Πνευματικός συσσωρευτής ενέργειας. Αποθήκευση ενέργειας πεπιεσμένου αέρα (CAES) - Πνευματική αποθήκευση ενέργειας. Ειδική ενεργειακή ικανότητα

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

Μια πλήρως φορτισμένη ηλεκτρική μπαταρία με δηλωμένη χωρητικότητα (φόρτιση) 1 Ah είναι θεωρητικά ικανή να παρέχει ρεύμα 1 αμπέρ για μία ώρα (ή, για παράδειγμα, 10 A για 0,1 ώρα ή 0,1 A 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 που 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, αυτή ενεργειακή ικανότηταθα ισούται με 845 βατώρες. 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 ενότηταοδηγώ βαρυτική ενέργειαμε βάση 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 ενέργειας μάζας μιας μπαταρίας μολύβδου-ψευδάργυρου. Και παρόλο που η διάρκεια ζωής βαρυτική αποθήκευσημπορεί να αποδειχθεί σημαντικά μεγαλύτερο, ωστόσο από πρακτική άποψη η δεξαμενή φαίνεται λιγότερο ελκυστική από μπαταρία συσσωρευτή.

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 παρέχεται ανά μονάδα μάζας μιας ουσίας για να θερμανθεί ανά 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 χονδρικούς υπολογισμούς, ο συσσωρευτής θερμότητας είναι συγκρίσιμος με μια συμβατική μπαταρία αυτοκινήτου ως προς την ογκομετρική ειδική ενεργειακή χωρητικότητα, καθώς ένα κιλό νερού είναι ένα δεκατόμετρο όγκου, επομένως η ογκομετρική ειδική ενεργειακή του χωρητικότητα είναι επίσης ίση με 76,7 Wh/kg, η οποία συμπίπτει ακριβώς με την ογκομετρική ειδική θερμοχωρητικότητα της 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 Ζωής ηλεκτρολυτικοί πυκνωτέςμπορεί να φτάσει τα 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. Διάρκεια Ζωής πνευματικός συσσωρευτήςμπορεί να είναι 20 χρόνια ή περισσότερο.

Πλεονεκτήματα: η δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να βρίσκεται υπόγεια, οι τυπικοί κύλινδροι 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 την ενέργεια του πεπιεσμένου αέρα.

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

Μια δεξαμενή αέρα ή άλλου αερίου συνδεδεμένη σε έναν αγωγό και εξοπλισμένη με βαλβίδα ασφαλείας ρυθμιζόμενη σε μια καθορισμένη πίεση. Πνευματικός συσσωρευτήςαπαραίτητο στοιχείο αμμοφυσητικών και σκοπευτικών μηχανών 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, m; 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. Μπαταρία αυτοκινήτουμπαταρία που χρησιμοποιείται σε 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) Ηλεκτρική μπαταρίαμεταμορφώνει ηλεκτρική ενέργειασε χημικό και, εάν είναι απαραίτητο, παρέχει 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

Μια σπηλιά, ένας συμπιεστής και ένας αεριοστρόβιλος - έτσι λειτουργεί ένας πνευματικός συσσωρευτής ενέργειας. Στις ΗΠΑ, η πρώτη τέτοια συσκευή κατασκευάστηκε το 1991 στο McIntosh της Αλαμπάμα. Σκοπός του είναι να εξομαλύνει τα φορτία αιχμής σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.

Στη λειτουργία συσσώρευσης, ο αέρας οδηγείται από συμπιεστές σε μια υπόγεια εγκατάσταση αποθήκευσης (φυσικό σπήλαιο αλατιού) με όγκο 538 χιλιάδες κυβικά μέτρα. μέχρι πίεση 77 atm. 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.

Ο πεπιεσμένος αέρας δεν περιστρέφει τον στρόβιλο μόνος του, αλλά εισέρχεται στον αεριοστρόβιλο. Δεδομένου ότι τα 2/3 της ισχύος ενός αεριοστρόβιλου δαπανώνται συνήθως για την οδήγηση του συμπιεστή, ο οποίος αντλεί αέρα σε αυτόν, επιτυγχάνεται σημαντική εξοικονόμηση πόρων. Πριν εισέλθει στον στρόβιλο, ο αέρας θερμαίνεται σε εναλλάκτη θερμότητας (ανακτητής) με προϊόντα καύσης, γεγονός που προσθέτει επίσης απόδοση.

Σημειώνουν μείωση της κατανάλωσης αερίου κατά 60...70% σε σύγκριση με έναν παραδοσιακό αεριοστρόβιλο, γρήγορη εκκίνηση από ψυχρή κατάσταση (αρκετά λεπτά) και Καλή δουλειάσε χαμηλά φορτία.

Η κατασκευή του σταθμού Mcntosh διήρκεσε 30 μήνες και κόστισε 65 εκατομμύρια δολάρια.

Το έργο της Αλαμπάμα δεν είναι μοναδικό. Το 1978, στο Χάντορφ, οι Γερμανοί εγκαινίασαν μια αποθηκευτική μονάδα ισχύος 290 MW (2 ώρες λειτουργίας) σε δύο αλυκές σε βάθος 600...800 m με εύρος πίεσης 50...70 atm. Η εγκατάσταση αποθήκευσης χρησίμευε αρχικά ως ζεστό απόθεμα για τη βιομηχανία στη βορειοδυτική Γερμανία και τώρα χρησιμοποιείται για την εξομάλυνση των αιχμών παραγωγής. αιολικές μονάδες παραγωγής ενέργειας.

Γράφουν ότι στο Donbass κατά τη σοβιετική εποχή σχεδίαζαν να εγκαταστήσουν μια πνευματική μπαταρία 1050 MW στο ίδιο σπήλαιο, η τύχη της είναι άγνωστη.

Το 2012, μια πνευματική εγκατάσταση αποθήκευσης 500 MWh άνοιξε στο Τέξας δίπλα σε ένα αιολικό πάρκο 2 μεγαβάτ, αλλά υπάρχουν λίγες λεπτομέρειες σχετικά με αυτό.

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 η έξοδος συμπιεσμένος αέραςπεριστρέφει 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 εγκατάσταση που ονομάζεται Συμπιεσμένη Ενέργεια αέρα 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 αποτελεσματικότητα του συστήματος; Ο πεπιεσμένος αέρας δεν περιστρέφει την πτερωτή από μόνος του, αλλά αναμιγνύεται με φυσικό αέριοκαι εισέρχεται 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 εξασφαλίζει μείωση της κατανάλωσης αερίου κατά 60...70%, γρήγορη εκκίνηση από ψυχρή κατάσταση (αρκετά λεπτά) και καλή λειτουργία σε 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.

Οι αυτόνομοι μηχανικοί συχνά αναρωτιούνται πώς να συλλέγουν, να αποθηκεύουν και να χρησιμοποιούν «επιπλέον» ενέργεια. Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για την εμφάνιση υποσυλλεγμένων kW - υπερβολική ποσότητα SB, στάδια φόρτισης που δεν χρησιμοποιούν το σύστημα 100%, άσκοπα ηλιόλουστες μέρες, απουσία ιδιοκτητών του σπιτιού κ.λπ.
Ο ευκολότερος τρόπος είναι οι μπαταρίες. Ανάλογα με τις θρησκευτικές πεποιθήσεις, μπορεί να διαφέρουν: μόλυβδο-οξύ, αλκαλικό, νικέλιο-κάδμιο, "ζωής", κ.λπ. Αλλά σε κάθε περίπτωση, είναι το τμήμα της μπαταρίας της μπαταρίας που αντιστοιχεί στο 50% (πιθανότερο 60%) του κόστους της τελικής kWh Γύρω από αυτούς λοιπόν επικεντρώνονται όλοι οι χοροί αγαπητοί μου.
Κάπου στην ενότητα σημειώθηκε ότι η πορεία ανάπτυξης της τεχνολογίας μπαταριών δεν εξελίχθηκε σύμφωνα με το σενάριο που χρειάζονταν εναλλακτικές λύσεις - απόδοση με σχετικά μικρές διαστάσεις. Ωστόσο, σε ένα ιδιωτικό σπίτι όπου δεν υπάρχουν ηλεκτρικά δίκτυα, υπάρχει συχνά πολλή γη. Αυτή η ιδέα πηγάζει από ένα απλό γεγονός - πολλοί άνθρωποι θέλουν να ξεφύγουν από τη φασαρία της πόλης και να αγοράσουν οικόπεδα συχνά όχι μόνο μακριά από πόλεις και πέρα ​​από την υψηλή συγκέντρωση ανθρώπων, αλλά και μακριά από τον πολιτισμό ως τέτοιο, όπου δεν υπάρχουν επικοινωνιών, ακόμη και ηλεκτρισμού. Γι' αυτό, πολύ συχνά, οι εναλλακτικοί έχουν έναν τέτοιο τύπο πόρων όπως ο χώρος. Τι δεν λαμβάνουν υπόψη οι παραδοσιακές τεχνολογίες μπαταριών. Έτσι μπορείτε να αναζητήσετε μη παραδοσιακά. AndreyNS, ξεκίνησε μερικά θέματα για αυτό το θέμα και έτσι μου έδωσε την ιδέα να ψάξω για επιλογές.
Υπάρχουν πολλοί σούπερ εναλλακτικοί τρόποι εξοικονόμησης εναλλακτική ενέργειαόχι σε παραδοσιακούς λογαριασμούς.
Και ένα από αυτά που αποφάσισα να παρουσιάσω είναι... ένας πνευματικός συσσωρευτής!
Η αρχή είναι απλή - η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της ημέρας μετατρέπεται σε πεπιεσμένο αέρα χρησιμοποιώντας έναν συμπιεστή. Στη συνέχεια, όπως χρειάζεται, το απελευθερώνουμε μέσω ενός πνευματικού κινητήρα, ο οποίος περιστρέφει μια γεννήτρια που φορτίζει τις μπαταρίες τη νύχτα, στην περίπτωση του SB ή σε ήρεμες συνθήκες, στην περίπτωση του VG.
Μοιάζει κάπως έτσι:

Νομίζω ότι η αρχή είναι σαφής στους περισσότερους συναδέλφους μου.
Η αρχή είναι η αρχή, αλλά με ενδιαφέρει πρωτίστως η οικονομική αιτιολόγηση αυτού του τύπου μπαταρίας. Αναρωτιέμαι πόσο κοστίζει η ενέργεια που αποθηκεύεται με αυτόν τον τρόπο και αν μπορεί να ανταγωνιστεί τις παραδοσιακές μεθόδους.
Για να το κάνω αυτό, έκανα μια μικρή έρευνα σχετικά με το τι κοστίζει από την άποψη του pneumoaccus. Για ευκολία και ευκολία αντίληψης, όλες οι τιμές θα είναι σε δολάρια, ενώ θα παραλείψουμε και κάποια μικροπράγματα όπως καλώδια, σωλήνες κτλ. Ωστόσο, συμπεριέλαβα τον συμπιεστή, τον κινητήρα αέρα και το γονίδιο στους υπολογισμούς.
Ετσι.
1. Το πιο σημαντικό πράγμα είναι η χωρητικότητα. Αυτό είναι το πιο ακριβό μέρος του pneumoacc, αλλά και το πιο ανθεκτικό και αξιόπιστο με σχεδόν απεριόριστες ώρες, κύκλους ή χρόνια κινητήρα. Στο Διαδίκτυο βρήκα μια μεταχειρισμένη δεξαμενή υγραερίου 16 κυβικών. για περίπου 2 χιλιάδες δολάρια.
2. Συμπιεστής. Υπάρχουν πολλές επιλογές. Από αυτοκινητοβιομηχανίες με λίπανση και ψύξη μέχρι ημιβιομηχανικές, ας πούμε, «κατασκευές». διάλεξα νέο κεφάλι(έχουμε ένα δοχείο), με τα χαρακτηριστικά που χρειάζομαι - περίπου $80. Υπάρχει μια επιλογή με συμπιεστές για το MAZ-KAMAZ, είναι φθηνότερο και πιο αξιόπιστο, αλλά δεν παρέχουν την απαιτούμενη πίεση (έως 16 ατμόσφαιρες).
3. Πνευματικός κινητήρας. Στο Διαδίκτυο βρήκα ένα έτοιμο για 250W με παροχή 6,67 l/sec. Δεν υπάρχει τιμή για αυτό, οπότε θα λειτουργήσουμε με τιμές για πνευματικά εργαλεία. Ένα νέο τρυπάνι ή μύλος κοστίζει περίπου 25 $.
4. Γεννήτρια. Το πιο αληθινό είναι ένα αυτοκίνητο από, ας πούμε, ένα βάζο. Καινούργιο $80, μεταχειρισμένο 35. Εκτιμώμενος αριθμός ωρών κινητήρα από 15k.
Σύντομη περιγραφή του συγκεκριμένου συστήματος. Ο συμπιεστής έχει χωρητικότητα 300-400 l/min, που του επιτρέπει να αντλεί το δοχείο σε 10 ώρες. Ο πνευματικός κινητήρας καταναλώνει 6,67 l/sec, ή 24 κυβικά μέτρα. στη μία η ώρα. Μια χωρητικότητα 16 κυβικών μέτρων, αντλούμενη έως 16 atm, είναι αρκετή για 10,7 ώρες. Δηλαδή έχουμε 10,7 ώρες x 250W = 2,675 kW. Αυτό είναι περίπου συγκρίσιμο με μια μπαταρία αυτοκινήτου με 225 ah. Πιο συγκεκριμένα, με έναν, 100% κύκλο. Υπάρχει περίπου 250 ημέρες υπερβολικής ηλεκτρικής ενέργειας στο σύστημά μου ετησίως, που σημαίνει ότι έχουμε 250 κύκλους ετησίως.
Το κόστος ενός κανονικού λογαριασμού αυτοκινήτου, μείον το μέταλλο, είναι περίπου $200. Αλλά μπορεί να λειτουργήσει για έως και 250 κύκλους με 100% εκφόρτιση.
Με άλλα λόγια, αυτό το πνευματικό σύστημα παραγωγής αποθήκευσης αντικαθιστά 1 μπαταρία αυτοκινήτου ετησίως. Ή 200 $ το χρόνο.
Τώρα στο pneumoacc μας.
1. Χωρητικότητα. Διάρκεια ζωής από 50 χρόνια. Στην πραγματικότητα, με το κανονικό βάψιμο, χρειάζονται 500 ή 5000 χρόνια, αλλά ας πάρουμε 50 και ας μην μετρήσουμε το χρώμα. Αυτό σημαίνει ότι διαιρούμε τα 2000 $ (το κόστος του) με το 50 και παίρνουμε περίπου 40 $ ετησίως.
2. Συμπιεστής. Ας πάρουμε τη διάρκεια ζωής 10.000 ώρες κινητήρα. Αντίστοιχα, διαιρούμε 10.000 με 250 κύκλους και με 10 ώρες (εργασία σε κάθε κύκλο) παίρνουμε 4 χρόνια. Διαιρέστε $80 με 4 για να πάρετε $20 ετησίως.
3. Πνευματικός κινητήρας. Η διάρκεια ζωής των φθηνών πνευματικών εργαλείων από ένα κατάστημα δεν μπορεί να εκτιμηθεί λογικά. Ωστόσο, ας το υπολογίσουμε ως 10.000 ώρες κινητήρα, λαμβάνοντας υπόψη τη δυνατότητα αγοράς καλό εργαλείοχρησιμοποιείται για φθηνά. Επιπλέον 10000 / 250 ημέρες / 10 ώρες παίρνουμε τα ίδια 4 χρόνια. Τα 25 $ δεν μπορούν να διαιρεθούν με τέσσερα, αλλά θα διαιρέσουμε και θα πάρουμε 6 $ ανά έτος.
4. Γεν. Η διάρκεια ζωής του κινητήρα είναι περίπου 20 χιλιάδες ώρες κινητήρα (και μην με διαφωνείτε!). 20000 / 250 /10 = 8 χρόνια ή 10 $ ετησίως.

Σύνολο έχουμε:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
$76 το χρόνο.
Δηλαδή, το να έχεις ένα τέτοιο πνευματικό σύστημα συσσώρευσης-παραγωγής είναι σχεδόν 3 φορές φθηνότερο από την αγορά 1 μπαταρίας αυτοκινήτου το χρόνο!
Και δεν έχω προσθέσει ακόμη ξεχωριστή φόρτιση στην ηλεκτρική μπαταρία, την οποία αναμφίβολα χρειάζεται.
Έτσι ακριβώς.
Αυτοί οι υπολογισμοί με εξέπληξαν, για να το θέσω ήπια. Φυσικά, δεν υπάρχει απόδοση - αντλούμε 1,5 - 2 kW, παίρνουμε 200-250, αλλά προσωπικά αυτό μου ταιριάζει.
Μπορείτε να προσπαθήσετε να υπολογίσετε λίγο διαφορετικά: η πνευματική μπαταρία δημιουργεί τη νύχτα απευθείας πάνω στην μπαταρία και μπορείτε να υπολογίσετε κατά προσέγγιση πόσο θα μειωθεί το βάθος εκφόρτισης και, κατά συνέπεια, πόσο λιγότερο συχνά χρειάζεται να αλλάξετε την ηλεκτρική μπαταρία, και κατά συνέπεια, τι οικονομική αποτελεσματικότητααυτή η ιδέα.
Εάν το σύστημα αυξηθεί κατά 2-10 φορές, η απόδοση, θεωρητικά, θα βελτιωθεί ακόμη περισσότερο.
Φαίνεται ότι ήρθε η ώρα να ξεκινήσετε πειράματα πλήρους κλίμακας. Έχω σχεδόν τα πάντα από το σετ, εκτός από τον πνευματικό κινητήρα, αλλά είτε θα το αγοράσω για 50 hryvnia (6 $) είτε, που είναι πιο ακριβό, θα ζητήσω από κάποιον για προσωρινή χρήση.