașă. Dintre acţionările mecanice, are cea mai mare intensitate energetică pentru dispozitivele cu dimensiuni de câţiva centimetri. Volanele mari cu viteze de rotație foarte mari au un conținut de energie mult mai mare, dar sunt foarte vulnerabile la influențele externe și au un timp mai scurt de stocare a energiei.
Depozitare mecanică a energiei de primăvară
Capabil să furnizeze cea mai mare putere mecanică din orice clasă de stocare a energiei. Este limitat doar de rezistența la tracțiune a arcului. Energia dintr-un arc comprimat poate fi stocată timp de câteva decenii. Cu toate acestea, din cauza deformării constante, oboseala se acumulează în metal și capacitatea arculuiscade. În același timp, arcurile din oțel de în altă calitate, în condiții adecvate de funcționare, pot funcționa sute de ani fără pierderi apreciabile de capacitate.
Funcțiile de primăvară pot fi îndeplinite de orice elemente elastice. Benzile de cauciuc, de exemplu, sunt de zeci de ori superioare produselor din oțel în ceea ce privește energia stocată pe unitate de masă. Dar durata de viață a cauciucului din cauza îmbătrânirii chimice este de numai câțiva ani.
Dispozitive mecanice de stocare care folosesc energia gazelor comprimate
În acest tip de dispozitiv, energia este stocată prin comprimarea gazului. În prezența unui exces de energie, gazul este pompat sub presiune în cilindru cu ajutorul unui compresor. După cum este necesar, gazul comprimat este folosit pentru a porni o turbină sau un generator electric. La capacitati mici, este indicat sa folositi un motor cu piston in locul unei turbine. Gazul dintr-un vas sub presiune de sute de atmosfere are o densitate specifică de energie ridicată de câțiva ani și cu fitinguri de în altă calitate - de zeci de ani.
Stocarea energiei termice
Cea mai mare parte a teritoriului țării noastre este situată în regiunile nordice, așa că o parte semnificativă a energiei este nevoită să fie cheltuită pentru încălzire. În acest sens, este necesar să se rezolve în mod regulat problema menținerii căldurii în unitate și extragerea acesteia de acolo dacă este necesar.
În cele mai multe cazuri, nu este posibil să se obțină o densitate mare a energiei termice stocate și orice perioade semnificative de conservare a acesteia. Dispozitive eficiente existente îndin cauza unora dintre caracteristicile sale și a prețului ridicat, nu sunt potrivite pentru o aplicație largă.
Depozitare datorită capacității de căldură
Acesta este unul dintre cele mai vechi moduri. Se bazează pe principiul acumulării de energie termică atunci când o substanță este încălzită și al transferului de căldură când este răcită. Designul unor astfel de unități este extrem de simplu. Poate fi o bucată din orice substanță solidă sau un recipient închis cu un lichid de răcire. Acumulatoarele de energie termică au o durată de viață foarte lungă, un număr aproape nelimitat de cicluri de acumulare și eliberare de energie. Dar timpul de depozitare nu depășește câteva zile.
Depozitarea energiei electrice
Energia electrică este cea mai convenabilă formă a acesteia în lumea modernă. De aceea, dispozitivele electrice de stocare sunt utilizate pe scară largă și cele mai dezvoltate. Din păcate, capacitatea specifică a dispozitivelor ieftine este mică, iar dispozitivele cu o capacitate specifică mare sunt prea scumpe și de scurtă durată. Dispozitivele de stocare a energiei electrice sunt condensatoare, ionistori, baterii.
Condensatori
Acesta este cel mai masiv tip de stocare a energiei. Condensatorii sunt capabili să funcționeze la temperaturi de la -50 la +150 de grade. Numărul de cicluri de acumulare-retur de energie este de zeci de miliarde pe secundă. Prin conectarea mai multor condensatoare în paralel, puteți obține cu ușurință capacitatea necesară. În plus, există condensatori variabili. Modificarea capacității unor astfel de condensatoare se poate face mecanic sau electric sau prin temperatură. Cel mai adesea, condensatoarele variabile pot fi găsite încircuite oscilatorii.
Condensatorii sunt împărțiți în două clase - polari și nepolari. Durata de viață a polarilor (electrolitice) este mai scurtă decât a celor nepolare, depind mai mult de condițiile externe, dar în același timp au o capacitate specifică mai mare.
Deoarece condensatorii de stocare a energiei nu sunt dispozitive de mare succes. Au o capacitate redusă și o densitate specifică nesemnificativă a energiei stocate, iar timpul de stocare a acesteia este calculat în secunde, minute, rar ore. Condensatorii și-au găsit aplicații în principal în electronică și inginerie electrică de putere.
Calculul condensatorului, de regulă, nu provoacă dificultăți. Toate informațiile necesare despre diferite tipuri de condensatoare sunt prezentate în manualele tehnice.
Ionistori
Aceste dispozitive ocupă o poziție intermediară între condensatorii polari și baterii. Aceștia sunt uneori denumiți „supercondensatori”. În consecință, au un număr mare de trepte 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. Ionistorii sunt foarte sensibili la temperatură.
Baterii de alimentare
Bateriile electrochimice sunt folosite dacă trebuie să stocați multă energie. Dispozitivele cu plumb-acid sunt cele mai potrivite în acest scop. Au fost inventate acum aproximativ 150 de ani. Și de atunci, nimic fundamental nou nu a fost introdus în dispozitivul cu baterie. Au apărut multe modele specializate, calitatea componentelor a crescut semnificativ,fiabilitatea bateriei. Este de remarcat faptul că dispozitivul unei baterii creat de diferiți producători diferă doar în detalii minore pentru diferite scopuri.
Bateriile electrochimice sunt împărțite în tracțiune și pornire. Tracțiunea este folosită în transportul electric, sursele de alimentare neîntreruptibile, sculele electrice. Astfel de baterii se caracterizează printr-o descărcare uniformă lungă și adâncimea sa mare. Bateriile de pornire pot furniza un curent ridicat într-o perioadă scurtă de timp, dar descărcarea profundă nu este acceptabilă pentru ele.
Bateriile electrochimice au un număr limitat de cicluri de încărcare-descărcare, în medie de la 250 la 2000. Chiar dacă nu sunt folosite, se defectează după câțiva ani. Bateriile electrochimice sunt sensibile la temperatură, necesită timpi lungi de încărcare și necesită întreținere strictă.
Dispozitivul trebuie reîncărcat periodic. Bateria instalată pe vehicul este încărcată în mișcare de la generator. Iarna, acest lucru nu este suficient, o baterie rece nu acceptă o încărcare bine, iar consumul de energie electrică pentru pornirea motorului crește. Prin urmare, este necesar să încărcați suplimentar bateria într-o cameră caldă cu un încărcător special. Unul dintre dezavantajele semnificative ale dispozitivelor cu plumb-acid este greutatea lor mare.
Baterii pentru dispozitive cu consum redus
Dacă sunt necesare dispozitive mobile cu greutate redusă, atunci alegeți următoarele tipuri de baterii: nichel-cadmiu,litiu-ion, metal-hibrid, polimer-ion. Au o capacitate specifica mai mare, dar pretul este mult mai mare. Sunt folosite în telefoane mobile, laptopuri, camere, camere video și alte dispozitive mici. Diferitele tipuri de baterii diferă în funcție de parametri: numărul de cicluri de încărcare, durata de valabilitate, capacitatea, dimensiunea etc.
Bateriile litiu-ion de mare putere sunt folosite la vehiculele electrice și la vehiculele hibride. Au greutate redusă, capacitate specifică mare și fiabilitate ridicată. În același timp, bateriile litiu-ion sunt foarte inflamabile. Aprinderea poate apărea din cauza unui scurtcircuit, deformare mecanică sau distrugere a carcasei, încălcări ale modurilor de încărcare sau descărcare ale bateriei. Stingerea unui incendiu este destul de dificilă din cauza activității mari a litiului.
Bateriile sunt coloana vertebrală a multor aparate. De exemplu, un dispozitiv de stocare a energiei pentru un telefon este o baterie externă compactă plasată într-o carcasă rezistentă, rezistentă la apă. Vă permite să încărcați sau să alimentați telefonul mobil. Dispozitivele mobile puternice de stocare a energiei sunt capabile să încarce orice dispozitiv digital, chiar și laptopuri. În astfel de dispozitive, de regulă, sunt instalate baterii litiu-ion de mare capacitate. De asemenea, stocarea energiei pentru casă nu este completă fără baterii. Dar acestea sunt dispozitive mult mai complexe. Pe lângă baterie, acestea includ un încărcător, un sistem de control și un invertor. Dispozitivele pot funcționa atât dintr-o rețea fixă, cât și din alte surse. Puterea de ieșire este de 5 kW în medie.
Driveenergie chimică
Distingeți între tipurile de unități „combustibil” și „fără combustibil”. Acestea necesită tehnologii speciale și echipamente de în altă tehnologie, adesea voluminoase. Procesele utilizate fac posibilă obținerea energiei sub diferite forme. Reacțiile termochimice pot avea loc atât la temperaturi scăzute, cât și la temperaturi ridicate. Componentele pentru reacțiile la temperatură în altă se introduc numai atunci când este necesară obținerea energiei. Înainte de asta, acestea sunt depozitate separat, în locuri diferite. Componentele pentru reacțiile la temperatură joasă sunt de obicei în același recipient.
Depozitarea energiei folosind combustibil
Această metodă include două etape complet independente: acumularea de energie („încărcare”) și utilizarea acesteia („descărcare”). Combustibilul tradițional, de regulă, are o capacitate specifică mare de energie, posibilitatea de stocare pe termen lung și ușurința în utilizare. Dar viața nu stă pe loc. Introducerea noilor tehnologii impune cereri crescute de combustibil. Sarcina este rezolvată prin îmbunătățirea existente și prin crearea de combustibili noi, cu o mare energie.
Introducerea pe scară largă a noilor mostre este împiedicată de dezvoltarea insuficientă a proceselor tehnologice, riscuri mari de incendiu și explozie în muncă, nevoia de personal în alt calificat și costul ridicat al tehnologiei.
Depozitarea energiei chimice fără combustibil
În acest tip de stocare, energia este stocată prin conversia unor substanțe chimice în altele. De exemplu, varul stins, atunci când este încălzit, intră în stare de var neted. La descărcare, energia stocatăeliberat sub formă de căldură și gaz. Este exact ceea ce se întâmplă atunci când varul este stins cu apă. Pentru ca reacția să înceapă, de obicei este suficient să combinați componentele. În esență, acesta este un fel de reacție termochimică, doar că se desfășoară la o temperatură de sute și mii de grade. Prin urmare, echipamentul folosit este mult mai complex și mai scump.
