वायवीय ऊर्जा संचायक. विभिन्न प्रकार की बैटरियाँ। रासायनिक बैटरियों की ऊर्जा क्षमता
हवा या अन्य गैस का एक भंडार जो एक वाहिनी से जुड़ा होता है और एक निर्दिष्ट दबाव के लिए नियंत्रित सुरक्षा वाल्व से सुसज्जित होता है। वायवीय संचायक रेत उड़ाने और रेत निकालने वाली मशीनों के निर्माण के लिए एक आवश्यक तत्व है... ... धातुकर्म शब्दकोश
वायवीय संचायक- न्यूमेटिनिस एक्युमुलिएटोरियस स्टेटसस टी स्रिटिस एनर्जेटिक एपिब्रेजटिस सुसलगेटो ड्यूज अरबा ओरो एनर्जिजोस कॉपिक्लिस। atitikmenys: अंग्रेजी. वायवीय संचायक वोक। Druckluftspeicher, एम रूस। वायवीय संचायक, मी; वायवीय संचायक, एम प्रैंक।… … Aiškinamasis šilumės ir Branduolinės technikos टर्मिनस žodynas
वायवीय संचायक- हवा (या अन्य गैस) वाला एक टैंक, वायु वाहिनी से जुड़ा हुआ और एक सुरक्षा उपकरण से सुसज्जित। वाल्व, जो किसी दिए गए अधिकतम दबाव पर नियंत्रित होता है। जटिल वायवीय अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। पवन-विद्युत पर परिचालन दबाव को बराबर करने के लिए नेटवर्क... ... बिग इनसाइक्लोपीडिक पॉलिटेक्निक डिक्शनरी
बैटरी (बहुविकल्पी)- बैटरी (अक्षांश संचायक संग्राहक, अव्य. संचयक संग्रह से, संचय) इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण। कार बैटरी एक रिचार्जेबल बैटरी है जिसका उपयोग कार में किया जाता है... ...विकिपीडिया
बैटरी- इस शब्द के अन्य अर्थ हैं, बैटरी (अर्थ) देखें। बैटरी (अव्य. संचायक संग्राहक, अव्य. से. एक्युमुलो संग्रह, संचय) इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण, ... ... विकिपीडिया
बैटरी- (लैटिन संचायक कलेक्टर से) इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण। 1) इलेक्ट्रिक बैटरी परिवर्तित होती है विद्युतीय ऊर्जाएक रासायनिक में और, यदि आवश्यक हो, रिवर्स रूपांतरण प्रदान करता है;... ... बड़ा विश्वकोश शब्दकोश
बैटरी आधुनिक विश्वकोश
बैटरी- (लैटिन संचायक कलेक्टर से), इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण। 1) इलेक्ट्रिक बैटरी बिजली उत्पन्न करनेवाली सेलपुन: प्रयोज्य; विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है और... सचित्र विश्वकोश शब्दकोश
बैटरी- ए; एम. इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण। थर्मल, इलेक्ट्रिकल ए. आरोप ए. ◁ रिचार्जेबल, ओह, ओह। एक टैंक। और वह बैटरी है. * * *बैटरी (लैटिन संचायक कलेक्टर से), भंडारण के लिए एक उपकरण... ... विश्वकोश शब्दकोश
बैटरी- (अव्य. संचायक संग्राहक, एक्युमुलो कलेक्ट से, संचय) इसके बाद के उपयोग के उद्देश्य से ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपकरण। संचित ऊर्जा के प्रकार के आधार पर, ए को प्रतिष्ठित किया जाता है: विद्युत, हाइड्रोलिक, थर्मल,... ... महान सोवियत विश्वकोश
हाल ही में जब हमने चर्चा की तो हमें बिजली उत्पादन/खपत में शिखर को सुचारू करने की समस्याएं याद आईं। उसी समय, हमें बाद में उपयोग के लिए गर्मी भंडारण की संभावना याद आई, जैसे कि या। और आज हम वायवीय बैटरी परियोजनाओं को देखेंगे।ऐसी सबसे सरल बैटरी एक साधारण गैस सिलेंडर है, जिसमें चरम बिजली उत्पादन के समय कंप्रेसर के नीचे हवा डाली जाती है। उच्च दबाव. जब ऊर्जा उत्पादन कम हो जाता है या, इसके विपरीत, इसकी खपत तेजी से बढ़ जाती है, तो वाल्व खुल जाता है और बाहर निकलने वाली संपीड़ित हवा जनरेटर टरबाइन को घुमा देती है। इस तरह की स्थापना की दक्षता अपेक्षाकृत कम हो जाती है, लेकिन इस तथ्य को देखते हुए कि अक्सर चरम उत्पादन पर ऊर्जा बर्बाद हो जाती है, जिससे आसपास का स्थान गर्म हो जाता है, यहां तक कि इस अतिरिक्त को भी नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए।
आप ऐसी प्रणाली की दक्षता कैसे बढ़ा सकते हैं और सापेक्ष लागत कैसे कम कर सकते हैं? एक सेटअप में कहा जाता है संपीड़ित हवाएनर्जी स्टोरेज (CAES), पहली बार अमेरिका द्वारा 1991 में मैकिन्टोश, अलबामा में बनाया गया था। एक प्राकृतिक भूमिगत नमक गुफा का उपयोग जलाशय के रूप में किया जाता है। नमक की परत नीचे से भी हवा को गुजरने नहीं देती उच्च दबाव- छोटे दाने, नमक की धूल संरचना की मोटाई में दिखाई देने वाली छोटी-छोटी दरारों को सील कर देती है। 538 हजार घन मीटर की मात्रा के साथ गुफा में हवा। एक कंप्रेसर द्वारा 77 वायुमंडल के दबाव पर पंप किया गया। जब ग्रिड पर बिजली की खपत अप्रत्याशित रूप से बढ़ जाती है, तो हवा बाहर निकल जाती है और सिस्टम में बिजली छोड़ती है। 46 एटीएम के कम परिचालन दबाव पर टैंक को खाली करने का समय 26 घंटे है, जिसके दौरान स्टेशन 110 मेगावाट बिजली का उत्पादन करता है।
सिस्टम की कार्यक्षमता कैसे बढ़ाएं? संपीड़ित हवा प्ररित करनेवाला को अपने आप नहीं घुमाती है, बल्कि प्राकृतिक गैस के साथ मिश्रित होती है और गैस टरबाइन को आपूर्ति की जाती है। के सबसेगैस टरबाइन की शक्ति (दो-तिहाई तक) आमतौर पर कंप्रेसर को चलाने पर खर्च की जाती है, जो इसमें हवा पंप करता है - यहीं से हमें महत्वपूर्ण बचत मिलती है। इसके अतिरिक्त, टरबाइन में प्रवेश करने से पहले, हवा को दहन उत्पादों के साथ हीट एक्सचेंजर (रिकुपरेटर) में गर्म किया जाता है, जिससे दक्षता भी बढ़ती है।
कुल मिलाकर, एक पारंपरिक गैस टरबाइन के बराबर होने के कारण, यह योजना गैस की खपत में 60...70% की कमी प्रदान करती है, ठंडी अवस्था से त्वरित शुरुआत (कई मिनट) और अच्छा कामकम भार पर. मैकनटोश स्टेशन को बनाने में 30 महीने लगे और इसकी लागत 65 मिलियन डॉलर थी (प्राकृतिक नमक गुफा की उपस्थिति के बावजूद भी)।
अलबामा में परियोजना के अलावा, 1978 में हंटोर्फ़ में, जर्मनों ने 50... की दबाव सीमा के साथ 600...800 मीटर की गहराई पर दो नमक गुफाओं में 290 मेगावाट की भंडारण सुविधा (2 घंटे का संचालन) शुरू की। 70 वायुमंडल. भंडारण सुविधा मूल रूप से उत्तर पश्चिमी जर्मनी में उद्योग के लिए एक हॉट रिज़र्व के रूप में कार्य करती थी और अब इसका उपयोग उत्पादन शिखर को सुचारू करने के लिए किया जाता है। पवन ऊर्जा संयंत्र.
सोवियत काल के दौरान, डोनबास में निर्माण की योजना बनाई गई थी वायवीय संचायक 1050 मेगावाट पर, लेकिन अफसोस, उन वर्षों की कई परियोजनाओं की तरह, सब कुछ कागज पर ही रह गया।
खैर, प्रोजेक्ट डेवलपर्स का एक वीडियो।
एक गुफा, एक कंप्रेसर और एक गैस टरबाइन - इस प्रकार एक वायवीय ऊर्जा संचायक काम करता है। अमेरिका में, इस तरह का पहला उपकरण 1991 में मैकिन्टोश, अलबामा में बनाया गया था। इसका उद्देश्य बिजली संयंत्रों पर पीक लोड को सुचारू करना है।
संचय मोड में, हवा को कंप्रेसर द्वारा 538 हजार क्यूबिक मीटर की मात्रा के साथ एक भूमिगत भंडारण सुविधा (प्राकृतिक नमक गुफा) में संचालित किया जाता है। 77 एटीएम के दबाव तक। जब ग्रिड पर बिजली की खपत अप्रत्याशित रूप से बढ़ जाती है, तो हवा बाहर निकल जाती है और सिस्टम में बिजली छोड़ देती है। 46 एटीएम के कम परिचालन दबाव पर टैंक को खाली करने का समय 26 घंटे है, जिसके दौरान स्टेशन 110 मेगावाट बिजली का उत्पादन करता है।
संपीड़ित हवा टरबाइन को अपने आप नहीं घुमाती, बल्कि गैस टरबाइन में प्रवेश करती है। चूंकि गैस टरबाइन की शक्ति का 2/3 हिस्सा आमतौर पर कंप्रेसर को चलाने पर खर्च होता है, जो इसमें हवा पंप करता है, महत्वपूर्ण बचत प्राप्त होती है। टरबाइन में प्रवेश करने से पहले, हवा को दहन उत्पादों के साथ हीट एक्सचेंजर (रिकुपरेटर) में गर्म किया जाता है, जिससे दक्षता भी बढ़ती है।
उन्होंने पारंपरिक गैस टरबाइन की तुलना में गैस की खपत में 60...70% की कमी, ठंडी अवस्था से त्वरित स्टार्ट-अप (कई मिनट) और कम भार पर अच्छा संचालन नोट किया है।
मैकनटोश स्टेशन के निर्माण में 30 महीने लगे और लागत 65 मिलियन डॉलर आई।
अलबामा परियोजना अद्वितीय नहीं है. 1978 में, हंटोर्फ़ में, जर्मनों ने 50...70 एटीएम की दबाव सीमा के साथ 600...800 मीटर की गहराई पर दो नमक गुफाओं में 290 मेगावाट भंडारण सुविधा (2 घंटे का संचालन) शुरू की। भंडारण सुविधा मूल रूप से उत्तर पश्चिमी जर्मनी में उद्योग के लिए एक हॉट रिज़र्व के रूप में काम करती थी और अब इसका उपयोग पवन फार्म उत्पादन में चोटियों को कम करने के लिए किया जाता है।
वे लिखते हैं कि सोवियत काल के दौरान डोनबास में उन्होंने उसी गुफा में 1050 मेगावाट की वायवीय बैटरी स्थापित करने की योजना बनाई थी, इसका भाग्य अज्ञात है।
2012 में, टेक्सास में 2-मेगावाट पवन फार्म के बगल में 500 मेगावाट की वायवीय भंडारण सुविधा खोली गई थी, लेकिन इसके बारे में कुछ विशेष बातें हैं।
ज्ञान की पारिस्थितिकी। विज्ञान और प्रौद्योगिकी: ऊर्जा क्षेत्र में नई प्रौद्योगिकियों के सक्रिय विकास के संदर्भ में, बिजली भंडारण उपकरण एक प्रसिद्ध प्रवृत्ति है। यह बिजली कटौती या ऊर्जा की पूर्ण कमी की समस्या का उच्च गुणवत्ता वाला समाधान है।
एक प्रश्न है: "किसी भी स्थिति में कौन सी ऊर्जा भंडारण विधि बेहतर है?". उदाहरण के लिए, सौर या पवन संयंत्र से सुसज्जित निजी घर या झोपड़ी के लिए मुझे ऊर्जा भंडारण की कौन सी विधि चुननी चाहिए? जाहिर है, इस मामले में कोई भी बड़े पंप वाले भंडारण स्टेशन का निर्माण नहीं करेगा, लेकिन एक बड़े टैंक को स्थापित करना संभव है, इसे 10 मीटर की ऊंचाई तक बढ़ाया जा सकता है। लेकिन क्या ऐसी स्थापना सूर्य की अनुपस्थिति में निरंतर बिजली आपूर्ति बनाए रखने के लिए पर्याप्त होगी?
उठने वाले प्रश्नों का उत्तर देने के लिए, बैटरियों के मूल्यांकन के लिए कुछ मानदंड विकसित करना आवश्यक है जो हमें वस्तुनिष्ठ मूल्यांकन प्राप्त करने की अनुमति देंगे। और ऐसा करने के लिए, आपको विभिन्न ड्राइव मापदंडों पर विचार करने की आवश्यकता है जो आपको संख्यात्मक अनुमान प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।
क्षमता या संचित शुल्क?
कार बैटरी के बारे में बात करते या लिखते समय, वे अक्सर एक मान का उल्लेख करते हैं जिसे बैटरी क्षमता कहा जाता है और इसे एम्पीयर-घंटे (छोटी बैटरी के लिए - मिलीएम्प-घंटे में) में व्यक्त किया जाता है। लेकिन, सख्ती से कहें तो, एम्पीयर-घंटा क्षमता की एक इकाई नहीं है। विद्युत सिद्धांत में, धारिता को फैराड में मापा जाता है। और एम्पीयर-घंटा आवेश मापने की एक इकाई है! अर्थात्, संचित चार्ज को बैटरी की एक विशेषता माना जाना चाहिए (और ऐसा कहा जाता है)।
भौतिकी में आवेश को कूलॉम में मापा जाता है। एक कूलम्ब एक कंडक्टर के माध्यम से एक सेकंड में 1 एम्पीयर की धारा पर प्रवाहित चार्ज की मात्रा है। चूँकि 1 C/s 1 A के बराबर है, तो, घंटों को सेकंड में परिवर्तित करने पर, हम पाते हैं कि एक एम्पीयर-घंटा 3600 C के बराबर होगा।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कूलम्ब की परिभाषा से भी यह स्पष्ट है कि चार्ज एक निश्चित प्रक्रिया को दर्शाता है, अर्थात् एक कंडक्टर से गुजरने वाली धारा की प्रक्रिया। यही बात दूसरी मात्रा के नाम से भी निकलती है: एक एम्पीयर-घंटा तब होता है जब एक एम्पीयर की धारा किसी चालक से एक घंटे तक प्रवाहित होती है।
पहली नजर में ऐसा लग सकता है कि यहां किसी तरह की विसंगति है. आख़िरकार, अगर हम ऊर्जा संरक्षण की बात कर रहे हैं, तो किसी भी बैटरी में जमा हुई ऊर्जा को जूल में मापा जाना चाहिए, क्योंकि भौतिकी में जूल ऊर्जा माप की इकाई है। लेकिन आइए याद रखें कि कंडक्टर में करंट तभी होता है जब कंडक्टर के सिरों पर संभावित अंतर होता है, यानी कंडक्टर पर वोल्टेज लगाया जाता है। यदि बैटरी टर्मिनलों पर वोल्टेज 1 वोल्ट है और कंडक्टर के माध्यम से एक एम्पीयर-घंटे का चार्ज प्रवाहित होता है, तो हम पाते हैं कि बैटरी ने 1 V · 1 Ah = 1 Wh ऊर्जा वितरित की है।
इस प्रकार, बैटरियों के संबंध में संचित ऊर्जा (संग्रहीत ऊर्जा) या संचित (संग्रहीत) चार्ज के बारे में बात करना अधिक सही है। फिर भी, चूंकि "बैटरी क्षमता" शब्द व्यापक है और किसी तरह अधिक परिचित है, हम इसका उपयोग करेंगे, लेकिन कुछ स्पष्टीकरण के साथ, हम ऊर्जा क्षमता के बारे में बात करेंगे।
ऊर्जा क्षमता - पूरी तरह से चार्ज की गई बैटरी द्वारा सबसे कम स्वीकार्य मूल्य पर डिस्चार्ज होने पर निकलने वाली ऊर्जा।
इस अवधारणा का उपयोग करते हुए, हम ऊर्जा क्षमता की लगभग गणना और तुलना करने का प्रयास करेंगे विभिन्न प्रकार केऊर्जा भंडारण उपकरण.
रासायनिक बैटरियों की ऊर्जा क्षमता
पूर्णतःउर्जित विद्युत बैटरी 1 आह की घोषित क्षमता (चार्ज) के साथ, यह सैद्धांतिक रूप से एक घंटे के लिए 1 एम्पीयर का करंट प्रदान करने में सक्षम है (या, उदाहरण के लिए, 0.1 घंटे के लिए 10 ए, या 10 घंटे के लिए 0.1 ए)। लेकिन बहुत अधिक बैटरी डिस्चार्ज करंट से कम कुशल बिजली वितरण होता है, जो गैर-रेखीय रूप से ऐसे करंट के साथ काम करने के समय को कम कर देता है और ओवरहीटिंग का कारण बन सकता है। व्यवहार में, बैटरी की क्षमता की गणना अंतिम वोल्टेज के 20 घंटे के डिस्चार्ज चक्र के आधार पर की जाती है। कार बैटरी के लिए, यह 10.8 V है। उदाहरण के लिए, बैटरी लेबल "55 Ah" पर शिलालेख का अर्थ है कि यह 20 घंटे के लिए 2.75 एम्पीयर का करंट देने में सक्षम है, और टर्मिनलों पर वोल्टेज 10.8 IN से नीचे नहीं गिरेगा। .
बैटरी निर्माता अक्सर संकेत देते हैं तकनीकी निर्देशउनके उत्पादों में संग्रहीत ऊर्जा Wh (Wh) में होती है, न कि संग्रहीत चार्ज mAh (mAh) में, जो सामान्यतः सही नहीं है। संग्रहीत चार्ज से संग्रहीत ऊर्जा की गणना करना सामान्य स्थिति में आसान नहीं है: एकीकरण की आवश्यकता है तात्कालिक शक्ति, बैटरी द्वारा उसके डिस्चार्ज होने के पूरे समय के लिए जारी किया जाता है। यदि अधिक सटीकता की आवश्यकता नहीं है, तो एकीकरण के बजाय, आप वोल्टेज और वर्तमान खपत के औसत मूल्यों का उपयोग कर सकते हैं और सूत्र का उपयोग कर सकते हैं:
1 क = 1 वी 1 आह।
अर्थात्, संग्रहीत ऊर्जा (Wh में) लगभग संग्रहीत चार्ज (Ah में) और औसत वोल्टेज (वोल्ट में) के उत्पाद के बराबर है: इ = क्यू · यू. उदाहरण के लिए, यदि 12-वोल्ट बैटरी की क्षमता (सामान्य अर्थ में) 60 Ah बताई गई है, तो संग्रहीत ऊर्जा, यानी इसकी ऊर्जा क्षमता, 720 W घंटे होगी।
गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा भंडारण उपकरणों की ऊर्जा क्षमता
किसी भी भौतिकी की पाठ्यपुस्तक में आप पढ़ सकते हैं कि m द्रव्यमान के किसी पिंड को ऊँचाई h तक उठाने पर किसी बल F द्वारा किया गया कार्य A = m · g · h सूत्र द्वारा परिकलित किया जाता है, जहाँ g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है। यह सूत्र उस स्थिति में घटित होता है जब शरीर धीरे-धीरे चलता है और घर्षण बलों की उपेक्षा की जा सकती है। गुरुत्वाकर्षण के विरुद्ध काम करना इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि हम शरीर को कैसे उठाते हैं: लंबवत (जैसे घड़ी पर वजन), एक झुके हुए विमान के साथ (जैसे किसी पहाड़ पर स्लेज खींचते समय) या किसी अन्य तरीके से।
सभी मामलों में, कार्य A = m · g · h. शरीर को उसके मूल स्तर पर नीचे गिराते समय, गुरुत्वाकर्षण बल उतना ही कार्य करेगा जितना बल F द्वारा शरीर को उठाने के लिए खर्च किया गया था। इसका मतलब यह है कि किसी पिंड को उठाते समय, हमने m · g · h के बराबर काम जमा किया है, यानी उठाए गए शरीर में इस शरीर पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल और जिस ऊंचाई तक इसे उठाया गया है, उसके उत्पाद के बराबर ऊर्जा होती है। यह ऊर्जा उस पथ पर निर्भर नहीं करती है जिसके साथ उत्थान हुआ था, बल्कि केवल शरीर की स्थिति (जिस ऊंचाई तक इसे उठाया गया है या शरीर की प्रारंभिक और अंतिम स्थिति के बीच ऊंचाई का अंतर) से निर्धारित होता है और है स्थितिज ऊर्जा कहलाती है।
इस सूत्र का उपयोग करते हुए, आइए हम जमीन के स्तर (या हाइड्रोजनरेटर टरबाइन के स्तर) से 10 मीटर ऊपर उठाए गए 1000 लीटर की क्षमता वाले टैंक में पंप किए गए पानी के द्रव्यमान की ऊर्जा क्षमता का अनुमान लगाएं। आइए मान लें कि टैंक एक घन के आकार का है जिसके किनारे की लंबाई 1 मीटर है, फिर, लैंड्सबर्ग की पाठ्यपुस्तक के सूत्र के अनुसार, A = 1000 kg · (9.8 m/s2) · 10.5 m = 102900 kg · m2/ एस2. लेकिन 1 किलो m2/s2 1 जूल के बराबर है, और जब इसे वाट घंटे में परिवर्तित किया जाता है, तो हमें केवल 28.583 वाट घंटे मिलते हैं। अर्थात्, 720 वाट-घंटे की पारंपरिक इलेक्ट्रिक बैटरी की क्षमता के बराबर ऊर्जा क्षमता प्राप्त करने के लिए, आपको टैंक में पानी की मात्रा 25.2 गुना बढ़ाने की आवश्यकता है।
टैंक की रिब लंबाई लगभग 3 मीटर होनी चाहिए। वहीं, इसकी ऊर्जा क्षमता 845 वॉट-घंटे के बराबर होगी। यह एक बैटरी की क्षमता से अधिक है, लेकिन इंस्टॉलेशन वॉल्यूम पारंपरिक लेड-जिंक कार बैटरी के आकार से काफी बड़ा है। इस तुलना से पता चलता है कि किसी निश्चित प्रणाली में संग्रहीत ऊर्जा पर विचार करना उचित नहीं है - स्वयं में ऊर्जा, बल्कि संबंधित प्रणाली के द्रव्यमान या आयतन के संबंध में।
विशिष्ट ऊर्जा क्षमता
इसलिए हम इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि ऊर्जा क्षमता को भंडारण उपकरण या वाहक के द्रव्यमान या आयतन के साथ सहसंबंधित करना उचित है, उदाहरण के लिए, एक टैंक में डाला गया पानी। इस प्रकार के दो संकेतकों पर विचार किया जा सकता है।
हम द्रव्यमान विशिष्ट ऊर्जा क्षमता को इस भंडारण उपकरण के द्रव्यमान से विभाजित भंडारण उपकरण की ऊर्जा क्षमता के रूप में संदर्भित करेंगे।
वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ऊर्जा क्षमता किसी भंडारण उपकरण की ऊर्जा क्षमता को इस भंडारण उपकरण के आयतन से विभाजित करने पर प्राप्त होगी।
उदाहरण। 12 वोल्ट के लिए डिज़ाइन की गई लेड-एसिड बैटरी पैनासोनिक LC-X1265P का चार्ज 65 एम्पीयर-घंटे है, इसका वजन 20 किलोग्राम है। और आयाम (LxWxH) 350 · 166 · 175 मिमी। t = 20 C पर इसका सेवा जीवन 10 वर्ष है। इस प्रकार, इसकी द्रव्यमान विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता 65 · 12 / 20 = 39 वाट-घंटे प्रति किलोग्राम होगी, और इसकी वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता 65 · 12 / (3.5 · 1.66 · 1.75) = 76.7 वाट-घंटे प्रति घन डेसीमीटर होगी या 0.0767 kWh प्रति घन मापी.
में चर्चा के लिए पिछला अनुभागगाड़ी चलाना गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा 1000 लीटर की मात्रा वाले पानी के टैंक के आधार पर, विशिष्ट द्रव्यमान ऊर्जा तीव्रता केवल 28.583 वाट-घंटे/1000 किग्रा = 0.0286 Wh/किग्रा होगी, जो लेड-जिंक बैटरी की द्रव्यमान ऊर्जा तीव्रता से 1363 गुना कम है। और यद्यपि सेवा जीवन गुरुत्वाकर्षण भंडारणकाफी बड़ा हो सकता है, फिर भी व्यावहारिक दृष्टिकोण से, एक टैंक बैटरी की तुलना में कम आकर्षक लगता है।
आइए ऊर्जा भंडारण उपकरणों के कुछ और उदाहरण देखें और उनकी विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता का मूल्यांकन करें।
ताप संचायक की ऊर्जा क्षमता
ऊष्मा क्षमता किसी पिंड द्वारा 1°C गर्म करने पर अवशोषित ऊष्मा की मात्रा है। ताप क्षमता किस मात्रात्मक इकाई से संबंधित है, इसके आधार पर द्रव्यमान, आयतन और दाढ़ ताप क्षमता को प्रतिष्ठित किया जाता है।
द्रव्यमान विशिष्ट ऊष्मा क्षमता, जिसे केवल विशिष्ट ऊष्मा क्षमता भी कहा जाता है, ऊष्मा की वह मात्रा है जिसे किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान में एक इकाई तापमान तक गर्म करने के लिए जोड़ा जाना चाहिए। एसआई में इसे किलोग्राम प्रति केल्विन (J kg−1 K−1) से विभाजित जूल में मापा जाता है।
वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता ऊष्मा की वह मात्रा है जिसे किसी पदार्थ के एक इकाई आयतन को प्रति इकाई तापमान पर गर्म करने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए। एसआई में इसे जूल प्रति घन मीटर प्रति केल्विन (J m−3 K−1) में मापा जाता है।
मोलर ताप क्षमता ऊष्मा की वह मात्रा है जिसे किसी पदार्थ के 1 मोल को प्रति इकाई तापमान पर गर्म करने के लिए आपूर्ति की जानी चाहिए। एसआई में इसे जूल प्रति मोल प्रति केल्विन (J/(mol K)) में मापा जाता है।
मोल अंतर्राष्ट्रीय इकाई प्रणाली में किसी पदार्थ की मात्रा मापने की एक इकाई है। मोल एक प्रणाली में पदार्थ की वह मात्रा है जिसमें समान मात्रा होती है संरचनात्मक तत्व, 0.012 किलोग्राम वजन वाले कार्बन-12 में कितने परमाणु हैं?
विशिष्ट ताप क्षमता पदार्थ के तापमान और अन्य थर्मोडायनामिक मापदंडों से प्रभावित होती है। उदाहरण के लिए, पानी की विशिष्ट ताप क्षमता को मापने से पता चलेगा अलग परिणाम 20°C और 60°C पर. इसके अलावा, विशिष्ट ऊष्मा क्षमता इस बात पर निर्भर करती है कि पदार्थ के थर्मोडायनामिक मापदंडों (दबाव, आयतन, आदि) को कैसे बदलने की अनुमति दी जाती है; उदाहरण के लिए, स्थिर दबाव (सीपी) और स्थिर आयतन (सीवी) पर विशिष्ट ताप क्षमता आम तौर पर भिन्न होती है।
एक से पदार्थ का स्थानांतरण एकत्रीकरण की अवस्थाप्रत्येक पदार्थ के लिए परिवर्तन के एक विशिष्ट तापमान बिंदु पर ताप क्षमता में अचानक परिवर्तन के साथ दूसरे में परिवर्तन होता है - पिघलने बिंदु (संक्रमण) ठोसतरल में), क्वथनांक (तरल का गैस में संक्रमण) और, तदनुसार, विपरीत परिवर्तनों का तापमान: ठंड और संघनन।
कई पदार्थों की विशिष्ट ताप क्षमताएँ संदर्भ पुस्तकों में दी गई हैं, आमतौर पर स्थिर दबाव पर एक प्रक्रिया के लिए। उदाहरण के लिए, विशिष्ट ताप क्षमता तरल जलपर सामान्य स्थितियाँ- 4200 जे/(किलो के); बर्फ - 2100 जे/(किलो के)।
प्रस्तुत आंकड़ों के आधार पर, आप जल ताप संचायक (सार) की ताप क्षमता का अनुमान लगाने का प्रयास कर सकते हैं। मान लीजिए कि इसमें पानी का द्रव्यमान 1000 किलोग्राम (लीटर) है। हम इसे 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करते हैं और इसे 30 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा होने तक गर्म होने देते हैं। यदि आप इस तथ्य से परेशान नहीं हैं कि ताप क्षमता अलग-अलग है अलग-अलग तापमान, हम मान सकते हैं कि ऊष्मा संचायक 4200 * 1000 * 50 J ऊष्मा छोड़ेगा। अर्थात्, ऐसे ताप संचायक की ऊर्जा क्षमता 210 मेगाजूल या 58.333 किलोवाट-घंटे ऊर्जा है।
यदि हम इस मान की तुलना पारंपरिक कार बैटरी (720 वाट-घंटे) के ऊर्जा चार्ज से करते हैं, तो हम देखते हैं कि प्रश्न में थर्मल संचायक की ऊर्जा क्षमता लगभग 810 इलेक्ट्रिक बैटरियों की ऊर्जा क्षमता के बराबर है।
ऐसे ताप संचायक की विशिष्ट द्रव्यमान ऊर्जा तीव्रता (उस बर्तन के द्रव्यमान को ध्यान में रखे बिना भी जिसमें गर्म पानी वास्तव में संग्रहीत किया जाएगा और थर्मल इन्सुलेशन का द्रव्यमान) 58.3 kWh/1000 kg = 58.3 Wh/kg होगा। जैसा कि ऊपर गणना की गई है, यह पहले से ही लेड-जिंक बैटरी की द्रव्यमान ऊर्जा तीव्रता से अधिक है, जो कि 39 Wh/kg के बराबर है।
मोटे अनुमान के अनुसार, ऊष्मा संचायक एक पारंपरिक संचायक के बराबर है कार बैटरीऔर वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ऊर्जा क्षमता के अनुसार, चूंकि एक किलोग्राम पानी आयतन का एक डेसीमीटर है, इसलिए इसकी वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ऊर्जा क्षमता भी 76.7 Wh/kg के बराबर है, जो कि लीड-एसिड बैटरी की वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ताप क्षमता से बिल्कुल मेल खाती है। सच है, ताप संचायक की गणना में हमने केवल पानी की मात्रा को ध्यान में रखा, हालाँकि टैंक की मात्रा और थर्मल इन्सुलेशन को भी ध्यान में रखना आवश्यक होगा। लेकिन किसी भी मामले में, नुकसान गुरुत्वाकर्षण भंडारण उपकरण जितना बड़ा नहीं होगा।
अन्य प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरण
लेख "ऊर्जा भंडारण उपकरणों (संचायक) की समीक्षा" कुछ और ऊर्जा भंडारण उपकरणों की विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता की गणना प्रदान करता है। आइए वहां से कुछ उदाहरण उधार लें
संधारित्र भंडारण
1 F की संधारित्र क्षमता और 250 V के वोल्टेज के साथ, संग्रहीत ऊर्जा होगी: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31.25 kJ ~ 8.69 W h। यदि आप इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर का उपयोग करते हैं, तो उनका वजन 120 किलोग्राम हो सकता है। विशिष्ट ऊर्जाभंडारण क्षमता 0.26 kJ/kg या 0.072 W/kg है। ऑपरेशन के दौरान, ड्राइव एक घंटे के लिए 9 डब्ल्यू से अधिक का भार प्रदान नहीं कर सकता है। जीवनभर इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर 20 साल तक पहुंच सकता है. संग्रहीत ऊर्जा घनत्व के संदर्भ में, आयनिस्टर रासायनिक आयनिस्टर्स के करीब हैं बैटरियों. लाभ: संचित ऊर्जा का उपयोग कम समय में किया जा सकता है।
ग्रेविटी ड्राइव प्रकार संचायक
सबसे पहले, हम 2000 किलोग्राम वजन वाले एक पिंड को 5 मीटर की ऊंचाई तक उठाते हैं, फिर विद्युत जनरेटर को घुमाते हुए, गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में शरीर को नीचे उतारा जाता है। ई = एमजीएच ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 केजे ~ 27.8 डब्ल्यू एच। विशिष्ट ऊर्जा क्षमता 0.0138 W·h/kg। ऑपरेशन के दौरान, ड्राइव एक घंटे के लिए 28 डब्ल्यू से अधिक का भार प्रदान नहीं कर सकता है। ड्राइव का सेवा जीवन 20 वर्ष या उससे अधिक हो सकता है।
लाभ:संचित ऊर्जा का उपयोग कम समय में किया जा सकता है।
चक्का
फ्लाईव्हील में संग्रहीत ऊर्जा को सूत्र E = 0.5 J w2 का उपयोग करके पाया जा सकता है, जहां J घूमते हुए पिंड की जड़ता का क्षण है। त्रिज्या R और ऊंचाई H वाले सिलेंडर के लिए:
जे = 0.5 पी आर आर4 एच
जहाँ r उस सामग्री का घनत्व है जिससे सिलेंडर बनाया जाता है।
आप LIMIT रैखिक गतिफ्लाईव्हील Vmax की परिधि पर (स्टील के लिए लगभग 200 m/s)।
वीमैक्स = डब्ल्यूमैक्स आर या डब्ल्यूमैक्स = वीमैक्स /आर
तब Emax = 0.5 J w2max = 0.25 p r R2 H V2max = 0.25 M V2max
विशिष्ट ऊर्जा होगी: Emax /M = 0.25 V2max
एक स्टील बेलनाकार फ्लाईव्हील के लिए, अधिकतम विशिष्ट ऊर्जा सामग्री लगभग 10 kJ/kg है। 100 किलोग्राम (आर = 0.2 मीटर, एच = 0.1 मीटर) वजन वाले फ्लाईव्हील के लिए, अधिकतम संचित ऊर्जा 0.25 ∙ 3.14 ∙ 8000 ∙ 0.22 ∙ 0.1 ∙ 2002 ~ 1 एमजे ~ 0.278 किलोवाट एच हो सकती है। ऑपरेशन के दौरान, ड्राइव एक घंटे के लिए 280 W से अधिक का भार प्रदान नहीं कर सकता है। फ्लाईव्हील का सेवा जीवन 20 वर्ष या उससे अधिक हो सकता है। लाभ: संचित ऊर्जा का उपयोग थोड़े समय के लिए किया जा सकता है, प्रदर्शन में काफी सुधार किया जा सकता है।
सुपर फ्लाईव्हील
पारंपरिक फ्लाईव्हील के विपरीत, सुपर फ्लाईव्हील सक्षम है प्रारुप सुविधायेसैद्धांतिक रूप से प्रति किलोग्राम वजन 500 Wh तक संग्रहित करें। हालाँकि, किसी कारण से सुपरफ्लाईव्हील्स का विकास रुक गया।
वायवीय संचायक
50 वायुमंडल के दबाव में हवा को 1 एम3 की क्षमता वाले स्टील टैंक में पंप किया जाता है। इस दबाव को झेलने के लिए टैंक की दीवारें लगभग 5 मिमी मोटी होनी चाहिए। कार्य करने के लिए संपीड़ित हवा का उपयोग किया जाता है। एक इज़ोटेर्मल प्रक्रिया में, वायुमंडल में विस्तार के दौरान एक आदर्श गैस द्वारा किया गया कार्य A सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:
ए = (एम / एम) ∙ आर ∙ टी ∙ एलएन (वी2 / वी1)
जहाँ M गैस द्रव्यमान है, m - दाढ़ जनगैस, R - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, T - निरपेक्ष तापमान, V1 - गैस की प्रारंभिक मात्रा, V2 - गैस की अंतिम मात्रा। भंडारण उपकरण V2 / V1 = 50 के इस कार्यान्वयन के लिए एक आदर्श गैस (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) के लिए राज्य के समीकरण को ध्यान में रखते हुए, R = 8.31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / एम ~ 50: 0.0224 ~ 2232, विस्तार के दौरान गैस का काम 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ एलएन 50 ~ 20 एमजे ~ 5.56 किलोवाट · घंटा प्रति चक्र। ड्राइव का द्रव्यमान लगभग 250 किलोग्राम है। विशिष्ट ऊर्जा 80 kJ/kg होगी। ऑपरेशन के दौरान, वायवीय भंडारण उपकरण एक घंटे के लिए 5.5 किलोवाट से अधिक का भार प्रदान नहीं कर सकता है। जीवनभर वायवीय संचायक 20 वर्ष या उससे अधिक हो सकता है.
लाभ: भंडारण टैंक मानक रूप से भूमिगत स्थित हो सकता है; गैस सिलेंडरउचित उपकरण के साथ आवश्यक मात्रा में, पवन टरबाइन का उपयोग करते समय, बाद वाला सीधे कंप्रेसर पंप को चला सकता है, पर्याप्त है एक बड़ी संख्या कीऐसे उपकरण जो सीधे संपीड़ित हवा की ऊर्जा का उपयोग करते हैं।
कुछ ऊर्जा भंडारण उपकरणों की तुलना तालिका
आइए ऊर्जा भंडारण मापदंडों के उपरोक्त सभी मूल्यों को एक सारांश तालिका में संक्षेपित करें। लेकिन पहले, आइए ध्यान दें कि विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता हमें पारंपरिक ईंधन के साथ भंडारण उपकरणों की तुलना करने की अनुमति देती है।
ईंधन की मुख्य विशेषता इसकी दहन की गर्मी है, अर्थात। पूर्ण दहन के दौरान निकलने वाली ऊष्मा की मात्रा। दहन की विशिष्ट ऊष्मा (MJ/kg) और आयतनात्मक ऊष्मा (MJ/m3) के बीच अंतर किया जाता है। MJ को kWh में बदलने पर हमें प्राप्त होता है:
ईंधन | ऊर्जा क्षमता (किलोवाट/किग्रा) |
लकड़ी | 2,33-4,32 |
तेल परत | 2,33 – 5,82 |
पीट | 2,33 – 4,66 |
लिग्नाइट कोयला | 2,92 -5,82 |
कोयला | ठीक है। 8.15 |
एन्थ्रेसाइट | 9,08 – 9,32 |
तेल | 11,63 |
पेट्रोल | 12.8 kWh/किग्रा, 9.08 kWh/लीटर |
जैसा कि हम देख सकते हैं, ईंधन की विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता ऊर्जा भंडारण उपकरणों की ऊर्जा तीव्रता से काफी अधिक है। क्योंकि के रूप में बैकअप स्रोतऊर्जाओं का अक्सर उपयोग किया जाता है डीजल जनरेटर, हम अंतिम तालिका में डीजल ईंधन की ऊर्जा तीव्रता को शामिल करेंगे, जो 42624 kJ/kg या 11.84 किलोवाट-घंटे/किग्रा के बराबर है। और चलिए तुलना के लिए और कुछ जोड़ते हैं प्राकृतिक गैसऔर हाइड्रोजन, चूंकि उत्तरार्द्ध ऊर्जा भंडारण उपकरण बनाने के आधार के रूप में भी काम कर सकता है।
बोतलबंद गैस (प्रोपेन-ब्यूटेन) की विशिष्ट द्रव्यमान ऊर्जा सामग्री 36 mJ/kg है। या 10 kWh/किग्रा, और हाइड्रोजन के लिए - 33.58 kWh/किग्रा।
परिणामस्वरूप, हमें विचारित ऊर्जा भंडारण उपकरणों के मापदंडों के साथ निम्नलिखित तालिका प्राप्त होती है (इस तालिका में अंतिम दो पंक्तियाँ पारंपरिक ऊर्जा वाहक के साथ तुलना के लिए जोड़ी गई थीं):
ऊर्जा भंडारण | संभव के लक्षण ड्राइव कार्यान्वयन |
रखता ऊर्जा, kWh |
विशिष्ट ऊर्जा क्षमता, डब्ल्यू एच/किलो |
अधिकतम परिचालन समय 100 W, मिनट के भार के लिए |
वॉल्यूमेट्रिक विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता, डब्ल्यू एच/डीएम3 |
जीवनभर, साल |
कोप्रोवी | ढेर चालक का वजन 2 टन, ऊंचाई 5 मीटर उठायें |
0,0278 | 0.0139 | 16,7 | 2.78/डीएम में पाइलड्राइवर की मात्रा | 20 से अधिक |
हाइड्रोलिक गुरुत्वाकर्षण | जल द्रव्यमान 1000 किग्रा, पम्पिंग ऊंचाई 10 मीटर | 0,0286 | 0,0286 | 16,7 | 0,0286 | 20 से अधिक |
कंडेनसर | बैटरी क्षमता 1 एफ, वोल्टेज 250 वी, वजन 120 किलो |
0,00868 | 0.072 | 5.2 | 0,0868 | 20 तक |
चक्का | स्टील फ्लाईव्हील का वजन 100 किलोग्राम, व्यास 0.4 मीटर, मोटाई 0.1 मीटर है | 0,278 | 2,78 | 166,8 | 69,5 | 20 से अधिक |
लेड एसिड बैटरी | क्षमता 190 आह, आउटपुट वोल्टेज 12 वी, वजन 70 किलो | 1,083 | 15,47 | 650 | 60-75 | 3 … 5 |
वायवीय | स्टील टैंकआयतन 1 एम3 का वजन 250 किलोग्राम है संपीड़ित हवा 50 वायुमंडल के दबाव में | 0,556 | 22,2 | 3330 | 0,556 | 20 से अधिक |
थर्मल संचायक | पानी की मात्रा 1000 लीटर, 80 डिग्री सेल्सियस तक गर्म, | 58,33 | 58,33 | 34998 | 58,33 | 20 तक |
हाइड्रोजन सिलेंडर | आयतन 50 लीटर, घनत्व 0.09 किग्रा/वर्ग मीटर, संपीड़न अनुपात 10:1 (वजन 0.045 किग्रा) | 1,5 | 33580 | 906,66 | 671600 | 20 से अधिक |
प्रोपेन-ब्यूटेन सिलेंडर | गैस की मात्रा 50 लीटर, घनत्व 0.717 किग्रा/वर्ग मीटर, संपीड़न अनुपात 10:1 (वजन 0.36 किग्रा) | 3,6 | 10000 | 2160 | 200000 | 20 से अधिक |
कनस्तर के साथ डीजल ईंधन | वॉल्यूम 50 एल. (=40 किग्रा) | 473,6 | 11840 | 284160 | 236800 | 20 से अधिक |
इस तालिका में दिए गए आंकड़े बहुत अनुमानित हैं, गणना में कई कारकों को ध्यान में नहीं रखा जाता है, उदाहरण के लिए, गुणांक उपयोगी क्रियावह जनरेटर जो संग्रहीत ऊर्जा, आयतन और भार का उपयोग करता है आवश्यक उपकरणऔर इसी तरह। हालाँकि, ये आंकड़े, मेरी राय में, संभावित ऊर्जा तीव्रता का प्रारंभिक मूल्यांकन देने की अनुमति देते हैं विभिन्न प्रकार केऊर्जा भंडारण उपकरण.
और, जैसा कि ऊपर दी गई तालिका से पता चलता है, सबसे अधिक प्रभावी लुकभंडारण उपकरण को हाइड्रोजन वाले सिलेंडर द्वारा दर्शाया जाता है। यदि नवीकरणीय स्रोतों से "मुक्त" (अतिरिक्त) ऊर्जा का उपयोग हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, तो हाइड्रोजन भंडारण उपकरण सबसे आशाजनक साबित हो सकता है।
हाइड्रोजनइसका उपयोग पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन में ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जो विद्युत जनरेटर को घुमाएगा, या हाइड्रोजन में ईंधन कोशिकाएंजो सीधे बिजली का उत्पादन करते हैं। कौन सी विधि अधिक लाभदायक है, इस प्रश्न पर अलग से विचार करने की आवश्यकता है। खैर, हाइड्रोजन के उत्पादन और उपयोग में सुरक्षा के मुद्दे एक या दूसरे प्रकार के ऊर्जा भंडारण उपकरण का उपयोग करने की व्यवहार्यता पर विचार करते समय समायोजन कर सकते हैं। प्रकाशित
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