Baterije raznih tipova. Kako radi pneumatski akumulator Energetski kapacitet gravitacionih uređaja za skladištenje energije

Rezervoar vazduha ili drugog gasa povezan sa kanalom i opremljen sigurnosnim ventilom regulisanim na određeni pritisak. Pneumatski akumulator je neophodan element strojeva za puhanje pijeska i gađanje pijeska za proizvodnju ... ... Metalurški rječnik

pneumatski akumulator- pneumatinis akumuliatorius statusas T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro energijas kaupiklis. atitikmenys: engl. pneumatski akumulator vok. Druckluftspeicher, m rus. pneumatski akumulator, m; pneumatski akumulator, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

PNEUMATSKI AKUMULATOR- rezervoar sa vazduhom (ili drugim gasom), spojen na vazdušni kanal i opremljen sigurnosnim uređajem. ventil, koji se reguliše na zadati maksimalni pritisak. Koristi se u složenim pneumatskim aplikacijama. mreže za izjednačavanje radnog pritiska, na vetro-električni ... ... Veliki enciklopedijski politehnički rječnik

baterija (višeznačna odrednica)- Baterija (lat. akumulatorski kolektor, od lat. accumulo sakupljati, akumulirati) uređaj za skladištenje energije u svrhu njenog naknadnog korišćenja. Auto akumulator baterija koja se koristi u autu... ... Wikipedia

Baterija- Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Baterija (značenja). Baterija (lat. akumulatorski kolektor, od lat. accumulo sakupljati, akumulirati) uređaj za skladištenje energije u svrhu njenog naknadnog korišćenja, ... ... Wikipedia

BATERIJA- (od latinskog akumulatora collector) uređaj za skladištenje energije u svrhu njene naknadne upotrebe. 1) Električna baterija pretvara električnu energiju u hemijsku i po potrebi obezbeđuje obrnutu konverziju;...... Veliki enciklopedijski rječnik

BATERIJA Moderna enciklopedija

Baterija- (od latinskog akumulatora kolektor), uređaj za skladištenje energije u svrhu njene naknadne upotrebe. 1) Električna baterija galvanska ćelija višekratnu upotrebu; pretvara električnu energiju u hemijsku i... Ilustrovani enciklopedijski rječnik

baterija- A; m. Uređaj za skladištenje energije u svrhu njene naknadne upotrebe. Termički, električni a. Naplata a. ◁ Punjiva, oh, oh. A. tenk. I baterija. * * * baterija (iz latinskog sakupljača akumulatora), uređaj za skladištenje ... ... enciklopedijski rječnik

Baterija- (lat. akumulatorski kolektor, od accumulo sakupljati, akumulirati) uređaj za skladištenje energije u svrhu njene naknadne upotrebe. U zavisnosti od vrste akumulirane energije, A. se razlikuju: električna, hidraulična, toplotna, ... ... Velika sovjetska enciklopedija

Pećina, kompresor i plinska turbina - tako funkcionira pneumatski akumulator. U SAD-u je prvi takav uređaj napravljen 1991. godine u McIntoshu, Alabama. Njegova svrha je izglađivanje vršnih opterećenja u elektranama.

U akumulacionom režimu, vazduh se kompresorima dovodi u podzemno skladište (prirodna slana pećina) zapremine 538 hiljada kubnih metara. do pritiska od 77 atm. Kada se potrošnja energije na mreži neočekivano poveća, zrak izlazi i oslobađa struju u sistem. Vrijeme pražnjenja rezervoara na niži radni tlak od 46 atm je 26 sati, pri čemu stanica proizvodi 110 MW snage.

Komprimirani zrak ne okreće turbinu sam od sebe, već ulazi u plinsku turbinu. Budući da se 2/3 snage plinske turbine obično troši na pogon kompresora, koji u nju pumpa zrak, postižu se značajne uštede. Prije ulaska u turbinu, zrak se zagrijava u izmjenjivaču topline (rekuperatoru) sa produktima sagorijevanja, što također dodaje efikasnost.

Oni primjećuju smanjenje potrošnje plina za 60...70% u odnosu na tradicionalnu plinsku turbinu, brz start iz hladnog stanja (nekoliko minuta) i Dobar posao pri malim opterećenjima.

Izgradnja Mcntosh stanice trajala je 30 mjeseci i koštala je 65 miliona dolara.

Projekat u Alabami nije jedinstven. Davne 1978. godine, u Huntorfu, Nemci su pokrenuli skladište od 290 MW (2 sata rada) u dve slane pećine na dubini od 600...800 m sa opsegom pritiska od 50...70 atm. Skladište je prvobitno služilo kao vruća rezerva za industriju u sjeverozapadnoj Njemačkoj, a sada se koristi za izjednačavanje vrhunaca proizvodnje. vjetroelektrane.

Pišu da su u Donbasu tokom sovjetske ere planirali da u istoj pećini ugrade pneumatsku bateriju od 1050 MW, njena sudbina nije poznata.

U Teksasu je 2012. godine otvoreno pneumatsko skladište od 500 MWh pored vjetroelektrane od 2 megavata, ali o tome ima malo specifičnosti.

Lanac tehnološkog ciklusa proizvodnje električne energije nužno uključuje takvu kariku kao što je uređaj za skladištenje (baterija). IN tradicionalnim načinima U proizvodnji električne energije rezerve energije se akumuliraju u preliminarnom, “neelektričnom” obliku, a ova karika, jedinica za skladištenje energije, nalazi se direktno ispred elektrogeneratora.

Akumulacija hidroelektrane je projektovana za akumulaciju potencijalna energija riječne vode u gravitacionom polju Zemlje, podižući je na određenu visinu uz pomoć brane. Termoelektrana akumulira u svojim skladišnim objektima rezerve čvrstog ili tekućeg goriva neophodne za nesmetan rad, ili ga opskrbljuje cjevovodom prirodni gas, čija kalorijska vrijednost garantuje potrebnu opskrbu energijom. Reaktorske šipke nuklearnih elektrana predstavljaju zalihe nuklearnog goriva koje ima određeni resurs nuklearne energije dostupan za korištenje.

Režim konstantne snage dostupan je za sve navedene tipove generatora struje. Količina proizvedene energije je regulisana u širokim granicama zavisno od nivoa trenutne potrošnje energije. Alternativni izvori (vjetar, plima, geotermalna energija, solarna energija) ne mogu garantirati konstantna snaga generator na potrebnom ovog trenutka nivo. Uređaj za skladištenje, prema tome, nije toliko skladište resursa koliko uređaj za prigušivanje, čineći potrošnju energije manje zavisnom od fluktuacija snage izvora. Energija izvora se akumulira u uređaju za skladištenje, a kasnije se po potrebi troši u obliku električna energija. Štaviše, njegova cijena uvelike ovisi o cijeni pogona.

Karakteristična karakteristika uređaja za skladištenje u alternativnim izvorima energije je da se energija akumulirana u njemu može potrošiti u druge svrhe. Na primjer, uz njihovu pomoć mogu se generirati jaka i super-jaka magnetna polja.

Jedinice mjerenja energije prihvaćene u fizici i energiji i odnosi između njih: 1 kWh, odnosno 1000 W 3600 s - isto kao 3,6 MJ. Prema tome, 1 MJ je ekvivalentan 1/3,6 kWh, odnosno 0,278 kWh

Neki uobičajeni uređaji za skladištenje energije:

Odmah da rezervišemo: ova recenzija nije puna klasifikacija uređaji za skladištenje koji se koriste u energetskom sektoru, osim onih o kojima se ovdje govori, postoje termalni, opružni, indukcijski i razne druge vrste uređaja za pohranu energije.

1. Skladištenje tipa kondenzatora

Energija koju pohranjuje kondenzator od 1 F na naponu od 220 V je: E = CU2 /2 = 1 2202 /2 kJ = 24 200 J = 0,0242 MJ ~ 6,73 Wh. Težina jednog takvog elektrolitskog kondenzatora može doseći 120 kg. Po jedinici mase specifične energije ispada da je nešto više od 0,2 kJ/kg. Rad pogona na sat moguć je uz opterećenje unutar 7 W. Elektrolitički kondenzatori može trajati do 20 godina. Ionistori (superkondenzatori) imaju veliku gustinu energije i snage (oko 13 Wh/l = 46,8 kJ/l i do 6 kW/l, respektivno), sa resursom od oko 1 milion ciklusa punjenja. Neosporna prednost kondenzatorskog uređaja za pohranu je mogućnost korištenja akumulirane energije u kratkom vremenskom periodu.

2. Uređaji za skladištenje gravitacionog tipa

Uređaji za skladištenje energije tipa zabijač šipova pohranjuju energiju pri podizanju zabijača od 2 tone ili više na visinu od oko 4 m. Kretanje pokretnog dijela zabijača šipova oslobađa potencijalnu energiju tijela, prenoseći je na električni generator. Količina proizvedene energije E = mgh u idealnom slučaju (bez uzimanja u obzir gubitaka zbog trenja) bit će ~ 2000 10 4 kJ = 80 kJ ~ 22,24 Wh. Specifična energija po jedinici mase žene copra ispada jednaka 0,04 kJ/kg. U roku od sat vremena, pogon je u stanju da obezbedi opterećenje do 22 W. Očekivani vijek trajanja mehanički dizajn prelazi 20 godina. Energija koju tijelo akumulira u gravitacionom polju također se može potrošiti u kratkom vremenskom periodu, što je prednost ove opcije.

Hidraulični akumulator koristi energiju vode (težine oko 8-10 tona) koja se pumpa iz bunara u rezervoar vodotornja. U obrnutom kretanju, pod uticajem gravitacije, voda rotira turbinu električnog generatora. Konvencionalna vakuum pumpa može lako pumpati vodu do visine do 10 m. Pohranjena energija je E = mgh ~ 10000 8 10 J = 0,8 MJ = 0,223 kW sat. Specifična energija po jedinici mase je jednaka 0,08 kJ/kg. Opterećenje koje osigurava pogon za sat vremena je unutar 225 W. Pogon može trajati 20 godina ili duže. Vetromotor može direktno pokretati pumpu (bez pretvaranja energije u električnu energiju, što je povezano sa određenim gubicima), a voda u rezervoaru tornja može se po potrebi koristiti za druge potrebe.

3. Skladištenje zasnovano na zamašnjaku

Kinetička energija rotirajućeg zamajca određuje se na sljedeći način: E = J w2/2, J znači unutrašnji moment inercije metalnog cilindra (pošto se rotira oko ose simetrije), w je kutna brzina rotacije.

Sa radijusom R i visinom H, cilindar ima moment inercije:

J = M R^2 /2 = pi * p R^4 H/2

gdje je p gustina metala - materijala cilindra, proizvod pi* R^2 H je njegova zapremina.

Maksimalno moguće linearna brzina tačke na površini cilindra Vmax (oko 200 m/s za čelični zamašnjak).

Vmax = wmax*R, odakle je wmax = Vmax/R

Maksimalna moguća energija rotacije Emax = J wmax^2/2 = 0,25 pi*p R2^2 H V2max = 0,25 M Vmax^2

Energija po jedinici mase je: Emax/M = 0,25 Vmax^2

Specifična energija ako je cilindrični zamašnjak napravljen od čelika iznosit će oko 10 kJ/kg. Zamašnjak težine 200 kg (sa linearnim dimenzijama H = 0,2 m, R = 0,2 m) skladišti energiju Emax = 0,25 pi 8000 0,22 0,2 ​​2002 ~ 2 MJ ~ 0,556 kWh. Maksimalno opterećenje zamašnjaka za sat vremena ne utiče na uređaj za skladištenje preko 560 W. Zamajac može trajati 20 godina ili više. Prednosti: brzo oslobađanje akumulirane energije, mogućnost značajnog poboljšanja karakteristika odabirom materijala i promjenom geometrijske karakteristike zamajac.

4. Skladištenje u obliku hemikalije baterija(olovna kiselina)

Klasična punjiva baterija, kapaciteta 190 Ah pri izlaznom naponu od 12 V i 50% pražnjenja, sposobna je isporučiti struju od oko 10 A tokom 9 sati. Oslobođena energija će biti 10 A 12 V 9 h = 1,08 kWh, ili približno 3,9 MJ po ciklusu. Uzimajući masu baterije jednaku 65 kg, imamo specifičnu energiju od 60 kJ/kg. Maksimalno opterećenje koje baterija može pružiti za sat vremena ne prelazi 1080 W. Garantni period Vijek trajanja visokokvalitetnih baterija je 3 - 5 godina, ovisno o intenzitetu korištenja. Moguće je direktno primati električnu energiju iz baterije sa izlaznom strujom koja dostiže hiljade ampera, sa izlaznim naponom od 12 V, što odgovara automobilskom standardu. Mnogi uređaji dizajnirani za konstantni napon od 12 V kompatibilni su s baterijom; dostupni su pretvarači 12/220 V različite izlazne snage.

5. Skladište pneumatskog tipa

Vazduh koji se upumpava u čelični rezervoar zapremine 1 kubni metar do pritiska od 40 atmosfera obavlja rad u uslovima izotermnog širenja. Rad A koji izvrši idealan gas pod uslovima T=const određuje se prema formuli:

A = (M / mu) R T ln (V2 / V1)

Ovdje je M masa plina, mu je masa 1 mola istog plina, R = 8,31 J/(mol K), T je temperatura izračunata na apsolutnoj Kelvinovoj skali, V1 i V2 su početna i konačna zapremina koju zauzima gas (pri ovome V2 / V1 = 40 kada se proširi na atmosferski pritisak unutar rezervoara). Za izotermno širenje vrijedi Boyle-Marriott zakon: P1V1 = P2 V2. Uzmimo T = 298 0K (250C) Za vazduh M / mu ~ 40: 0,0224 = 1785,6 mola supstance, gas radi A = 1785,6 8,31 298 ln 50 ~ 16 MJ ~ 4,45 kWh po ciklusu. Zidovi rezervoara, dizajnirani za pritisak od 40-50 atmosfera, moraju imati debljinu od najmanje 5 mm, pa će stoga masa uređaja za skladištenje biti oko 250 kg. Pohranjeni podaci pneumatsko skladište specifična energija će biti jednaka 64 kJ/kg. Maksimalna snaga koju obezbeđuje pneumatski akumulator tokom jednog sata rada biće 4,5 kW. Zagarantovan životni vijek, kao i većina pogona zasnovanih na performansama mehanički rad njihovi strukturni dijelovi su stari od 20 godina. Prednosti ovog tipa skladišta: mogućnost lociranja rezervoara pod zemljom; rezervoar može biti standard plinski cilindar Uz korištenje odgovarajuće opreme, vjetroturbina je sposobna direktno prenijeti kretanje na pumpu kompresora. Osim toga, mnogi uređaji direktno koriste pohranjenu energiju komprimiranog zraka u spremniku.

U zbirnoj tabeli predstavljamo parametre razmatranih tipova uređaja za skladištenje energije:

Autonomni inženjeri se često pitaju kako prikupiti, uskladištiti i iskoristiti “dodatnu” energiju. Postoji nekoliko razloga za pojavu nedovoljno prikupljenih kW - prevelika količina SB, faze punjenja koje ne koriste sistem 100%, nepotrebno sunčanih dana, odsustvo vlasnika kuće itd.
Najlakši način su baterije. Ovisno o vjerskim uvjerenjima, mogu biti različiti: olovno-kiseli, alkalni, nikl-kadmijum, “lifer” itd. Ali u svakom slučaju, baterijski dio baterije čini 50% (vjerovatnije 60%) troškova konačnog kWh Dakle, svi plesovi su usredsređeni oko njih, dragi moji.
Negdje u odeljku je napomenuto da se razvojni put baterijske tehnologije nije razvijao prema scenariju koji su potrebne alternative - efikasnosti sa relativno malim dimenzijama. Međutim, u privatnoj kući u kojoj nema električnih mreža često ima puno zemlje. Ova ideja proizlazi iz jednostavne činjenice – mnogi ljudi žele pobjeći od gradske vreve i kupiti parcele često ne samo daleko od gradova, i izvan velike koncentracije ljudi, već i daleko od civilizacije kao takve, gdje nema komunikacija, pa čak i struja. Zato alternativci vrlo često imaju takvu vrstu resursa kao što je prostor. Ono što tradicionalne tehnologije baterija ne uzimaju u obzir. Dakle, možete potražiti netradicionalne. AndreyNS, pokrenuo je nekoliko tema o ovom pitanju i time mi dao ideju da tražim opcije.
Postoji mnogo super alternativnih načina za uštedu alternativne energije ne u tradicionalnim računima.
A jedan od njih koji sam odlučio predstaviti je... pneumatski akumulator!
Princip je jednostavan - višak električne energije tokom dana se pretvara u komprimirani zrak. Zatim ga po potrebi puštamo preko pneumatskog motora, koji rotira generator koji puni baterije noću, u slučaju SB, ili u mirnim uslovima, u slučaju VG.
To izgleda otprilike ovako:

Mislim da je princip jasan većini mojih kolega.
Princip je princip, ali mene prvenstveno zanima ekonomska opravdanost ovakvog tipa akumulatora. Pitam se koliko košta energija pohranjena na ovaj način i može li se takmičiti sa tradicionalnim metodama.
Da bih to učinio, malo sam istražio koliko košta u smislu pneumoakusa. Radi praktičnosti i lakše percepcije, sve cijene će biti u dolarima, a izostavićemo i neke sitnice kao što su žice, cijevi itd. Ipak, u proračun sam uključio kompresor, zračni motor i gen.
Dakle.
1. Najvažniji je kapacitet. Ovo je najskuplji dio pneumoacc-a, ali i najizdržljiviji i najpouzdaniji s gotovo neograničenim radnim satima, ciklusima ili godinama. Na internetu sam pronašao polovan rezervoar za gas od 16 kubika. za oko 2 hiljade dolara.
2. Kompresor. Postoji mnogo opcija. Od automobilskih sa podmazivanjem i hlađenjem do poluindustrijskih, da tako kažem, „za građevinarstvo“. ja biram nova glava(imamo kontejner), sa karakteristikama koje su mi potrebne - oko 80$. Postoji opcija sa kompresorima za MAZ-KAMAZ, jeftiniji je i pouzdaniji, ali ne daju potreban pritisak (do 16 atmosfera).
3. Pneumatski motor. Na internetu sam našao gotovu za 250W sa protokom od 6,67 l/sec. Za to nema cijene, tako da ćemo raditi s cijenama pneumatskih alata. Nova bušilica ili brusilica košta oko 25 dolara.
4. Generator. Najstvarniji je auto iz, recimo, vaze. Novo 80$, rabljeno 35. Procijenjeni broj sati motora od 15k.
Kratak opis konkretnog sistema. Kompresor ima kapacitet od 300-400 l/min, što mu omogućava da napuni kontejner za 10 sati. Pneumatski motor troši 6,67 l/sec, odnosno 24 kubna metra. u jedan sat. Kapacitet od 16 kubnih metara, pumpan do 16 atm, dovoljan je za 10,7 sati. To jest, imamo 10,7 sati x 250W = 2,675 kW. Ovo je otprilike uporedivo sa automobilskom baterijom od 225 Ah. Tačnije, sa jednim, 100% ciklusom. U mom sistemu ima oko 250 dana viška električne energije godišnje, što znači da imamo 250 ciklusa godišnje.
Trošak normalnog auto računa, minus metal, je oko 200 dolara. Ali može raditi maksimalno 250 ciklusa pri 100% pražnjenju.
Drugim riječima, ovaj pneumatski sistem za stvaranje skladišta zamjenjuje 1 automobilsku bateriju godišnje. Ili 200 dolara godišnje.
Sada na naš pneumoacc.
1. Kapacitet. Vek trajanja od 50 godina. Zapravo, uz redovno farbanje, potrebno je 500 ili 5000 godina, ali uzmimo 50 i da ne računamo boju. To znači da dijelimo 2000 $ (njegov trošak) sa 50 i dobijemo oko 40 $ godišnje.
2. Kompresor. Uzmimo vijek trajanja na 10.000 sati motora. U skladu s tim, 10.000 podijelimo sa 250 ciklusa i sa 10 sati (rad u svakom ciklusu) dobijemo 4 godine. Podijelite 80 dolara sa 4 da dobijete 20 dolara godišnje.
3. Pneumatski motor. Vijek trajanja jeftinih pneumatskih alata iz trgovine ne može se razumno procijeniti. Ipak, računajmo to kao 10.000 sati motora, uzimajući u obzir mogućnost kupovine dobar alat korišten jeftino. Daljnjih 10000 / 250 dana / 10 sati dobijamo iste 4 godine. 25 dolara se ne može podijeliti sa četiri, ali mi ćemo podijeliti i dobiti 6 dolara godišnje.
4. Gen. Vijek trajanja motora je oko 20 hiljada motor-sati (i nemojte se svađati sa mnom!). 20000 / 250 /10 = 8 godina ili 10 USD godišnje.

Ukupno imamo:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
76 dolara godišnje.
Odnosno, posjedovanje takvog pneumatskog akumulativno-generirajućeg sistema je skoro 3 puta jeftinije od kupovine 1 automobilske baterije godišnje!
I još nisam dodao posebno punjenje električnoj bateriji, što joj je nesumnjivo potrebno.
Samo tako.
Ove kalkulacije su me, blago rečeno, iznenadile. Naravno, nema efikasnosti - pumpamo 1,5 - 2 kW, dobijemo 200-250, ali meni lično ovo odgovara.
Možete pokušati izračunati malo drugačije: pneumatska baterija generira noću direktno na bateriju i možete otprilike procijeniti koliko će se smanjiti dubina pražnjenja i, shodno tome, koliko rjeđe trebate mijenjati električnu bateriju, i shodno tome, šta ekonomska efikasnost ovu ideju.
Ako se sistem poveća za 2-10 puta, efikasnost će se, u teoriji, još više poboljšati.
Čini se da je vrijeme za početak eksperimenata u punom obimu. Imam skoro sve iz kompleta, osim pneumatskog motora, ali ću ga ili kupiti za 50 grivna (6 dolara) ili ću, što je skuplje, zamoliti nekoga na privremeno korištenje.