Пневматичен акумулатор на енергия. Compressed Air Energy Storage (CAES) - Пневматично съхранение на енергия. Специфичен енергиен капацитет

Екология на знанието Наука и технологии: В контекста на активното развитие на новите технологии в енергетиката, устройствата за съхранение на електроенергия са добре позната тенденция. Това е висококачествено решение на проблема с прекъсване на електрозахранването или пълна липса на енергия.

Има въпрос: „Кой метод за съхранение на енергия е за предпочитане в дадена ситуация?“. Например, какъв метод за съхранение на енергия трябва да избера за частна къща или вила, оборудвана със слънчева или вятърна инсталация? Очевидно в този случай никой няма да изгради голяма помпено-акумулираща станция, но е възможно да се инсталира голям резервоар, като се издигне на височина от 10 метра. Но дали такава инсталация ще бъде достатъчна, за да поддържа постоянно захранване при липса на слънце?

За да отговорим на възникващите въпроси, е необходимо да разработим някои критерии за оценка на батериите, които ще ни позволят да получим обективни оценки. И за да направите това, трябва да вземете предвид различни параметри на задвижването, които ви позволяват да получите числени оценки.

Капацитет или натрупан заряд?

Когато се говори или пише за автомобилни батерии, те често споменават стойност, наречена капацитет на батерията и изразена в ампер-часове (за малки батерии - в милиампер-часове). Но, строго погледнато, амперчасът не е единица за капацитет. В електрическата теория капацитетът се измерва във фаради. А амперчасът е мерна единица за заряд! Тоест натрупаният заряд трябва да се разглежда (и нарича така) като характеристика на батерията.

Във физиката зарядът се измерва в кулони. Кулон е количеството заряд, преминал през проводник при ток от 1 ампер за една секунда. Тъй като 1 C/s е равен на 1 A, тогава, като преобразуваме часовете в секунди, намираме, че един ампер-час ще бъде равен на 3600 C.

Трябва да се отбележи, че дори от дефиницията на кулон става ясно, че зарядът характеризира определен процес, а именно процеса на преминаване на ток през проводник. Същото нещо следва дори от името на друга величина: един ампер-час е когато ток от един ампер протича през проводник за един час.

На пръв поглед може да изглежда, че тук има някакво несъответствие. В крайна сметка, ако говорим за пестене на енергия, тогава енергията, натрупана във всяка батерия, трябва да се измерва в джаули, тъй като джаулът във физиката е единицата за измерване на енергия. Но нека си припомним, че токът в проводник възниква само когато има потенциална разлика в краищата на проводника, тоест към проводника се прилага напрежение. Ако напрежението на клемите на батерията е 1 волт и през проводника протича заряд от един ампер-час, ние откриваме, че батерията е доставила 1 V · 1 Ah = 1 Wh енергия.

Така че по отношение на батериите е по-правилно да се говори за акумулирана енергия (съхранена енергия) или натрупан (съхранен) заряд. Въпреки това, тъй като терминът „капацитет на батерията“ е широко разпространен и някак по-познат, ние ще го използваме, но с известно уточнение, а именно ще говорим за енергиен капацитет.

Енергиен капацитет - енергията, която отделя напълно заредена батерия, когато се разреди до най-ниската допустима стойност.

Използвайки тази концепция, ще се опитаме приблизително да изчислим и сравним енергийния капацитет различни видовеустройства за съхранение на енергия.

Енергиен капацитет на химически батерии

Напълно заредена електрическа батерия с обявен капацитет (зареждане) от 1 Ah теоретично може да достави 1 ампер ток за един час (или, например, 10 A за 0,1 час, или 0,1 A за 10 часа). Но твърде големият ток на разреждане на батерията води до по-малко ефективно захранване, което нелинейно намалява времето, през което тя работи с такъв ток и може да доведе до прегряване. На практика капацитетът на батерията се изчислява въз основа на 20-часов цикъл на разреждане до крайното напрежение. За автомобилните батерии това е 10,8 V. Например, надписът на етикета на батерията „55 Ah“ означава, че тя е в състояние да достави ток от 2,75 ампера за 20 часа, а напрежението на клемите няма да падне под 10,8 IN .

Производителите на батерии често посочват технически спецификациина техните продукти, съхранената енергия в Wh (Wh), а не съхраненият заряд в mAh (mAh), което най-общо казано не е правилно. Изчисляването на съхранената енергия от съхранения заряд не е лесно в общия случай: необходимо е интегриране моментна мощност, издаден от акумулатора за цялото време на разреждането му. Ако не е необходима по-голяма точност, вместо интегриране можете да използвате средните стойности на напрежението и консумацията на ток и да използвате формулата:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

Тоест съхранената енергия (в Wh) е приблизително равна на произведението на съхранения заряд (в Ah) и средното напрежение (във волтове): д = р · U. Например, ако капацитетът (в обичайния смисъл) на 12-волтова батерия е посочен като 60 Ah, тогава съхранената енергия, тоест нейният енергиен капацитет, ще бъде 720 W часа.

Енергиен капацитет на гравитационни устройства за съхранение на енергия

Във всеки учебник по физика можете да прочетете, че работата A, извършена от някаква сила F при повдигане на тяло с маса m на височина h, се изчислява по формулата A = m · g · h, където g е ускорението на гравитацията. Тази формула се прилага в случай, че тялото се движи бавно и силите на триене могат да бъдат пренебрегнати. Работата срещу гравитацията не зависи от това как повдигаме тялото: вертикално (като тежест на часовник), по наклонена равнина (като при теглене на шейна нагоре по планина) или по друг начин.

Във всички случаи работата A = m · g · h. При спускане на тялото до първоначалното му ниво, силата на гравитацията ще произведе същата работа, която е изразходвана от силата F за повдигане на тялото. Това означава, че при повдигане на тяло сме натрупали работа, равна на m · g · h, т.е. повдигнатото тяло има енергия, равна на произведението на силата на гравитацията, действаща върху това тяло, и височината, на която е повдигнато. Тази енергия не зависи от пътя, по който е станало издигането, а се определя само от положението на тялото (височината, на която е повдигнато или разликата във височините между началното и крайното положение на тялото) и се наречена потенциална енергия.

Използвайки тази формула, нека оценим енергийния капацитет на маса вода, изпомпана в резервоар с капацитет 1000 литра, повдигнат на 10 метра над нивото на земята (или нивото на турбина на хидрогенератор). Да приемем, че резервоарът има форма на куб с дължина на ръба 1 м. Тогава, според формулата в учебника на Ландсберг, A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/ s2. Но 1 kg m2/s2 е равен на 1 джаул и когато се преобразува във ватчасове, получаваме само 28,583 ватчаса. Тоест, за да получите енергиен капацитет, равен на капацитета на конвенционална електрическа батерия от 720 вата часа, трябва да увеличите обема на водата в резервоара с 25,2 пъти.

Резервоарът трябва да има дължина на ребрата приблизително 3 метра. В същото време тя енергиен капацитетще бъде равно на 845 ватчаса. Това е повече от капацитета на една батерия, но инсталационният обем е значително по-голям от размера на конвенционална оловно-цинкова автомобилна батерия. Това сравнение подсказва, че има смисъл да се разглежда не съхранената енергия в дадена система - енергия сама по себе си, а по отношение на масата или обема на въпросната система.

Специфичен енергиен капацитет

Така стигнахме до извода, че е препоръчително енергийният капацитет да се съпостави с масата или обема на устройството за съхранение или самия носител, например вода, излята в резервоар. Два индикатора от този вид могат да бъдат разгледани.

Ще наричаме специфичния енергиен капацитет на масата като енергийния капацитет на устройство за съхранение, разделен на масата на това устройство за съхранение.

Обемен специфичен енергиен капацитет ще бъде енергийният капацитет на устройство за съхранение, разделен на обема на това устройство за съхранение.

Пример. Оловно-киселинната батерия Panasonic LC-X1265P, предназначена за 12 волта, има заряд от 65 амперчаса, тежи 20 кг. и размери (ДхШхВ) 350 · 166 · 175 мм. Срокът на експлоатация при t = 20 C е 10 години. Така неговата специфична енергийна интензивност по маса ще бъде 65 · 12 / 20 = 39 ватчаса на килограм, а нейната обемна специфична енергийна интензивност ще бъде 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 ватчаса на кубичен дециметър или 0,0767 kWh на кубичен метър.

За обсъдени в предишен разделшофиране гравитационна енергиявъз основа на резервоар за вода с обем от 1000 литра, специфичната масова енергийна интензивност ще бъде само 28,583 ватчаса/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, което е 1363 пъти по-малко от масовата енергийна интензивност на оловно-цинкова батерия. И въпреки че експлоатационният живот гравитационно съхранениеможе да се окаже значително по-голям, но от практическа гледна точка резервоарът изглежда по-малко привлекателен от акумулаторна батерия.

Нека да разгледаме още няколко примера за устройства за съхранение на енергия и да оценим тяхната специфична енергийна интензивност.

Енергиен капацитет на топлинния акумулатор

Топлинният капацитет е количеството топлина, погълнато от тялото, когато то се нагрее с 1 °C. В зависимост от това към коя количествена единица принадлежи топлинният капацитет се разграничават масов, обемен и моларен топлинен капацитет.

Масовият специфичен топлинен капацитет, наричан още просто специфичен топлинен капацитет, е количеството топлина, което трябва да се добави към единица маса на вещество, за да се загрее до единица температура. В SI се измерва в джаули, разделени на килограми на келвин (J kg−1 K−1).

Обемен топлинен капацитет е количеството топлина, което трябва да се достави на единица обем на веществото, за да се загрее на единица температура. В SI се измерва в джаули на кубичен метър на келвин (J m−3 K−1).

Моларен топлинен капацитет е количеството топлина, което трябва да се достави на 1 мол вещество, за да се загрее на единица температура. В SI се измерва в джаули на мол на келвин (J/(mol K)).

Молът е мерна единица за количеството вещество в Международната система от единици. Един мол е количеството вещество в система, съдържаща същото количество структурни елементи, колко атома има въглерод-12 с тегло 0,012 kg.

Специфичният топлинен капацитет се влияе от температурата на веществото и други термодинамични параметри. Например, измерването на специфичния топлинен капацитет на водата ще даде различни резултатипри 20 °C и 60 °C. В допълнение, специфичният топлинен капацитет зависи от това как е позволено да се променят термодинамичните параметри на веществото (налягане, обем и т.н.); например специфичният топлинен капацитет при постоянно налягане (CP) и при постоянен обем (CV) обикновено са различни.

Прехвърляне на материя от един агрегатно състояниекъм друго се придружава от рязка промяна на топлинния капацитет при определена температурна точка на трансформация за всяко вещество - точката на топене (преход твърдов течност), точка на кипене (преход на течност в газ) и съответно температури на обратни трансформации: замръзване и кондензация.

Специфичният топлинен капацитет на много вещества е даден в справочници, обикновено за процес при постоянно налягане. Например специфичен топлинен капацитет течна водапри нормални условия- 4200 J/(kg K); лед - 2100 J/(kg K).

Въз основа на представените данни можете да опитате да оцените топлинния капацитет на водния топлинен акумулатор (абстракт). Да приемем, че масата на водата в него е 1000 kg (литри). Загряваме до 80 °C и оставяме да отделя топлина, докато изстине до 30 °C. Ако не се притеснявате от факта, че топлинният капацитет е различен при различни температури, можем да предположим, че топлинният акумулатор ще отдели 4200 * 1000 * 50 J топлина. Тоест, енергийният капацитет на такъв топлинен акумулатор е 210 мегаджаула или 58,333 киловатчаса енергия.

Ако сравним тази стойност с енергийния заряд на конвенционална автомобилна батерия (720 ватчаса), виждаме, че енергийният капацитет на въпросния термоакумулатор е равен на енергийния капацитет на приблизително 810 електрически батерии.

Специфичната масова енергийна интензивност на такъв топлоакумулатор (дори без да се вземе предвид масата на съда, в който реално ще се съхранява нагрятата вода и масата на топлоизолацията) ще бъде 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Това вече се оказва повече от масовата енергийна интензивност на оловно-цинкова батерия, равна, както е изчислено по-горе, на 39 Wh/kg.

Според груби изчисления топлинният акумулатор е сравним с обикновена автомобилна батерия по обемен специфичен енергиен капацитет, тъй като килограм вода е дециметър обем, следователно обемният му специфичен енергиен капацитет също е равен на 76,7 Wh/kg, което точно съвпада с обемния специфичен топлинен капацитет на оловно-киселинната батерия. Вярно е, че при изчислението на топлинния акумулатор взехме предвид само обема на водата, въпреки че би било необходимо да вземем предвид и обема на резервоара и топлоизолацията. Но във всеки случай загубата няма да е толкова голяма, колкото при гравитационно устройство за съхранение.

Други видове устройства за съхранение на енергия

Статията „Преглед на устройствата за съхранение на енергия (акумулатори)“ предоставя изчисления на специфичната енергийна интензивност на някои други устройства за съхранение на енергия. Нека вземем няколко примера от там

Съхранение на кондензатор

При капацитет на кондензатор от 1 F и напрежение от 250 V, съхранената енергия ще бъде: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W h. Ако използвате електролитни кондензатори, теглото им може да бъде 120 кг. Специфичната енергия на устройството за съхранение е 0,26 kJ/kg или 0,072 W/kg. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 9 W за един час. Живот електролитни кондензаториможе да достигне 20 години. По енергийна плътност йонисторите се доближават до химическите батерии. Предимства: акумулираната енергия може да се използва за кратък период от време.

Акумулатори тип гравитационно задвижване

Първо повдигаме тяло с тегло 2000 кг на височина 5 м. След това тялото се спуска под въздействието на гравитацията, въртяйки електрическия генератор. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 W h. Специфичен енергиен капацитет 0,0138 Wh/kg. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 28 W за един час. Срокът на експлоатация на задвижването може да бъде 20 години или повече.

Предимства:натрупаната енергия може да се използва за кратък период от време.

Маховик

Съхранената енергия в маховика може да се намери по формулата E = 0,5 J w2, където J е инерционният момент на въртящото се тяло. За цилиндър с радиус R и височина H:

J = 0,5 p r R4 H

където r е плътността на материала, от който е направен цилиндърът.

Лимит линейна скороств периферията на маховика Vmax (приблизително 200 m/s за стомана).

Vmax = wmax R или wmax = Vmax /R

Тогава Emax = 0,5 J w2max = 0,25 p r R2 H V2max = 0,25 M V2max

Специфичната енергия ще бъде: Emax /M = 0,25 V2max

За стоманен цилиндричен маховик максималното специфично енергийно съдържание е приблизително 10 kJ/kg. За маховик с тегло 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m) максималната акумулирана енергия може да бъде 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,278 kWh. По време на работа устройството може да осигури натоварване не повече от 280 W за един час. Срокът на експлоатация на маховика може да бъде 20 години или повече. Предимства: натрупаната енергия може да се използва за кратък период от време, производителността може да бъде значително подобрена.

Супер маховик

Супер маховикът, за разлика от конвенционалните маховици, е способен на характеристики на дизайнатеоретично съхранява до 500 Wh на килограм тегло. Въпреки това, по някаква причина, развитието на superflywheels спря.

Пневматичен акумулатор

Въздух под налягане от 50 атмосфери се изпомпва в стоманен резервоар с капацитет 1 m3. За да издържат на това налягане, стените на резервоара трябва да са с дебелина приблизително 5 мм. За извършване на работата се използва въздух под налягане. При изотермичен процес работата А, извършена от идеален газ по време на разширяване в атмосферата, се определя по формулата:

A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1)

където M е масата на газа, m - моларна масагаз, R - универсална газова константа, T - абсолютна температура, V1 - начален обем газ, V2 - краен обем газ. Като се вземе предвид уравнението на състоянието за идеален газ (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) за това изпълнение на устройството за съхранение V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, работа с газ по време на разширение 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · час на цикъл. Масата на задвижването е приблизително 250 кг. Специфичната енергия ще бъде 80 kJ/kg. По време на работа пневматичното устройство за съхранение може да осигури натоварване не повече от 5,5 kW за един час. Живот пневматичен акумулаторможе да е 20 години или повече.

Предимства: резервоарът за съхранение може да бъде разположен под земята, като резервоар могат да се използват стандартни газови бутилки в необходимото количество с подходящо оборудване, когато се използва вятърен двигател, последният може директно да задвижва помпата на компресора, има достатъчно голям бройустройства, които директно използват енергията на сгъстения въздух.

Сравнителна таблица на някои устройства за съхранение на енергия

Нека обобщим всички горни стойности на параметрите за съхранение на енергия в обобщена таблица. Но първо, нека отбележим, че специфичната енергийна интензивност ни позволява да сравним устройствата за съхранение с конвенционалното гориво.

Основната характеристика на горивото е неговата топлина на изгаряне, т.е. количеството топлина, отделена при пълното изгаряне. Прави се разлика между специфична топлина на изгаряне (MJ/kg) и обемна топлина (MJ/m3). Преобразувайки MJ в kWh, получаваме:

Както виждаме, специфичната енергийна интензивност на горивото значително надвишава енергийната интензивност на устройствата за съхранение на енергия. Защото като резервен източникчесто се използват енергии дизелови генератори, ще включим във финалната таблица енергийната интензивност на дизеловото гориво, която е равна на 42624 kJ/kg или 11,84 kW-часа/kg. И нека добавим природния газ и водорода за сравнение, тъй като последният може да послужи и като основа за създаване на устройства за съхранение на енергия.

Специфичното масово енергийно съдържание на газ в бутилки (пропан-бутан) е 36 mJ/kg. или 10 kWh/kg, а за водород - 33,58 kWh/kg.

В резултат на това получаваме следната таблица с параметрите на разглежданите устройства за съхранение на енергия (последните два реда в тази таблица са добавени за сравнение с традиционните енергийни носители):

Цифрите, дадени в тази таблица, са много приблизителни; изчисленията не вземат предвид много фактори, например коеф. полезно действиетози генератор, който използва съхранена енергия, обеми и тегла необходимо оборудванеи така нататък. Тези цифри обаче позволяват според мен да се даде първоначална оценка на потенциалната енергийна интензивност различни видовеустройства за съхранение на енергия.

И, както следва от таблицата по-горе, най-много ефектен външен видУстройството за съхранение е представено от цилиндър с водород. Ако за производството на водород се използва „безплатна“ (излишна) енергия от възобновяеми източници, тогава устройството за съхранение на водород може да се окаже най-обещаващото.

Водородможе да се използва като гориво в конвенционален двигател с вътрешно горене, който ще върти електрически генератор, или във водород горивни клеткикоито директно произвеждат електричество. Въпросът кой метод е по-изгоден изисква отделно разглеждане. Е, проблемите на безопасността при производството и използването на водород могат да направят корекции при разглеждането на осъществимостта на използването на един или друг тип устройство за съхранение на енергия. публикувани

Присъединете се към нас

Резервоар с въздух или друг газ, свързан към канал и оборудван с предпазен клапан, регулиран на определено налягане. Пневматичен акумулаторнеобходим елемент от машини за издухване и изстрелване на пясък за производство на... ... Металургичен речник

пневматичен акумулатор- pneumatinis akumuliatorius statusas T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro energijas kaupiklis. атитикменис: англ. пневматичен акумулатор вок. Druckluftspeicher, м рус. пневматичен акумулатор, m; пневматичен акумулатор, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

ПНЕВМАТИЧЕН АКУМУЛАТОР- резервоар с въздух (или друг газ), свързан към въздуховода и оборудван с предпазно устройство. вентил, който се регулира на дадено максимално налягане. Използва се в сложни пневматични приложения. мрежи за изравняване на работното налягане, на ветроелектрически... ... Голям енциклопедичен политехнически речник

Батерия (пояснение)- Батерия (лат. аккумулятор колектор, от лат. accumulo събирам, натрупвам) устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. Автомобилен акумулаторакумулатор, използван в автомобил... ... Wikipedia

Батерия- Този термин има други значения, вижте Батерия (значения). Батерия (лат. аккумулятор колектор, от лат. accumulo събирам, натрупвам) устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване, ... ... Wikipedia

БАТЕРИЯ- (от латински акумулатор колектор) устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. 1) Електрическа батериятрансформира електрическа енергияв химическа и при необходимост осигурява обратно преобразуване;... ... Голям енциклопедичен речник

БАТЕРИЯ Съвременна енциклопедия

Батерия- (от латински акумулатор колектор), устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. 1) Електрическа батерия галванична клетказа многократна употреба; преобразува електрическата енергия в химическа енергия и... Илюстрован енциклопедичен речник

батерия- А; м. Устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. Термични, електрически a. Такса а. ◁ Акумулаторна, о, о. А. резервоар. И батерията. * * * батерия (от латински акумулатор колектор), устройство за съхранение на... ... енциклопедичен речник

Батерия- (лат. акумулатор колектор, от accumulo събирам, натрупвам) устройство за съхраняване на енергия с цел последващото й използване. В зависимост от вида на акумулираната енергия А. се разграничават: електрически, хидравлични, термични,... ... Велика съветска енциклопедия

Пещера, компресор и газова турбина - така работи един пневматичен акумулатор на енергия. В САЩ първото подобно устройство е създадено през 1991 г. в Макинтош, Алабама. Целта му е да изглади пиковите натоварвания в електроцентралите.

В режим на натрупване въздухът се задвижва от компресори в подземно хранилище (естествена солна пещера) с обем 538 хиляди кубически метра. до налягане от 77 atm. Когато консумацията на енергия в мрежата се увеличи неочаквано, въздухът излиза и освобождава енергия в системата. Времето за изпразване на резервоара до по-ниско работно налягане от 46 atm е 26 часа, през които станцията произвежда 110 MW мощност.

Сгъстеният въздух не върти турбината сам, а влиза в газовата турбина. Тъй като 2/3 от мощността на газовата турбина обикновено се изразходва за задвижване на компресора, който изпомпва въздух в нея, се получават значителни икономии. Преди да влезе в турбината, въздухът се нагрява в топлообменник (рекуператор) с продукти от горенето, което също добавя ефективност.

Те отбелязват намаляване на потреблението на газ с 60...70% в сравнение с традиционната газова турбина, бърз старт от студено състояние (няколко минути) и Добра работапри ниски натоварвания.

Изграждането на станция Mcntosh отне 30 месеца и струва 65 милиона долара.

Проектът Алабама не е уникален. Още през 1978 г. в Хунторф германците пуснаха хранилище с мощност 290 MW (2 часа работа) в две солни пещери на дълбочина 600...800 m с диапазон на налягането 50...70 atm. Складовото съоръжение първоначално е служило като горещ резерв за индустрията в северозападна Германия и сега се използва за изглаждане на пиковете на производството. вятърни електроцентрали.

Те пишат, че в Донбас по време на съветската епоха са планирали да инсталират пневматична батерия от 1050 MW в същата пещера, съдбата й е неизвестна.

През 2012 г. 500 MWh пневматично съоръжение за съхранение беше открито в Тексас до 2-мегаватов вятърен парк, но има малко подробности за него.

Най-простата такава батерия е обикновена. газова бутилка, в който в момента на пиково производство на електроенергия компресорът изпомпва въздух под високо налягане. Когато производството на енергия спадне или, обратно, нейното потребление рязко се увеличи, клапанът се отваря и изходът сгъстен въздухзавърта турбината на генератора. Ефективността на такава инсталация се оказва сравнително малка, но предвид факта, че често при пиково производство енергията просто се губи, затопляйки околното пространство, дори това допълнение не трябва да се пренебрегва.

Как можете да увеличите ефективността и да намалите относителната цена на такава система? В настройка, наречена Compressed Въздушна енергияСъхранение (CAES), построено за първи път от САЩ през 1991 г. в Макинтош, Алабама. За резервоар се използва естествена подземна солна пещера. Слоят сол не пропуска въздуха, дори под високо налягане- малки зърна, солен прах запечатва най-малките пукнатини, които могат да се появят в дебелината на образуванието. Въздух в пещерата с обем 538 хиляди кубически метра. изпомпва се от компресор до налягане от 77 атмосфери. Когато консумацията на енергия в мрежата се увеличи неочаквано, въздухът излиза и освобождава енергия в системата. Времето за изпразване на резервоара до по-ниско работно налягане от 46 atm е 26 часа, през които станцията произвежда 110 MW мощност.

Как да увеличим ефективността на системата? Сгъстеният въздух не върти работното колело сам, а се смесва с природен гази влиза в газовата турбина. Повечето отМощността на газовата турбина (до две трети) обикновено се изразходва за задвижване на компресора, който изпомпва въздух в нея - това е мястото, където получаваме значителни спестявания. Освен това, преди да влезе в турбината, въздухът се нагрява в топлообменника (рекуператора) с продукти от горенето, което също добавя ефективност.

Като цяло, като равна на традиционната газова турбина, тази схема осигурява намаляване на потреблението на газ с 60...70%, бързо стартиране от студено състояние (няколко минути) и добра работа при ниски натоварвания. Строителството на станцията Mcntosh отне 30 месеца и струва 65 милиона долара (дори въпреки наличието на естествена солна пещера).

В допълнение към проекта в Алабама, през 1978 г. в Хунторф германците пуснаха хранилище с мощност 290 MW (2 часа работа) в две солни пещери на дълбочина 600...800 m с диапазон на налягането 50... 70 атмосфери. Съоръжението за съхранение първоначално е служило като горещ резерв за промишлеността в северозападна Германия и сега се използва за изглаждане на пикове в производството на вятърни паркове.

В съветско време беше планирано да се изгради 1050 MW пневматична батерия в Донбас, но уви, както много проекти от онези години, всичко остана на хартия.

Е, видео от разработчиците на проекта.

Автономните инженери често се чудят как да събират, съхраняват и използват „допълнителна“ енергия. Причините за появата на недосъбрани kW са няколко - прекомерно количество SB, степени на зареждане, които не използват системата на 100%, ненужно слънчеви дни, липса на собственици на къщата и др.
Най-лесният начин са батериите. В зависимост от религиозните вярвания те могат да бъдат различни: оловно-киселинни, алкални, никел-кадмиеви, „lifer“ и т.н. Но във всеки случай 50% (по-вероятно 60%) е акумулаторната част на батерията. от цената на крайния kWh Затова всички танци са съсредоточени около тях, мили мои.
Някъде в раздела беше отбелязано, че пътят на развитие на технологията за батерии не се развива според сценария, от който са необходими алтернативите - ефективност при относително малки размери. Въпреки това, в частна къща, където няма електрически мрежи, често има много земя. Тази идея произтича от един прост факт - много хора искат да избягат от шума и суетата на града и купуват парцели често не само далеч от градовете и извън високата концентрация на хора, но и далеч от цивилизацията като такава, където няма комуникации и дори електричество. Ето защо много често алтернативистите разполагат с такъв вид ресурс като пространството. Какво традиционните батерийни технологии не вземат под внимание. Така че можете да потърсите нетрадиционни. АндрейНС, започна няколко теми по този въпрос и по този начин ми даде идеята да търся опции.
Има много супер алтернативни начини за спестяване алтернативна енергияне в традиционните сметки.
И един от тях, който реших да представя е... пневматичен акумулатор!
Принципът е прост - излишната електроенергия през деня се преобразува в сгъстен въздух с помощта на компресор. След това, ако е необходимо, го освобождаваме чрез пневматичен двигател, който върти генератор, който зарежда батериите през нощта, в случай на SB, или в спокойни условия, в случай на VG.
Изглежда нещо подобно:

Мисля, че принципът е ясен на голяма част от колегите.
Принципът си е принцип, но ме интересува преди всичко икономическата обосновка на този тип батерия. Чудя се колко струва енергията, съхранявана по този начин, и дали може да се конкурира с традиционните методи.
За да направя това, направих малко проучване за това какво струва по отношение на pneumoaccus. За удобство и лекота на възприемане всички цени ще бъдат в долари, а също така ще пропуснем някои малки неща като кабели, тръби и т.н. В изчисленията обаче включих компресора, въздушния двигател и гена.
Така.
1. Най-важното е капацитетът. Това е най-скъпата част от pneumoacc, но и най-издръжливата и надеждна с практически неограничени часове, цикли или години на двигателя. В интернет намерих употребявана газова цистерна 16 кубика. за около $2k.
2. Компресор. Вариантите са много. От автомобилни със смазване и охлаждане до полупромишлени, така да се каже, „за строителство“. аз избирам нова глава(имаме контейнер), с характеристиките, които ми трябват - около 80$. Има вариант с компресори за MAZ-KAMAZ, той е по-евтин и по-надежден, но те не осигуряват необходимото налягане (до 16 атмосфери).
3. Пневматичен двигател. В интернет намерих готов такъв за 250W с разход 6,67л/сек. За него няма цена, затова ще оперираме с цени за пневматични инструменти. Нова бормашина или мелница струва около $25.
4. Генератор. Най-истинската е кола от, да речем, ваза. Нов $80, използван 35. Очакван брой часове на двигателя от 15k.
Кратко описание на конкретната система. Компресорът е с капацитет 300-400 l/min, което му позволява да изпомпва контейнера за 10 часа. Пневматичният мотор изразходва 6,67 л/сек, или 24 куб.м. в един часа. Капацитет от 16 кубически метра, изпомпван до 16 atm, е достатъчен за 10,7 часа. Тоест имаме 10,7 часа х 250W = 2,675 kW. Това е приблизително сравнимо с автомобилен акумулатор с 225 ah. По-точно с един, 100% цикъл. В моята система има приблизително 250 дни излишък от електричество на година, което означава, че имаме 250 цикъла на година.
Цената на нормален автоматичен акаунт, без метала, е около $200. Но може да работи максимум 250 цикъла при 100% разреждане.
С други думи, тази пневматична система за генериране на съхранение замества 1 автомобилна батерия годишно. Или $200 на година.
Сега към нашия pneumoacc.
1. Капацитет. Срок на експлоатация от 50 години. Всъщност при редовно боядисване са необходими 500 или 5000 години, но нека вземем 50 и да не броим боята. Това означава, че разделяме $2000 (цената) на 50 и получаваме около $40 на година.
2. Компресор. Да приемем, че експлоатационният живот е 10 000 моточаса. Съответно 10 000 разделяме на 250 цикъла и с 10 часа (работа във всеки цикъл) получаваме 4 години. Разделете $80 на 4, за да получите $20 на година.
3. Пневматичен двигател. Срокът на експлоатация на евтини пневматични инструменти от магазин не може да бъде разумно оценен. Нека обаче го броим като 10 000 моточаса, като вземем предвид възможността за закупуване добър инструментизползвани за евтини. Още 10 000 / 250 дни / 10 часа получаваме същите 4 години. $25 не могат да бъдат разделени на четири, но ще разделим и ще получим $6 на година.
4. Ген. Животът на двигателя е около 20 000 моточаса (и не ми спорете!). 20000 / 250 /10 = 8 години или $10 на година.

Общо имаме:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
$76 на година.
Тоест наличието на такава пневматична акумулаторно-генерираща система е почти 3 пъти по-евтино от закупуването на 1 автомобилен акумулатор на година!
И все още не съм добавил отделно зареждане на електрическата батерия, което несъмнено има нужда.
Просто така.
Тези сметки меко казано ме изненадаха. Разбира се, няма ефективност - помпаме 1,5 - 2 kW, получаваме 200-250, но лично това ме устройва.
Можете да опитате да изчислите малко по-различно: пневматичната батерия генерира през нощта директно върху батерията и можете грубо да прецените колко ще намалее дълбочината на разреждане и съответно колко по-рядко трябва да сменяте електрическата батерия и съответно, Какво икономическа ефективносттази идея.
Ако системата се увеличи 2-10 пъти, ефективността на теория ще се подобри още повече.
Изглежда, че е време да започнем пълномащабни експерименти. Имам почти всичко от комплекта, с изключение на пневматичния мотор, но или ще го купя за 50 гривни ($6), или, което е по-скъпо, ще помоля някой за временно ползване.