Αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES) - Πνευματική αποθήκευση ενέργειας. Πώς λειτουργεί ένας πνευματικός συσσωρευτής ενέργειας Ενεργειακή χωρητικότητα χημικών συσσωρευτών

Μια δεξαμενή αέρα ή άλλου αερίου συνδεδεμένη σε έναν αγωγό και εξοπλισμένη με βαλβίδα ασφαλείας ρυθμιζόμενη σε μια καθορισμένη πίεση. Ένας πνευματικός συσσωρευτής είναι απαραίτητο στοιχείο των μηχανών αμμοφύσησης και αμμοβολής για την κατασκευή... ... Μεταλλουργικό λεξικό

πνευματικός συσσωρευτής- pneumatinis akumuliatorius statusas T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro energijos kaupiklis. ατιτικμενύς: αγγλ. πνευματικός συσσωρευτής vok. Druckluftspeicher, m rus. πνευματικός συσσωρευτής, Μ; πνευματικός συσσωρευτής, m pranc.…… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΗΣ- μια δεξαμενή με αέρα (ή άλλο αέριο), συνδεδεμένη στον αγωγό αέρα και εξοπλισμένη με διάταξη ασφαλείας. βαλβίδα, η οποία ρυθμίζεται σε μια δεδομένη μέγιστη πίεση. Χρησιμοποιείται σε πολύπλοκες πνευματικές εφαρμογές. δίκτυα εξισορρόπησης της πίεσης λειτουργίας, σε αιολικό-ηλεκτρικό... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Πολυτεχνικό Λεξικό

Μπαταρία (αποσαφήνιση)- Μπαταρία (λατ. συσσωρευτής συλλέκτης, από λατ. συσσωρεύω συλλέγω, συσσωρεύω) συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για τον σκοπό της μετέπειτα χρήσης της. Η μπαταρία αυτοκινήτου είναι μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία που χρησιμοποιείται σε ένα αυτοκίνητο... ... Wikipedia

Μπαταρία- Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, βλέπε Μπαταρία (έννοιες). Μπαταρία (λατ. συσσωρευτής συλλέκτης, από το λατ. συσσωρεύω συλλέγω, συσσωρεύω) μια συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για το σκοπό της μετέπειτα χρήσης της, ... ... Wikipedia

ΜΠΑΤΑΡΙΑ- (από το λατινικό συλλέκτης συσσωρευτής) συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για τον σκοπό της μετέπειτα χρήσης της. 1) Μια ηλεκτρική μπαταρία μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε χημική ενέργεια και, όπως χρειάζεται, παρέχει την αντίστροφη μετατροπή. Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

ΜΠΑΤΑΡΙΑ Σύγχρονη εγκυκλοπαίδεια

Μπαταρία- (από το λατινικό συλλέκτης συσσωρευτής), συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για τον σκοπό της μετέπειτα χρήσης της. 1) Ηλεκτρική μπαταρία γαλβανικό στοιχείοεπαναχρησιμοποιήσιμο? μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε χημική ενέργεια και... Εικονογραφημένο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

μπαταρία- ΕΝΑ; μ. Συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για τον σκοπό της μετέπειτα χρήσης της. Θερμικά, ηλεκτρικά α. Χρέωση α. ◁ Επαναφορτιζόμενη, ω, ω. Α. δεξαμενή. Και η μπαταρία. * * * μπαταρία (από λατινικό συλλέκτη συσσωρευτή), συσκευή αποθήκευσης... ... εγκυκλοπαιδικό λεξικό

Μπαταρία- (λατ. συσσωρευτής συλλέκτης, από συσσωρεύω, συσσωρεύω) συσκευή αποθήκευσης ενέργειας για τον σκοπό της μετέπειτα χρήσης της. Ανάλογα με το είδος της συσσωρευμένης ενέργειας, τα Α. διακρίνονται: ηλεκτρικά, υδραυλικά, θερμικά,... ... Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια

Η απλούστερη τέτοια μπαταρία είναι μια κανονική. κύλινδρος αερίου, στο οποίο τη στιγμή της αιχμής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ο συμπιεστής αντλεί αέρα από κάτω υψηλή πίεση. Όταν η παραγωγή ενέργειας πέφτει ή, αντίθετα, η κατανάλωσή της αυξάνεται απότομα, η βαλβίδα ανοίγει και ο πεπιεσμένος αέρας που διαφεύγει περιστρέφει τον στρόβιλο της γεννήτριας. Η απόδοση μιας τέτοιας εγκατάστασης αποδεικνύεται σχετικά μικρή, αλλά δεδομένου του γεγονότος ότι συχνά στην αιχμή της παραγωγής η ενέργεια απλώς πάει χαμένη, θερμαίνοντας τον περιβάλλοντα χώρο, ακόμη και αυτή η προσθήκη δεν πρέπει να παραμεληθεί.

Πώς μπορείτε να αυξήσετε την απόδοση και να μειώσετε το σχετικό κόστος ενός τέτοιου συστήματος; Σε μια ρύθμιση που ονομάζεται Συμπιεσμένος αέρας Energy Storage (CAES), που κατασκευάστηκε για πρώτη φορά από τις ΗΠΑ το 1991 στο McIntosh της Αλαμπάμα. Ένα φυσικό υπόγειο σπήλαιο αλατιού χρησιμοποιείται ως δεξαμενή. Το στρώμα αλατιού δεν αφήνει τον αέρα να περάσει, ακόμη και από κάτω υψηλή πίεση- μικρούς κόκκους, η αλατόσκονη σφραγίζει τις μικρότερες ρωγμές που μπορεί να εμφανιστούν στο πάχος του σχηματισμού. Αέρας στο σπήλαιο με όγκο 538 χιλιάδες κυβικά μέτρα. αντλείται από συμπιεστή σε πίεση 77 ατμοσφαιρών. Όταν η κατανάλωση ρεύματος στο δίκτυο αυξάνεται απροσδόκητα, ο αέρας διαφεύγει και απελευθερώνει ρεύμα στο σύστημα. Ο χρόνος εκκένωσης της δεξαμενής σε χαμηλότερη πίεση λειτουργίας 46 atm είναι 26 ώρες, κατά τις οποίες ο σταθμός παράγει ισχύ 110 MW.

Πώς να αυξήσετε την απόδοση του συστήματος; Ο πεπιεσμένος αέρας δεν περιστρέφει την πτερωτή από μόνος του, αλλά αναμιγνύεται με φυσικό αέριο και τροφοδοτείται στον αεριοστρόβιλο. Τα περισσότερα απόΗ ισχύς ενός αεριοστρόβιλου (μέχρι τα δύο τρίτα) δαπανάται συνήθως για την οδήγηση του συμπιεστή, ο οποίος αντλεί αέρα σε αυτόν - εδώ επιτυγχάνουμε σημαντικές εξοικονομήσεις. Επιπλέον, πριν εισέλθει στον στρόβιλο, ο αέρας θερμαίνεται στον εναλλάκτη θερμότητας (ανακτητής) με προϊόντα καύσης, γεγονός που προσθέτει επίσης απόδοση.

Συνολικά, όντας ίσο με έναν παραδοσιακό αεριοστρόβιλο, αυτό το σχήμα παρέχει μείωση της κατανάλωσης αερίου κατά 60...70%, γρήγορη εκκίνηση από ψυχρή κατάσταση (αρκετά λεπτά) και Καλή δουλειάσε χαμηλά φορτία. Ο σταθμός Mcntosh χρειάστηκε 30 μήνες για να κατασκευαστεί και κόστισε 65 εκατομμύρια δολάρια (ακόμη και παρά την παρουσία ενός φυσικού σπηλαίου αλατιού).

Εκτός από το έργο στην Αλαμπάμα, το 1978 στο Χάντορφ, οι Γερμανοί εγκαινίασαν μια εγκατάσταση αποθήκευσης 290 MW (2 ώρες λειτουργίας) σε δύο αλυκές σε βάθος 600...800 m με εύρος πίεσης 50... 70 ατμόσφαιρες. Η εγκατάσταση αποθήκευσης χρησίμευε αρχικά ως ζεστό απόθεμα για τη βιομηχανία στη βορειοδυτική Γερμανία και τώρα χρησιμοποιείται για την εξομάλυνση των κορυφών στην παραγωγή αιολικών πάρκων.

Στη σοβιετική εποχή, σχεδιάστηκε να κατασκευαστεί μια πνευματική μπαταρία 1050 MW στο Donbass, αλλά δυστυχώς, όπως πολλά έργα εκείνων των χρόνων, όλα παρέμειναν στα χαρτιά.

Λοιπόν, ένα βίντεο από τους προγραμματιστές του έργου.

Οικολογία της γνώσης Επιστήμη και τεχνολογία: Στο πλαίσιο της ενεργού ανάπτυξης των νέων τεχνολογιών στον ενεργειακό τομέα, οι συσκευές αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούν γνωστή τάση. Αυτή είναι μια λύση υψηλής ποιότητας στο πρόβλημα των διακοπών ρεύματος ή της παντελούς έλλειψης ενέργειας.

Υπάρχει ένα ερώτημα: «Ποια μέθοδος αποθήκευσης ενέργειας είναι προτιμότερη σε μια δεδομένη κατάσταση;». Για παράδειγμα, ποια μέθοδο αποθήκευσης ενέργειας πρέπει να επιλέξω για μια ιδιωτική κατοικία ή εξοχική κατοικία εξοπλισμένη με ηλιακή ή αιολική εγκατάσταση; Προφανώς, σε αυτή την περίπτωση κανείς δεν θα κατασκευάσει έναν μεγάλο αντλιοστάσιο αποθήκευσης, αλλά είναι δυνατό να εγκαταστήσετε μια μεγάλη δεξαμενή, ανεβάζοντάς την σε ύψος 10 μέτρων. Θα επαρκεί όμως μια τέτοια εγκατάσταση για να διατηρείται σταθερή η παροχή ρεύματος απουσία ήλιου;

Για να απαντήσουμε στα ερωτήματα που προκύπτουν, είναι απαραίτητο να αναπτύξουμε ορισμένα κριτήρια για την αξιολόγηση των μπαταριών που θα μας επιτρέψουν να αποκτήσουμε αντικειμενικές αξιολογήσεις. Και για να το κάνετε αυτό, πρέπει να λάβετε υπόψη διάφορες παραμέτρους μονάδας δίσκου που σας επιτρέπουν να λαμβάνετε αριθμητικές εκτιμήσεις.

Χωρητικότητα ή συσσωρευμένη χρέωση;

Όταν μιλούν ή γράφουν για τις μπαταρίες αυτοκινήτων, συχνά αναφέρουν μια τιμή που ονομάζεται χωρητικότητα της μπαταρίας και εκφράζεται σε αμπέρ ώρες (για μικρές μπαταρίες - σε χιλιοστά αμπέρ ώρες). Αλλά, αυστηρά μιλώντας, η αμπερώρα δεν είναι μονάδα χωρητικότητας. Στην ηλεκτρική θεωρία, η χωρητικότητα μετριέται σε farads. Και η αμπερώρα είναι μονάδα μέτρησης φορτίου! Δηλαδή, η συσσωρευμένη φόρτιση θα πρέπει να θεωρείται (και να ονομάζεται έτσι) ως χαρακτηριστικό της μπαταρίας.

Στη φυσική, το φορτίο μετριέται σε κουλόμπ. Κουλόμπ είναι η ποσότητα φορτίου που διέρχεται από έναν αγωγό με ρεύμα 1 αμπέρ σε ένα δευτερόλεπτο. Εφόσον το 1 C/s είναι ίσο με 1 A, τότε, μετατρέποντας τις ώρες σε δευτερόλεπτα, βρίσκουμε ότι μια αμπερώρα θα είναι ίση με 3600 C.

Πρέπει να σημειωθεί ότι ακόμη και από τον ορισμό του κουλόμπ είναι σαφές ότι το φορτίο χαρακτηρίζει μια συγκεκριμένη διαδικασία, δηλαδή τη διαδικασία διέλευσης ρεύματος από έναν αγωγό. Το ίδιο πράγμα προκύπτει ακόμη και από το όνομα μιας άλλης ποσότητας: μία αμπέρ-ώρα είναι όταν ένα ρεύμα ενός αμπέρ ρέει μέσα από έναν αγωγό για μια ώρα.

Με την πρώτη ματιά, μπορεί να φαίνεται ότι υπάρχει κάποιο είδος ασυνέπειας εδώ. Άλλωστε, αν μιλάμε για εξοικονόμηση ενέργειας, τότε η ενέργεια που συσσωρεύεται σε οποιαδήποτε μπαταρία θα πρέπει να μετράται σε τζάουλ, αφού το τζάουλ στη φυσική είναι η μονάδα μέτρησης της ενέργειας. Ας θυμηθούμε όμως ότι το ρεύμα σε έναν αγωγό εμφανίζεται μόνο όταν υπάρχει διαφορά δυναμικού στα άκρα του αγωγού, δηλαδή εφαρμόζεται τάση στον αγωγό. Εάν η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας είναι 1 volt και μια φόρτιση μιας αμπέρ-ώρας ρέει μέσω του αγωγού, διαπιστώνουμε ότι η μπαταρία έχει παραδώσει 1 V · 1 Ah = 1 Wh ενέργειας.

Έτσι, σε σχέση με τις μπαταρίες, είναι πιο σωστό να μιλάμε για συσσωρευμένη ενέργεια (αποθηκευμένη ενέργεια) ή συσσωρευμένη (αποθηκευμένη) φόρτιση. Ωστόσο, καθώς ο όρος «χωρητικότητα μπαταρίας» είναι ευρέως διαδεδομένος και κάπως πιο οικείος, θα τον χρησιμοποιήσουμε, αλλά με κάποια διευκρίνιση, δηλαδή, θα μιλήσουμε για ενεργειακή χωρητικότητα.

Ενεργειακή χωρητικότητα - η ενέργεια που εκπέμπεται από μια πλήρως φορτισμένη μπαταρία όταν αποφορτίζεται στη χαμηλότερη επιτρεπόμενη τιμή.

Χρησιμοποιώντας αυτήν την έννοια, θα προσπαθήσουμε να υπολογίσουμε και να συγκρίνουμε κατά προσέγγιση την ενεργειακή χωρητικότητα διάφοροι τύποισυσκευές αποθήκευσης ενέργειας.

Ενεργειακή χωρητικότητα χημικών μπαταριών

Πλήρως φορτισμένο ηλεκτρική μπαταρίαμε δηλωμένη χωρητικότητα (φόρτιση) 1 Ah, είναι θεωρητικά ικανό να παρέχει ρεύμα 1 αμπέρ για μία ώρα (ή, για παράδειγμα, 10 Α για 0,1 ώρα ή 0,1 Α για 10 ώρες). Αλλά το υπερβολικό ρεύμα εκφόρτισης της μπαταρίας οδηγεί σε λιγότερο αποδοτική παροχή ισχύος, η οποία μειώνει μη γραμμικά το χρόνο λειτουργίας με τέτοιο ρεύμα και μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση. Στην πράξη, η χωρητικότητα της μπαταρίας υπολογίζεται με βάση έναν κύκλο εκφόρτισης 20 ωρών στην τελική τάση. Για τις μπαταρίες αυτοκινήτων, είναι 10,8 V. Για παράδειγμα, η επιγραφή στην ετικέτα της μπαταρίας "55 Ah" σημαίνει ότι μπορεί να παρέχει ρεύμα 2,75 αμπέρ για 20 ώρες και η τάση στους ακροδέκτες δεν θα πέσει κάτω από 10,8 IN .

Οι κατασκευαστές μπαταριών συχνά υποδεικνύουν τεχνικές προδιαγραφέςτων προϊόντων τους, την αποθηκευμένη ενέργεια σε Wh (Wh) και όχι την αποθηκευμένη φόρτιση σε mAh (mAh), κάτι που, σε γενικές γραμμές, δεν είναι σωστό. Ο υπολογισμός της αποθηκευμένης ενέργειας από το αποθηκευμένο φορτίο δεν είναι εύκολος στη γενική περίπτωση: απαιτείται ολοκλήρωση στιγμιαία δύναμη, που εκδίδεται από την μπαταρία για όλο το χρόνο της εκφόρτισής της. Εάν δεν απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια, αντί για ενοποίηση, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις μέσες τιμές κατανάλωσης τάσης και ρεύματος και να χρησιμοποιήσετε τον τύπο:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

Δηλαδή, η αποθηκευμένη ενέργεια (σε Wh) είναι περίπου ίση με το γινόμενο του αποθηκευμένου φορτίου (σε Ah) και της μέσης τάσης (σε Volts): μι = q · U. Για παράδειγμα, εάν η χωρητικότητα (με τη συνήθη έννοια) μιας μπαταρίας 12 volt δηλωθεί ότι είναι 60 Ah, τότε η αποθηκευμένη ενέργεια, δηλαδή η ενεργειακή της χωρητικότητα, θα είναι 720 W ώρες.

Ενεργειακή χωρητικότητα συσκευών αποθήκευσης βαρυτικής ενέργειας

Σε οποιοδήποτε εγχειρίδιο φυσικής μπορείτε να διαβάσετε ότι το έργο A που γίνεται από κάποια δύναμη F κατά την ανύψωση ενός σώματος μάζας m σε ύψος h υπολογίζεται με τον τύπο A = m · g · h, όπου g είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας. Αυτός ο τύπος λαμβάνει χώρα στην περίπτωση που το σώμα κινείται αργά και οι δυνάμεις τριβής μπορούν να παραβλεφθούν. Η εργασία ενάντια στη βαρύτητα δεν εξαρτάται από το πώς σηκώνουμε το σώμα: κατακόρυφα (όπως ένα βάρος σε ένα ρολόι), κατά μήκος ενός κεκλιμένου επιπέδου (όπως όταν τραβάμε ένα έλκηθρο στο βουνό) ή με οποιονδήποτε άλλο τρόπο.

Σε όλες τις περιπτώσεις, εργασία A = m · g · h. Όταν χαμηλώνουμε το σώμα στο αρχικό του επίπεδο, η δύναμη της βαρύτητας θα παράγει το ίδιο έργο που δαπανήθηκε από τη δύναμη F για να ανυψώσει το σώμα. Αυτό σημαίνει ότι όταν σηκώνουμε ένα σώμα, έχουμε αποθηκεύσει έργο ίσο με m · g · h, δηλαδή το ανυψωμένο σώμα έχει ενέργεια ίση με το γινόμενο της δύναμης της βαρύτητας που ασκεί αυτό το σώμα και το ύψος στο οποίο ανυψώνεται. Αυτή η ενέργεια δεν εξαρτάται από τη διαδρομή κατά την οποία έγινε η άνοδος, αλλά καθορίζεται μόνο από τη θέση του σώματος (το ύψος στο οποίο ανυψώνεται ή τη διαφορά ύψους μεταξύ της αρχικής και τελικής θέσης του σώματος) και είναι ονομάζεται δυναμική ενέργεια.

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, ας υπολογίσουμε την ενεργειακή χωρητικότητα μιας μάζας νερού που αντλείται σε μια δεξαμενή χωρητικότητας 1000 λίτρων, ανυψωμένη 10 μέτρα πάνω από το επίπεδο του εδάφους (ή το επίπεδο μιας τουρμπίνας υδρογεννήτριας). Ας υποθέσουμε ότι η δεξαμενή έχει σχήμα κύβου με μήκος άκρης 1 m. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τον τύπο στο εγχειρίδιο του Landsberg, A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/ s2. Αλλά 1 kg m2/s2 ισούται με 1 joule, και όταν μετατραπεί σε βατώρες, παίρνουμε μόνο 28.583 βατώρες. Δηλαδή, για να αποκτήσετε ενεργειακή χωρητικότητα ίση με τη χωρητικότητα μιας συμβατικής ηλεκτρικής μπαταρίας 720 watt-hours, πρέπει να αυξήσετε τον όγκο του νερού στη δεξαμενή κατά 25,2 φορές.

Η δεξαμενή θα πρέπει να έχει μήκος νευρώσεων περίπου 3 μέτρων. Ταυτόχρονα, η ενεργειακή του χωρητικότητα θα είναι ίση με 845 βατ-ώρες. Αυτή είναι μεγαλύτερη από τη χωρητικότητα μιας μπαταρίας, αλλά ο όγκος εγκατάστασης είναι σημαντικά μεγαλύτερος από το μέγεθος μιας συμβατικής μπαταρίας αυτοκινήτου μολύβδου-ψευδάργυρου. Αυτή η σύγκριση υποδηλώνει ότι είναι λογικό να μην λαμβάνεται υπόψη η αποθηκευμένη ενέργεια σε ένα συγκεκριμένο σύστημα - ενέργεια από μόνη της, αλλά σε σχέση με τη μάζα ή τον όγκο του εν λόγω συστήματος.

Ειδική ενεργειακή ικανότητα

Έτσι καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι είναι σκόπιμο να συσχετιστεί η ενεργειακή χωρητικότητα με τη μάζα ή τον όγκο της συσκευής αποθήκευσης ή του ίδιου του φορέα, για παράδειγμα, του νερού που χύνεται σε μια δεξαμενή. Δύο δείκτες αυτού του είδους μπορούν να εξεταστούν.

Θα αναφερθούμε στην ειδική ενεργειακή χωρητικότητα ως η ενεργειακή χωρητικότητα μιας συσκευής αποθήκευσης διαιρεμένη με τη μάζα αυτής της συσκευής αποθήκευσης.

Η ογκομετρική ειδική ενεργειακή χωρητικότητα θα είναι η ενεργειακή χωρητικότητα μιας συσκευής αποθήκευσης διαιρεμένη με τον όγκο αυτής της συσκευής αποθήκευσης.

Παράδειγμα. Η μπαταρία μολύβδου-οξέος Panasonic LC-X1265P, σχεδιασμένη για 12 βολτ, έχει φόρτιση 65 αμπέρ-ώρες, ζυγίζει 20 κιλά. και διαστάσεις (ΜxΠxΥ) 350 · 166 · 175 χλστ. Η διάρκεια ζωής του στους t = 20 C είναι 10 χρόνια. Έτσι, η ειδική μάζα της έντασης ενέργειας θα είναι 65 · 12 / 20 = 39 watt-hours ανά χιλιόγραμμο, και η ογκομετρική ειδική ενεργειακή του ένταση θα είναι 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 watt-hours ανά κυβικό δεκατόμετρο ή 0,0767 kWh ανά κυβικό μέτρο.

Για συζητήθηκε σε προηγούμενη ενότηταμιας συσκευής αποθήκευσης βαρυτικής ενέργειας που βασίζεται σε μια δεξαμενή νερού με όγκο 1000 λίτρων, η ειδική ενεργειακή ένταση μάζας θα είναι μόνο 28,583 watt-hours/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, που είναι 1363 φορές μικρότερη από την ένταση μάζας ενέργειας του μια μπαταρία μολύβδου-ψευδάργυρου. Και παρόλο που η διάρκεια ζωής βαρυτική αποθήκευσημπορεί να αποδειχθεί σημαντικά μεγαλύτερο, ωστόσο από πρακτική άποψη, μια δεξαμενή φαίνεται λιγότερο ελκυστική από μια μπαταρία.

Ας δούμε μερικά ακόμη παραδείγματα συσκευών αποθήκευσης ενέργειας και ας αξιολογήσουμε τη συγκεκριμένη ενεργειακή τους ένταση.

Ενεργειακή χωρητικότητα του συσσωρευτή θερμότητας

Η θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από ένα σώμα όταν θερμαίνεται κατά 1 °C. Ανάλογα με το σε ποια ποσοτική μονάδα ανήκει η θερμοχωρητικότητα, διακρίνονται η μάζα, η ογκομετρική και η μοριακή θερμοχωρητικότητα.

Ειδική θερμοχωρητικότητα μάζας, που ονομάζεται επίσης ειδική θερμοχωρητικότητα, είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να προστεθεί σε μια μονάδα μάζας μιας ουσίας για να θερμανθεί κατά μια μονάδα θερμοκρασίας. Στο SI μετριέται σε τζάουλ διαιρούμενο με κιλά ανά Κέλβιν (J kg−1 K−1).

Η ογκομετρική θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να παρέχεται σε μια μονάδα όγκου μιας ουσίας για να θερμανθεί ανά μονάδα θερμοκρασίας. Στο SI μετριέται σε τζάουλ ανά κυβικό μέτρο ανά Κέλβιν (J m−3 K−1).

Μοριακή θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να παρέχεται σε 1 mole μιας ουσίας για να θερμανθεί ανά μονάδα θερμοκρασίας. Στο SI μετριέται σε joules ανά mole ανά kelvin (J/(mol K)).

Το mole είναι μια μονάδα μέτρησης της ποσότητας μιας ουσίας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων. Ένα mole είναι η ποσότητα της ουσίας σε ένα σύστημα που περιέχει την ίδια ποσότητα δομικά στοιχεία, πόσα άτομα υπάρχουν στον άνθρακα-12 με βάρος 0,012 kg.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα επηρεάζεται από τη θερμοκρασία της ουσίας και άλλες θερμοδυναμικές παραμέτρους. Για παράδειγμα, η μέτρηση της ειδικής θερμοχωρητικότητας του νερού θα δώσει διαφορετικά αποτελέσματαστους 20 °C και στους 60 °C. Επιπλέον, η ειδική θερμοχωρητικότητα εξαρτάται από το πώς επιτρέπεται να αλλάξουν οι θερμοδυναμικές παράμετροι της ουσίας (πίεση, όγκος κ.λπ.). Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα σε σταθερή πίεση (CP) και σε σταθερό όγκο (CV) είναι γενικά διαφορετική.

Μεταφορά ύλης από ένα κατάσταση συνάθροισηςσε μια άλλη συνοδεύεται από μια απότομη αλλαγή στη θερμοχωρητικότητα σε ένα συγκεκριμένο σημείο θερμοκρασίας μετασχηματισμού για κάθε ουσία - το σημείο τήξης (μετάβαση στερεόςσε υγρό), σημείο βρασμού (μετάβαση υγρού σε αέριο) και, κατά συνέπεια, θερμοκρασίες αντίστροφων μετασχηματισμών: κατάψυξη και συμπύκνωση.

Οι ειδικές θερμικές ικανότητες πολλών ουσιών δίνονται σε βιβλία αναφοράς, συνήθως για μια διεργασία σε σταθερή πίεση. Για παράδειγμα, ειδική θερμοχωρητικότητα υγρό νερόστο φυσιολογικές συνθήκες- 4200 J/(kg K); πάγος - 2100 J/(kg K).

Με βάση τα δεδομένα που παρουσιάζονται, μπορείτε να προσπαθήσετε να υπολογίσετε τη θερμοχωρητικότητα ενός συσσωρευτή θερμότητας νερού (περίληψη). Ας υποθέσουμε ότι η μάζα του νερού σε αυτό είναι 1000 kg (λίτρα). Το ζεσταίνουμε στους 80 °C και το αφήνουμε να βγάλει φωτιά μέχρι να κρυώσει στους 30 °C. Εάν δεν σας ενοχλεί το γεγονός ότι η θερμοχωρητικότητα είναι διαφορετική στο διαφορετικές θερμοκρασίες, μπορούμε να υποθέσουμε ότι ο συσσωρευτής θερμότητας θα απελευθερώσει 4200 * 1000 * 50 J θερμότητας. Δηλαδή, η ενεργειακή χωρητικότητα ενός τέτοιου συσσωρευτή θερμότητας είναι 210 megajoules ή 58.333 κιλοβατώρες ενέργειας.

Εάν συγκρίνουμε αυτήν την τιμή με την ενεργειακή φόρτιση μιας συμβατικής μπαταρίας αυτοκινήτου (720 watt-hours), βλέπουμε ότι η ενεργειακή χωρητικότητα του εν λόγω θερμικού συσσωρευτή είναι ίση με την ενεργειακή χωρητικότητα περίπου 810 ηλεκτρικών μπαταριών.

Η ειδική ενεργειακή ένταση μάζας ενός τέτοιου θερμοσυσσωρευτή (ακόμη και χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η μάζα του δοχείου στο οποίο θα αποθηκευτεί πραγματικά το θερμαινόμενο νερό και η μάζα της θερμομόνωσης) θα είναι 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Αυτό αποδεικνύεται ήδη ότι είναι περισσότερο από τη μαζική ενεργειακή ένταση μιας μπαταρίας μολύβδου-ψευδαργύρου, ίση, όπως υπολογίστηκε παραπάνω, με 39 Wh/kg.

Σύμφωνα με πρόχειρες εκτιμήσεις, ο συσσωρευτής θερμότητας είναι συγκρίσιμος με έναν συμβατικό μπαταρία αυτοκινήτουκαι κατά ογκομετρική ειδική ενεργειακή χωρητικότητα, αφού ένα κιλό νερού είναι ένα δεκατόμετρο όγκου, επομένως η ογκομετρική ειδική ενεργειακή του χωρητικότητα είναι επίσης ίση με 76,7 Wh/kg, που ακριβώς συμπίπτει με την ογκομετρική ειδική θερμοχωρητικότητα μιας μπαταρίας μολύβδου-οξέος. Είναι αλήθεια ότι στον υπολογισμό για τον συσσωρευτή θερμότητας λάβαμε υπόψη μόνο τον όγκο του νερού, αν και θα ήταν επίσης απαραίτητο να λάβουμε υπόψη τον όγκο της δεξαμενής και τη θερμομόνωση. Αλλά σε κάθε περίπτωση, η απώλεια δεν θα είναι τόσο μεγάλη όσο για μια συσκευή αποθήκευσης βαρύτητας.

Άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης ενέργειας

Το άρθρο «Επισκόπηση συσκευών αποθήκευσης ενέργειας (συσσωρευτές)» παρέχει υπολογισμούς της ειδικής ενεργειακής έντασης ορισμένων ακόμη συσκευών αποθήκευσης ενέργειας. Ας δανειστούμε μερικά παραδείγματα από εκεί

Αποθήκευση πυκνωτή

Με χωρητικότητα πυκνωτή 1 F και τάση 250 V, η αποθηκευμένη ενέργεια θα είναι: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W h. Εάν χρησιμοποιείτε ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές, το βάρος τους μπορεί να είναι 120 κιλά. Η ειδική ενέργεια της συσκευής αποθήκευσης είναι 0,26 kJ/kg ή 0,072 W/kg. Κατά τη λειτουργία, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να παρέχει φορτίο όχι μεγαλύτερο από 9 W για μία ώρα. Διάρκεια ΖωήςΟι ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές μπορούν να διαρκέσουν έως και 20 χρόνια. Όσον αφορά την ενεργειακή πυκνότητα, οι ιονιστές είναι κοντά στις χημικές μπαταρίες. Πλεονεκτήματα: η συσσωρευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Συσσωρευτές τύπου βαρύτητας

Αρχικά, σηκώνουμε ένα σώμα βάρους 2000 κιλών σε ύψος 5 μ. Στη συνέχεια το σώμα χαμηλώνει υπό την επίδραση της βαρύτητας, περιστρέφοντας την ηλεκτρική γεννήτρια. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 W h. Ειδική ενεργειακή χωρητικότητα 0,0138 W h/kg. Κατά τη λειτουργία, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να παρέχει φορτίο όχι μεγαλύτερο από 28 W για μία ώρα. Η διάρκεια ζωής της μονάδας μπορεί να είναι 20 χρόνια ή περισσότερο.

Πλεονεκτήματα:η συσσωρευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Τροχός κανονίζων την ταχύτητα

Η ενέργεια που αποθηκεύεται στον σφόνδυλο μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο E = 0,5 J w2, όπου J είναι η ροπή αδράνειας του περιστρεφόμενου σώματος. Για κύλινδρο ακτίνας R και ύψους H:

J = 0,5 p r R4H

όπου r είναι η πυκνότητα του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένος ο κύλινδρος.

Οριο γραμμική ταχύτηταστην περιφέρεια του σφονδύλου Vmax (περίπου 200 m/s για χάλυβα).

Vmax = wmax R ή wmax = Vmax /R

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

Η συγκεκριμένη ενέργεια θα είναι: Emax /M = 0,25 V2max

Για ένα χαλύβδινο κυλινδρικό σφόνδυλο, το μέγιστο ειδικό ενεργειακό περιεχόμενο είναι περίπου 10 kJ/kg. Για σφόνδυλο βάρους 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m), η μέγιστη συσσωρευμένη ενέργεια μπορεί να είναι 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1,2 MJ Κατά τη λειτουργία, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να παρέχει φορτίο όχι μεγαλύτερο από 280 W για μία ώρα. Η διάρκεια ζωής του σφονδύλου μπορεί να είναι 20 χρόνια ή περισσότερο. Πλεονεκτήματα: η συσσωρευμένη ενέργεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύντομο χρονικό διάστημα, η απόδοση μπορεί να βελτιωθεί σημαντικά.

Σούπερ βολάν

Ο σούπερ σφόνδυλος, σε αντίθεση με τους συμβατικούς σφόνδυλους, είναι ικανός χαρακτηριστικά σχεδίουθεωρητικά αποθηκεύστε έως και 500 Wh ανά κιλό βάρους. Ωστόσο, για κάποιο λόγο η ανάπτυξη των superflywheels σταμάτησε.

Πνευματικός συσσωρευτής

Ο αέρας υπό πίεση 50 ατμοσφαιρών αντλείται σε μια χαλύβδινη δεξαμενή χωρητικότητας 1 m3. Για να αντέξουν αυτή την πίεση, τα τοιχώματα της δεξαμενής πρέπει να έχουν πάχος περίπου 5 mm. Ο πεπιεσμένος αέρας χρησιμοποιείται για την εκτέλεση της εργασίας. Σε μια ισοθερμική διεργασία, το έργο Α που εκτελείται από ένα ιδανικό αέριο κατά τη διάρκεια της διαστολής στην ατμόσφαιρα προσδιορίζεται από τον τύπο:

A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1)

όπου M είναι μάζα αερίου, m - μοριακή μάζααέριο, R - καθολική σταθερά αερίου, T - απόλυτη θερμοκρασία, V1 - αρχικός όγκος αερίου, V2 - τελικός όγκος αερίου. Λαμβάνοντας υπόψη την εξίσωση κατάστασης για ένα ιδανικό αέριο (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) για αυτήν την υλοποίηση της συσκευής αποθήκευσης V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, εργασία αερίου κατά τη διαστολή 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · ώρα ανά κύκλο. Η μάζα του κινητήρα είναι περίπου 250 kg. Η ειδική ενέργεια θα είναι 80 kJ/kg. Κατά τη λειτουργία, η πνευματική συσκευή αποθήκευσης μπορεί να παρέχει φορτίο όχι μεγαλύτερο από 5,5 kW για μία ώρα. Η διάρκεια ζωής ενός πνευματικού συσσωρευτή μπορεί να είναι 20 χρόνια ή περισσότερο.

Πλεονεκτήματα: η δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να βρίσκεται υπόγεια, οι τυπικές φιάλες αερίου στην απαιτούμενη ποσότητα με τον κατάλληλο εξοπλισμό μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δεξαμενή, όταν χρησιμοποιείτε αιολική μηχανή, η τελευταία μπορεί να κινήσει απευθείας την αντλία συμπιεστή, υπάρχει αρκετό ένας μεγάλος αριθμός απόσυσκευές που χρησιμοποιούν απευθείας ενέργεια συμπιεσμένος αέρας.

Συγκριτικός πίνακας ορισμένων συσκευών αποθήκευσης ενέργειας

Ας συνοψίσουμε όλες τις παραπάνω τιμές των παραμέτρων αποθήκευσης ενέργειας σε έναν συνοπτικό πίνακα. Αλλά πρώτα, ας σημειώσουμε ότι η συγκεκριμένη ενεργειακή ένταση μας επιτρέπει να συγκρίνουμε τις συσκευές αποθήκευσης με τα συμβατικά καύσιμα.

Το κύριο χαρακτηριστικό του καυσίμου είναι η θερμότητα καύσης του, δηλ. την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση. Γίνεται διάκριση μεταξύ ειδικής θερμότητας καύσης (MJ/kg) και ογκομετρικής θερμότητας (MJ/m3). Μετατρέποντας MJ σε kWh παίρνουμε:

Όπως μπορούμε να δούμε, η ειδική ενεργειακή ένταση του καυσίμου υπερβαίνει σημαντικά την ενεργειακή ένταση των συσκευών αποθήκευσης ενέργειας. Επειδή όπως εφεδρική πηγήχρησιμοποιούνται συχνά ενέργειες γεννήτριες ντίζελ, θα συμπεριλάβουμε στον τελικό πίνακα την ενεργειακή ένταση του καυσίμου ντίζελ, η οποία είναι ίση με 42624 kJ/kg ή 11,84 kW-ώρες/kg. Και ας προσθέσουμε φυσικό αέριο και υδρογόνο για σύγκριση, καθώς το τελευταίο μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως βάση για τη δημιουργία συσκευών αποθήκευσης ενέργειας.

Το ειδικό ενεργειακό περιεχόμενο μάζας του εμφιαλωμένου αερίου (προπάνιο-βουτάνιο) είναι 36 mJ/kg. ή 10 kWh/kg και για υδρογόνο - 33,58 kWh/kg.

Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε τον ακόλουθο πίνακα με τις παραμέτρους των εξεταζόμενων συσκευών αποθήκευσης ενέργειας (οι δύο τελευταίες σειρές σε αυτόν τον πίνακα προστέθηκαν για σύγκριση με τους παραδοσιακούς φορείς ενέργειας):

Τα στοιχεία που δίνονται σε αυτόν τον πίνακα είναι πολύ προσεγγιστικά· οι υπολογισμοί δεν λαμβάνουν υπόψη πολλούς παράγοντες, για παράδειγμα, τον συντελεστή χρήσιμη δράσηαυτή η γεννήτρια που χρησιμοποιεί αποθηκευμένη ενέργεια, όγκους και βάρη απαραίτητο εξοπλισμόκαι ούτω καθεξής. Ωστόσο, αυτά τα στοιχεία επιτρέπουν, κατά τη γνώμη μου, να δοθεί μια αρχική εκτίμηση της δυνητικής ενεργειακής έντασης διάφοροι τύποισυσκευές αποθήκευσης ενέργειας.

Και, όπως προκύπτει από τον παραπάνω πίνακα, τα περισσότερα αποτελεσματική εμφάνισηΗ συσκευή αποθήκευσης αντιπροσωπεύεται από έναν κύλινδρο με υδρογόνο. Εάν η «δωρεάν» (υπερβολική) ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογόνου, τότε η συσκευή αποθήκευσης υδρογόνου μπορεί να αποδειχθεί η πιο πολλά υποσχόμενη.

Υδρογόνομπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε μια συμβατική μηχανή εσωτερικής καύσης, η οποία θα περιστρέφει μια ηλεκτρική γεννήτρια ή σε υδρογόνο κυψέλες καυσίμουπου παράγουν άμεσα ηλεκτρική ενέργεια. Το ερώτημα ποια μέθοδος είναι πιο κερδοφόρα απαιτεί ξεχωριστή εξέταση. Λοιπόν, τα ζητήματα ασφάλειας στην παραγωγή και χρήση υδρογόνου μπορούν να κάνουν προσαρμογές κατά την εξέταση της σκοπιμότητας χρήσης ενός ή άλλου τύπου συσκευής αποθήκευσης ενέργειας. δημοσίευσε

Ελάτε μαζί μας

Η αλυσίδα του τεχνολογικού κύκλου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνει απαραιτήτως έναν τέτοιο σύνδεσμο όπως μια συσκευή αποθήκευσης (μπαταρία). ΣΕ παραδοσιακούς τρόπουςΣτην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τα αποθέματα ενέργειας συσσωρεύονται σε μια προκαταρκτική, «μη ηλεκτρική» μορφή και αυτός ο σύνδεσμος, η μονάδα αποθήκευσης ενέργειας, βρίσκεται ακριβώς μπροστά από την ηλεκτρική γεννήτρια.

Η δεξαμενή του υδροηλεκτρικού σταθμού είναι σχεδιασμένη να συσσωρεύεται δυναμική ενέργειατο νερό του ποταμού στο βαρυτικό πεδίο της Γης, ανεβάζοντάς το σε ένα ορισμένο ύψος με τη βοήθεια ενός φράγματος. Θερμικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειαςσυσσωρεύει στις αποθηκευτικές του εγκαταστάσεις τα αποθέματα στερεού ή υγρού καυσίμου που είναι απαραίτητα για την αδιάλειπτη λειτουργία ή τα προμηθεύει μέσω αγωγού φυσικό αέριο, η θερμογόνος δύναμη του οποίου εγγυάται την απαιτούμενη παροχή ενέργειας. Οι ράβδοι των αντιδραστήρων των πυρηνικών σταθμών αντιπροσωπεύουν μια προμήθεια πυρηνικού καυσίμου που έχει έναν ορισμένο πόρο πυρηνικής ενέργειας διαθέσιμο προς χρήση.

Η λειτουργία σταθερής ισχύος είναι διαθέσιμη για όλους τους αναφερόμενους τύπους γεννητριών ισχύος. Η ποσότητα της παραγόμενης ενέργειας ρυθμίζεται από εντός ευρέων ορίωνανάλογα με το επίπεδο της άμεσης κατανάλωσης ενέργειας. Οι εναλλακτικές πηγές (άνεμος, παλιρροιακή, γεωθερμία, ηλιακή ενέργεια) δεν μπορούν να παρέχουν εγγυημένες σταθερή ισχύςγεννήτρια στο απαιτούμενο αυτή τη στιγμήεπίπεδο. Η συσκευή αποθήκευσης, επομένως, δεν είναι τόσο μια αποθήκευση πόρων όσο μια συσκευή απόσβεσης, καθιστώντας την κατανάλωση ενέργειας λιγότερο εξαρτώμενη από τις διακυμάνσεις της ισχύος της πηγής. Η ενέργεια της πηγής συσσωρεύεται στη συσκευή αποθήκευσης και αργότερα καταναλώνεται, όπως χρειάζεται, στη μορφή ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, η τιμή του εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το κόστος της μονάδας.

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της συσκευής αποθήκευσης σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας είναι ότι η ενέργεια που συσσωρεύεται σε αυτήν μπορεί να δαπανηθεί για άλλους σκοπούς. Για παράδειγμα, με τη βοήθειά τους, μπορούν να δημιουργηθούν ισχυρά και εξαιρετικά ισχυρά μαγνητικά πεδία.

Οι μονάδες μέτρησης ενέργειας που γίνονται δεκτές στη φυσική και την ενέργεια και οι σχέσεις μεταξύ τους: 1 kWh, ή 1000 W 3600 s - όσες και 3,6 MJ. Αντίστοιχα, 1 MJ ισοδυναμεί με 1/3,6 kWh ή 0,278 kWh

Μερικές κοινές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας:

Ας κάνουμε μια κράτηση αμέσως: αυτή η κριτική δεν είναι πλήρη ταξινόμησησυσκευές αποθήκευσης που χρησιμοποιούνται στον ενεργειακό τομέα, εκτός από αυτές που συζητούνται εδώ, υπάρχουν θερμικές, ελατηριωτές, επαγωγικές και διάφοροι άλλοι τύποι συσκευών αποθήκευσης ενέργειας.

1. Αποθηκευτικός τύπος πυκνωτή

Η ενέργεια που αποθηκεύεται από έναν πυκνωτή 1 F σε τάση 220 V είναι: E = CU2 /2 = 1 2202 /2 kJ = 24 200 J = 0,0242 MJ ~ 6,73 Wh Το βάρος ενός τέτοιου ηλεκτρολυτικού πυκνωτή μπορεί να φτάσει τα 120 kg. Ανά μονάδα μάζας συγκεκριμένη ενέργειααποδεικνύεται ότι είναι ίσο με λίγο περισσότερο από 0,2 kJ/kg. Η ωριαία λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα είναι δυνατή με φορτίο εντός 7 W. Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτέςμπορεί να διαρκέσει έως και 20 χρόνια. Οι ιονιστές (υπερπυκνωτές) έχουν υψηλή πυκνότητα ενέργειας και ισχύος (περίπου 13 Wh/l = 46,8 kJ/l και έως 6 kW/l, αντίστοιχα), με πόρο περίπου 1 εκατομμυρίου κύκλων επαναφόρτισης. Το αναμφισβήτητο πλεονέκτημα μιας συσκευής αποθήκευσης πυκνωτή είναι η δυνατότητα χρήσης της συσσωρευμένης ενέργειας σε σύντομο χρονικό διάστημα.

2. Συσκευές αποθήκευσης τύπου βαρύτητας

Οι συσκευές αποθήκευσης ενέργειας τύπου πασσάλων αποθηκεύουν ενέργεια όταν σηκώνετε ένα πασσαλόπηκτο βάρους 2 τόνων ή περισσότερο σε ύψος περίπου 4 m. Η κίνηση του κινούμενου μέρους του οδηγού πασσάλων απελευθερώνει τη δυναμική ενέργεια του σώματος, μεταδίδοντάς τη στο ηλεκτρογεννήτρια. Η ποσότητα παραγόμενης ενέργειας E = mgh στην ιδανική περίπτωση (χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες τριβής) θα είναι ~ 2000 10 4 kJ = 80 kJ ~ 22,24 Wh. Η ειδική ενέργεια ανά μονάδα μάζας μιας γυναίκας κόπρα αποδεικνύεται ίση με 0,04 kJ/kg. Μέσα σε μία ώρα, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να παρέχει φορτίο έως και 22 W. Αναμενόμενη διάρκεια ζωής μηχανικός σχεδιασμόςυπερβαίνει τα 20 χρόνια. Η ενέργεια που συσσωρεύεται από ένα σώμα σε ένα βαρυτικό πεδίο μπορεί επίσης να δαπανηθεί σε σύντομο χρονικό διάστημα, κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα αυτής της επιλογής.

Ο υδραυλικός συσσωρευτής χρησιμοποιεί την ενέργεια του νερού (που ζυγίζει περίπου 8-10 τόνους) που αντλείται από ένα πηγάδι στη δεξαμενή ενός πύργου νερού. Σε αντίστροφη κίνηση, υπό την επίδραση της βαρύτητας, το νερό περιστρέφει τον στρόβιλο της ηλεκτρογεννήτριας. Μια συμβατική αντλία κενού μπορεί εύκολα να αντλήσει νερό σε ύψος έως και 10 m. Η αποθηκευμένη ενέργεια είναι E = mgh ~ 10000 8 10 J = 0,8 MJ = 0,223 kW ώρα. Η ειδική ενέργεια ανά μονάδα μάζας αποδεικνύεται ίση με 0,08 kJ/kg. Το φορτίο που παρέχεται από τον ηλεκτροκινητήρα για μία ώρα είναι εντός 225 W. Η οδήγηση μπορεί να διαρκέσει 20 χρόνια ή περισσότερο. Ο αιολικός κινητήρας μπορεί να κινήσει απευθείας την αντλία (χωρίς να μετατρέπει την ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία συνδέεται με ορισμένες απώλειες)· το νερό στη δεξαμενή του πύργου μπορεί, εάν είναι απαραίτητο, να χρησιμοποιηθεί για άλλες ανάγκες.

3. Αποθήκευση με βολάν

Η κινητική ενέργεια ενός περιστρεφόμενου σφονδύλου προσδιορίζεται ως εξής: E = J w2/2, J σημαίνει την εγγενή ροπή αδράνειας του μεταλλικού κυλίνδρου (αφού περιστρέφεται γύρω από τον άξονα συμμετρίας), w είναι η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής.

Με ακτίνα R και ύψος H, ο κύλινδρος έχει ροπή αδράνειας:

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

όπου p είναι η πυκνότητα του μετάλλου - το υλικό του κυλίνδρου, το γινόμενο pi* R^2 H είναι ο όγκος του.

Η μέγιστη δυνατή γραμμική ταχύτητα σημείων στην επιφάνεια του κυλίνδρου Vmax (είναι περίπου 200 m/s για ένα χαλύβδινο σφόνδυλο).

Vmax = wmax*R, από όπου wmax = Vmax/R

Μέγιστη δυνατή ενέργεια περιστροφής Emax = J wmax^2/2 = 0,25 pi*p R2^2 H V2max = 0,25 M Vmax^2

Η ενέργεια ανά μονάδα μάζας είναι: Emax/M = 0,25 Vmax^2

Η ειδική ενέργεια εάν ο κυλινδρικός σφόνδυλος είναι κατασκευασμένος από χάλυβα θα είναι περίπου 10 kJ/kg. Ένας σφόνδυλος βάρους 200 kg (με γραμμικές διαστάσεις H = 0,2 m, R = 0,2 m) αποθηκεύει ενέργεια Emax = 0,25 pi 8000 0,22 0,2 ​​2002 ~ 2 MJ ~ 0,556 kWh. Το μέγιστο φορτίο που παρέχεται από τη συσκευή αποθήκευσης μιας ώρας υπερβαίνει τα 560 W . Ο σφόνδυλος μπορεί κάλλιστα να διαρκέσει 20 χρόνια ή και περισσότερο. Πλεονεκτήματα: γρήγορη απελευθέρωση της συσσωρευμένης ενέργειας, δυνατότητα σημαντικής βελτίωσης των χαρακτηριστικών με την επιλογή του υλικού και την αλλαγή γεωμετρικά χαρακτηριστικάτροχός κανονίζων την ταχύτητα.

4. Αποθήκευση με τη μορφή χημικής ουσίας μπαταρία(μολύβδου οξέος)

Μια κλασική επαναφορτιζόμενη μπαταρία, χωρητικότητας 190 Ah σε τάση εξόδου 12 V και εκφόρτισης 50%, είναι ικανή να παρέχει ρεύμα περίπου 10 Α για 9 ώρες. Η ενέργεια που απελευθερώνεται θα είναι 10 A 12 V 9 h = 1,08 kWh, ή περίπου 3,9 MJ ανά κύκλο. Παίρνοντας τη μάζα της μπαταρίας ίση με 65 kg, έχουμε μια ειδική ενέργεια 60 kJ/kg. Το μέγιστο φορτίο που μπορεί να προσφέρει η μπαταρία για μια ώρα δεν υπερβαίνει τα 1080 W. Περίοδος εγγύησηςΗ διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας υψηλής ποιότητας είναι εντός 3 - 5 ετών, ανάλογα με την ένταση χρήσης. Είναι δυνατή η απευθείας λήψη ηλεκτρικής ενέργειας από την μπαταρία με ρεύμα εξόδου που φτάνει τα χιλιάδες αμπέρ, με τάση εξόδου 12 V, που αντιστοιχεί στο πρότυπο του αυτοκινήτου. Πολλές συσκευές που έχουν σχεδιαστεί για σταθερή τάση 12 V είναι συμβατές με την μπαταρία· διατίθενται μετατροπείς 12/220 V με διαφορετική ισχύ εξόδου.

5. Αποθηκευτικός τύπος πεπιεσμένου αέρα

Ο αέρας που αντλείται σε μια χαλύβδινη δεξαμενή όγκου 1 κυβικού μέτρου σε πίεση 40 ατμοσφαιρών εκτελεί εργασία υπό συνθήκες ισοθερμικής διαστολής. Το έργο Α που εκτελείται από ένα ιδανικό αέριο υπό συνθήκες T=const προσδιορίζεται σύμφωνα με τον τύπο:

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

Εδώ M είναι η μάζα του αερίου, mu είναι η μάζα 1 mol του ίδιου αερίου, R = 8,31 J/(mol K), T είναι η θερμοκρασία που υπολογίζεται στην απόλυτη κλίμακα Kelvin, V1 και V2 είναι η αρχική και η τελική όγκος που καταλαμβάνεται από το αέριο (σε αυτό το V2 / V1 = 40 όταν επεκτείνεται σε ατμοσφαιρική πίεσημέσα στη δεξαμενή). Για την ισοθερμική διαστολή ισχύει ο νόμος Boyle-Marriott: P1V1 = P2 V2. Ας πάρουμε T = 298 0K (250 C) Για αέρα M / mu ~ 40: 0,0224 = 1785,6 moles ουσίας, το αέριο λειτουργεί A = 1785,6 8,31 298 ln 50 ~ 16 MJ ~ 4,45 kWh ανά κύκλο. Τα τοιχώματα της δεξαμενής, σχεδιασμένα για πίεση 40-50 ατμοσφαιρών, πρέπει να έχουν πάχος τουλάχιστον 5 mm και επομένως η μάζα της συσκευής αποθήκευσης θα είναι περίπου 250 kg. Αποθηκευμένα δεδομένα πνευματική αποθήκευσηη ειδική ενέργεια θα είναι ίση με 64 kJ/kg. Η μέγιστη ισχύς που παρέχεται από τον πνευματικό συσσωρευτή κατά τη διάρκεια μιας ώρας λειτουργίας θα είναι 4,5 kW. Εγγυημένη διάρκεια ζωής, όπως οι περισσότεροι δίσκοι που βασίζονται στην απόδοση μηχανική εργασίατα δομικά τους μέρη είναι από 20 ετών. Πλεονεκτήματα αυτού του τύπου αποθήκευσης: η δυνατότητα τοποθέτησης της δεξαμενής υπόγεια. η δεξαμενή μπορεί να είναι ένας τυπικός κύλινδρος αερίου που χρησιμοποιεί κατάλληλο εξοπλισμό· ο ανεμοκινητήρας μπορεί να μεταδίδει απευθείας κίνηση στην αντλία συμπιεστή. Επιπλέον, πολλές συσκευές χρησιμοποιούν απευθείας την αποθηκευμένη ενέργεια του πεπιεσμένου αέρα σε μια δεξαμενή.

Παρουσιάζουμε τις παραμέτρους των εξεταζόμενων τύπων συσκευών αποθήκευσης ενέργειας σε έναν συνοπτικό πίνακα: