Akumulator energi pneumatik. Penyimpanan Energi Udara Terkompresi (CAES) - Penyimpanan energi pneumatik. Kapasitas energi spesifik

Ekologi pengetahuan Sains dan teknologi: Dalam konteks perkembangan aktif teknologi baru di sektor energi, perangkat penyimpanan listrik merupakan tren yang terkenal. Ini adalah solusi berkualitas tinggi untuk masalah pemadaman listrik atau kekurangan energi.

Ada pertanyaan: “Metode penyimpanan energi manakah yang lebih disukai dalam situasi tertentu?”. Misalnya, metode penyimpanan energi apa yang harus saya pilih untuk rumah atau pondok pribadi yang dilengkapi dengan instalasi tenaga surya atau angin? Jelasnya, dalam hal ini tidak ada yang akan membangun stasiun penyimpanan besar yang dipompa, tetapi dimungkinkan untuk memasang tangki besar, menaikkannya hingga ketinggian 10 meter. Namun apakah instalasi seperti itu cukup untuk menjaga pasokan listrik tetap konstan saat tidak ada sinar matahari?

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan yang muncul, perlu dikembangkan beberapa kriteria penilaian baterai yang memungkinkan kita memperoleh penilaian yang obyektif. Dan untuk melakukan ini, Anda perlu mempertimbangkan berbagai parameter penggerak yang memungkinkan Anda memperoleh perkiraan numerik.

Kapasitas atau akumulasi biaya?

Ketika berbicara atau menulis tentang aki mobil, mereka sering menyebutkan nilai yang disebut kapasitas baterai dan dinyatakan dalam ampere-jam (untuk baterai kecil - dalam miliamp-jam). Namun sebenarnya, ampere-jam bukanlah satuan kapasitas. Dalam teori kelistrikan, kapasitansi diukur dalam farad. Dan ampere-jam adalah satuan pengukuran muatan! Artinya, akumulasi muatan harus dianggap (dan disebut demikian) sebagai karakteristik baterai.

Dalam fisika, muatan diukur dalam coulomb. Satu coulomb adalah banyaknya muatan yang melewati suatu penghantar dengan arus 1 ampere dalam satu detik. Karena 1 C/s sama dengan 1 A, maka dengan mengkonversi jam ke detik, kita mendapatkan bahwa satu ampere-jam sama dengan 3600 C.

Perlu diperhatikan bahwa dari definisi coulomb pun jelas bahwa muatan mencirikan suatu proses tertentu, yaitu proses arus yang melewati suatu penghantar. Hal yang sama bahkan mengikuti dari nama besaran lainnya: satu ampere-jam adalah ketika arus sebesar satu ampere mengalir melalui sebuah konduktor selama satu jam.

Pada pandangan pertama, tampaknya ada semacam inkonsistensi di sini. Lagi pula, jika kita berbicara tentang konservasi energi, maka energi yang terakumulasi dalam baterai apa pun harus diukur dalam joule, karena joule dalam fisika adalah satuan pengukuran energi. Namun perlu diingat bahwa arus dalam suatu penghantar hanya terjadi jika terdapat beda potensial pada ujung-ujung penghantar, yaitu tegangan diberikan pada penghantar tersebut. Jika tegangan pada terminal baterai adalah 1 volt dan muatan sebesar satu ampere-jam mengalir melalui konduktor, kita mengetahui bahwa baterai telah menyalurkan energi 1 V · 1 Ah = 1 Wh.

Jadi, dalam kaitannya dengan baterai, lebih tepat berbicara tentang akumulasi energi (energi yang tersimpan) atau akumulasi (penyimpanan) muatan. Namun demikian, karena istilah “kapasitas baterai” tersebar luas dan lebih familiar, kami akan menggunakannya, tetapi dengan beberapa klarifikasi, yaitu, kami akan berbicara tentang kapasitas energi.

Kapasitas energi - energi yang dilepaskan oleh baterai yang terisi penuh ketika dayanya habis hingga nilai terendah yang diizinkan.

Dengan menggunakan konsep ini, kami akan mencoba menghitung dan membandingkan kapasitas energi secara kasar berbagai jenis perangkat penyimpan energi.

Kapasitas energi baterai kimia

Baterai listrik yang terisi penuh dengan kapasitas (pengisian) yang dinyatakan sebesar 1 Ah secara teoritis mampu mengalirkan arus 1 ampere selama satu jam (atau, misalnya, 10 A selama 0,1 jam, atau 0,1 A selama 10 jam). Namun arus pengosongan baterai yang terlalu besar menyebabkan penyaluran daya menjadi kurang efisien, yang secara non-linear mengurangi waktu pengoperasian baterai dengan arus tersebut dan dapat menyebabkan panas berlebih. Dalam praktiknya, kapasitas baterai dihitung berdasarkan siklus pengosongan 20 jam hingga tegangan akhir. Untuk aki mobil 10,8 V. Misalnya tulisan pada label aki “55 Ah” artinya mampu mengalirkan arus 2,75 ampere selama 20 jam, dan tegangan pada terminalnya tidak akan turun di bawah 10,8 IN .

Produsen baterai sering kali menunjukkannya spesifikasi teknis produk mereka, energi yang tersimpan dalam Wh (Wh), dan bukan muatan yang tersimpan dalam mAh (mAh), yang secara umum tidak benar. Menghitung energi yang tersimpan dari muatan yang tersimpan tidak mudah dalam kasus umum: diperlukan integrasi kekuatan sesaat, dikeluarkan oleh baterai selama pengosongannya. Jika akurasi yang lebih besar tidak diperlukan, alih-alih integrasi, Anda dapat menggunakan nilai rata-rata konsumsi tegangan dan arus dan menggunakan rumus:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

Artinya, energi yang tersimpan (dalam Wh) kira-kira sama dengan hasil kali muatan yang tersimpan (dalam Ah) dan tegangan rata-rata (dalam Volt): E = Q · kamu. Misalnya, jika kapasitas (dalam pengertian biasa) baterai 12 volt dinyatakan 60 Ah, maka energi yang tersimpan, yaitu kapasitas energinya, adalah 720 W jam.

Kapasitas energi perangkat penyimpanan energi gravitasi

Dalam buku teks fisika mana pun Anda dapat membaca bahwa usaha A yang dilakukan oleh suatu gaya F ketika mengangkat benda bermassa m ke ketinggian h dihitung dengan rumus A = m · g · h, di mana g adalah percepatan gravitasi. Rumus ini terjadi ketika benda bergerak lambat dan gaya gesekan dapat diabaikan. Bekerja melawan gravitasi tidak bergantung pada cara kita mengangkat tubuh: secara vertikal (seperti beban pada jam tangan), sepanjang bidang miring (seperti saat menarik kereta luncur ke atas gunung) atau dengan cara lain apa pun.

Dalam semua kasus, usaha A = m · g · h. Ketika benda diturunkan ke ketinggian semula, gaya gravitasi akan menghasilkan usaha yang sama seperti yang dilakukan gaya F untuk mengangkat benda. Artinya ketika mengangkat suatu benda, kita telah menyimpan usaha yang sama dengan m · g · h, yaitu benda yang diangkat mempunyai energi yang sama dengan hasil kali gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut dan ketinggian di mana benda itu diangkat. Energi ini tidak bergantung pada jalur yang dilalui kenaikan tersebut, tetapi hanya ditentukan oleh posisi benda (ketinggian diangkat atau perbedaan ketinggian antara posisi awal dan akhir benda) dan adalah disebut energi potensial.

Dengan menggunakan rumus ini, mari kita perkirakan kapasitas energi suatu massa air yang dipompa ke dalam tangki berkapasitas 1000 liter, yang ditinggikan 10 meter di atas permukaan tanah (atau setinggi turbin hidrogenerator). Misalkan tangki berbentuk kubus dengan panjang rusuk 1 m, maka menurut rumus di buku teks Landsberg, A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/ s2. Namun 1 kg m2/s2 sama dengan 1 joule, dan jika dikonversi ke watt jam, kita hanya mendapatkan 28,583 watt jam. Artinya, untuk memperoleh kapasitas energi sebesar kapasitas baterai listrik konvensional sebesar 720 watt-jam, diperlukan penambahan volume air dalam tangki sebesar 25,2 kali lipat.

Tangki harus memiliki panjang rusuk sekitar 3 meter. Pada saat yang sama, dia kapasitas energi akan sama dengan 845 watt-jam. Ini lebih dari kapasitas satu baterai, namun volume pemasangannya jauh lebih besar dibandingkan ukuran baterai mobil timah-seng konvensional. Perbandingan ini menunjukkan bahwa masuk akal untuk mempertimbangkan bukan energi yang tersimpan dalam sistem tertentu - energi itu sendiri, tetapi dalam kaitannya dengan massa atau volume sistem yang bersangkutan.

Kapasitas energi spesifik

Jadi kami sampai pada kesimpulan bahwa disarankan untuk mengkorelasikan kapasitas energi dengan massa atau volume alat penyimpanan, atau pembawa itu sendiri, misalnya air yang dituangkan ke dalam tangki. Dua indikator semacam ini dapat dipertimbangkan.

Kami akan mengacu pada kapasitas energi spesifik massa sebagai kapasitas energi suatu perangkat penyimpanan dibagi dengan massa perangkat penyimpanan tersebut.

Kapasitas energi spesifik volumetrik adalah kapasitas energi suatu perangkat penyimpanan dibagi dengan volume perangkat penyimpanan tersebut.

Contoh. Baterai timbal-asam Panasonic LC-X1265P, dirancang untuk 12 volt, memiliki muatan 65 ampere-jam, dan berat 20 kg. dan dimensi (PxLxT) 350 · 166 · 175 mm. Umur layanannya pada t = 20 C adalah 10 tahun. Jadi, intensitas energi spesifik massanya adalah 65 · 12 / 20 = 39 watt-jam per kilogram, dan intensitas energi spesifik volumetriknya adalah 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 watt-jam per desimeter kubik atau 0,0767 kWh per meter kubik.

Untuk dibahas di bagian sebelumnya menyetir energi gravitasi Berdasarkan tangki air bervolume 1000 liter, intensitas energi massa spesifik hanya 28,583 watt-jam/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, yaitu 1363 kali lebih kecil dari intensitas energi massa baterai timbal-seng. Dan meskipun umur layanan penyimpanan gravitasi mungkin terlihat jauh lebih besar, namun dari sudut pandang praktis, tangki tersebut tampak kurang menarik dibandingkan baterai akumulator.

Mari kita lihat beberapa contoh perangkat penyimpan energi dan mengevaluasi intensitas energi spesifiknya.

Kapasitas energi akumulator panas

Kapasitas kalor adalah jumlah kalor yang diserap suatu benda bila dipanaskan sebesar 1 °C. Tergantung pada unit kuantitatif kapasitas panasnya, kapasitas panas massa, volumetrik, dan molar dibedakan.

Kapasitas kalor jenis massa, disebut juga kapasitas kalor jenis, adalah jumlah kalor yang harus ditambahkan pada suatu satuan massa suatu zat untuk memanaskannya sebesar satuan suhu. Dalam SI diukur dalam joule dibagi kilogram per kelvin (J kg−1 K−1).

Kapasitas kalor volumetrik adalah jumlah kalor yang harus disuplai ke suatu satuan volume suatu zat untuk memanaskannya per satuan suhu. Dalam SI diukur dalam joule per meter kubik per kelvin (J m−3 K−1).

Kapasitas panas molar adalah jumlah panas yang harus disuplai ke 1 mol suatu zat untuk memanaskannya per satuan suhu. Dalam SI diukur dalam joule per mol per kelvin (J/(mol K)).

Mol adalah satuan ukuran jumlah suatu zat dalam Sistem Satuan Internasional. Mol adalah jumlah zat dalam suatu sistem yang mengandung jumlah yang sama elemen struktural, berapa jumlah atom pada karbon-12 yang massanya 0,012 kg.

Kapasitas kalor jenis dipengaruhi oleh suhu zat dan parameter termodinamika lainnya. Misalnya, mengukur kapasitas panas spesifik air akan memberikan hasil hasil yang berbeda pada suhu 20 °C dan 60 °C. Selain itu, kapasitas panas spesifik bergantung pada bagaimana parameter termodinamika zat (tekanan, volume, dll.) dibiarkan berubah; misalnya kapasitas kalor jenis pada tekanan konstan (CP) dan pada volume konstan (CV) umumnya berbeda.

Perpindahan materi dari satu keadaan agregasi ke yang lain disertai dengan perubahan kapasitas panas secara tiba-tiba pada suhu tertentu, titik transformasi untuk setiap zat – titik leleh (transisi padat menjadi cair), titik didih (transisi cairan menjadi gas) dan, karenanya, suhu transformasi terbalik: pembekuan dan kondensasi.

Kapasitas panas spesifik banyak zat diberikan dalam buku referensi, biasanya untuk proses pada tekanan konstan. Misalnya kapasitas panas spesifik air cair pada kondisi normal- 4200 J/(kgK); es - 2100 J/(kg K).

Berdasarkan data yang disajikan, Anda dapat mencoba memperkirakan kapasitas kalor suatu akumulator kalor air (abstrak). Misalkan massa air di dalamnya adalah 1000 kg (liter). Kami memanaskannya hingga 80 °C dan membiarkannya mengeluarkan panas hingga dingin hingga 30 °C. Jika Anda tidak peduli dengan kenyataan bahwa kapasitas panasnya berbeda suhu yang berbeda, kita dapat berasumsi bahwa akumulator kalor akan melepaskan kalor sebesar 4200 * 1000 * 50 J. Artinya, kapasitas energi akumulator panas tersebut adalah 210 megajoule atau energi 58,333 kilowatt-jam.

Jika kita membandingkan nilai ini dengan muatan energi aki mobil konvensional (720 watt-jam), kita melihat bahwa kapasitas energi akumulator termal yang dimaksud sama dengan kapasitas energi sekitar 810 baterai listrik.

Intensitas energi massa spesifik dari akumulator panas tersebut (bahkan tanpa memperhitungkan massa bejana di mana air panas sebenarnya akan disimpan dan massa insulasi termal) akan menjadi 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Hal ini ternyata sudah melebihi intensitas energi massa baterai timbal-seng, yang sama dengan, seperti dihitung di atas, sebesar 39 Wh/kg.

Menurut perhitungan kasar, akumulator panas sebanding dengan aki mobil konvensional dalam hal kapasitas energi spesifik volumetrik, karena satu kilogram air adalah satu desimeter volume, oleh karena itu kapasitas energi spesifik volumetriknya juga sama dengan 76,7 Wh/kg, yaitu persis sama dengan kapasitas kalor jenis volumetrik baterai timbal-asam. Benar, dalam perhitungan akumulator panas kami hanya memperhitungkan volume air, meskipun volume tangki dan isolasi termal juga perlu diperhitungkan. Namun bagaimanapun juga, kerugiannya tidak akan sebesar perangkat penyimpanan gravitasi.

Jenis perangkat penyimpanan energi lainnya

Artikel “Tinjauan perangkat penyimpanan energi (akumulator)” memberikan perhitungan intensitas energi spesifik dari beberapa perangkat penyimpanan energi lainnya. Mari kita meminjam beberapa contoh dari sana

Penyimpanan kapasitor

Dengan kapasitas kapasitor 1 F dan tegangan 250 V maka energi yang tersimpan adalah: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W·h. Jika Anda menggunakan kapasitor elektrolitik, beratnya bisa mencapai 120 kg. Energi spesifik alat penyimpan adalah 0,26 kJ/kg atau 0,072 W/kg. Selama pengoperasian, drive dapat memberikan beban tidak lebih dari 9 W selama satu jam. Seumur hidup kapasitor elektrolitik bisa mencapai 20 tahun. Dalam hal kepadatan energi, ionistor mendekati baterai kimia. Keuntungan: akumulasi energi dapat digunakan dalam waktu singkat.

Akumulator tipe penggerak gravitasi

Pertama kita angkat sebuah benda bermassa 2000 kg ke ketinggian 5 m, kemudian benda tersebut diturunkan karena pengaruh gaya gravitasi dengan memutar generator listrik. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 Wh. Kapasitas energi spesifik 0,0138 W·h/kg. Selama pengoperasian, drive dapat memberikan beban tidak lebih dari 28 W selama satu jam. Masa pakai drive bisa 20 tahun atau lebih.

Keuntungan: akumulasi energi dapat digunakan dalam waktu singkat.

Roda gila

Energi yang tersimpan pada flywheel dapat dicari dengan rumus E = 0,5 J w2, dimana J adalah momen inersia benda yang berputar. Untuk silinder dengan jari-jari R dan tinggi H:

J = 0,5 p r R4 H

di mana r adalah massa jenis bahan pembuat silinder.

Membatasi kecepatan linier di pinggiran flywheel Vmax (kira-kira 200 m/s untuk baja).

Vmax = wmax R atau wmax = Vmax /R

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

Energi spesifiknya adalah: Emax /M = 0,25 V2max

Untuk roda gila silinder baja, kandungan energi spesifik maksimumnya kira-kira 10 kJ/kg. Untuk roda gila berbobot 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m), akumulasi energi maksimum dapat mencapai 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,278 kWh. Selama pengoperasian, drive dapat memberikan beban tidak lebih dari 280 W selama satu jam. Masa pakai roda gila bisa mencapai 20 tahun atau lebih. Keuntungan: akumulasi energi dapat digunakan dalam waktu singkat, kinerja dapat ditingkatkan secara signifikan.

Roda gila super

Roda gila super, tidak seperti roda gila konvensional, mampu melakukannya fitur desain secara teoritis menyimpan hingga 500 Wh per kilogram berat. Namun, karena alasan tertentu, pengembangan superflywheel terhenti.

Akumulator pneumatik

Udara bertekanan 50 atmosfer dipompa ke dalam tangki baja berkapasitas 1 m3. Untuk menahan tekanan ini, dinding tangki harus setebal kurang lebih 5 mm. Udara bertekanan digunakan untuk melakukan pekerjaan tersebut. Dalam proses isotermal, usaha A yang dilakukan oleh gas ideal selama pemuaian ke atmosfer ditentukan dengan rumus:

A = (M/m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1)

dimana M adalah massa gas, m - masa molar gas, R - konstanta gas universal, T - suhu absolut, V1 - volume awal gas, V2 - volume akhir gas. Dengan memperhatikan persamaan keadaan gas ideal (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) untuk implementasi alat penyimpan ini V2 / V1 = 50, R = 8.31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, kerja gas selama ekspansi 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ dalam 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · jam per siklus. Massa penggeraknya sekitar 250 kg. Energi spesifiknya adalah 80 kJ/kg. Selama pengoperasian, perangkat penyimpanan pneumatik dapat memberikan beban tidak lebih dari 5,5 kW selama satu jam. Seumur hidup akumulator pneumatik mungkin 20 tahun atau lebih.

Keuntungan: tangki penyimpanan dapat ditempatkan di bawah tanah, tabung gas standar dalam jumlah yang dibutuhkan dengan peralatan yang sesuai dapat digunakan sebagai reservoir, bila menggunakan mesin angin, yang terakhir dapat langsung menggerakkan pompa kompresor, jumlahnya cukup sejumlah besar perangkat yang secara langsung menggunakan energi udara terkompresi.

Tabel perbandingan beberapa perangkat penyimpanan energi

Mari kita rangkum semua nilai parameter penyimpanan energi di atas ke dalam tabel ringkasan. Namun pertama-tama, mari kita perhatikan bahwa intensitas energi spesifik memungkinkan kita membandingkan perangkat penyimpanan dengan bahan bakar konvensional.

Ciri utama bahan bakar adalah panas pembakarannya, yaitu. jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna. Dibedakan antara kalor jenis pembakaran (MJ/kg) dan kalor volumetrik (MJ/m3). Mengonversi MJ ke kWh kita mendapatkan:

Seperti yang bisa kita lihat, intensitas energi spesifik bahan bakar secara signifikan melebihi intensitas energi perangkat penyimpan energi. Karena sebagai sumber cadangan energi sering digunakan generator diesel, pada tabel akhir akan kita masukkan intensitas energi bahan bakar solar yaitu sebesar 42624 kJ/kg atau 11,84 kW-jam/kg. Dan mari kita tambahkan gas alam dan hidrogen sebagai perbandingan, karena hidrogen juga dapat berfungsi sebagai dasar untuk pembuatan perangkat penyimpan energi.

Kandungan energi massa spesifik gas dalam kemasan (propana-butana) adalah 36 mJ/kg. atau 10 kWh/kg, dan untuk hidrogen - 33,58 kWh/kg.

Hasilnya, kami memperoleh tabel berikut dengan parameter perangkat penyimpanan energi yang dipertimbangkan (dua baris terakhir dalam tabel ini ditambahkan untuk dibandingkan dengan pembawa energi tradisional):

Angka-angka yang diberikan dalam tabel ini sangat mendekati, perhitungannya tidak memperhitungkan banyak faktor, misalnya koefisien tindakan yang berguna generator yang menggunakan energi, volume, dan berat yang tersimpan Peralatan yang diperlukan dan seterusnya. Namun, angka-angka ini, menurut saya, memungkinkan untuk memberikan penilaian awal mengenai potensi intensitas energi berbagai jenis perangkat penyimpan energi.

Dan sebagai berikut dari tabel di atas, yang paling banyak tampilan yang efektif Perangkat penyimpanan diwakili oleh silinder dengan hidrogen. Jika energi “gratis” (kelebihan) dari sumber terbarukan digunakan untuk menghasilkan hidrogen, maka perangkat penyimpanan hidrogen mungkin menjadi yang paling menjanjikan.

Hidrogen dapat digunakan sebagai bahan bakar pada mesin pembakaran internal konvensional, yang akan memutar generator listrik, atau hidrogen sel bahan bakar yang langsung menghasilkan listrik. Pertanyaan tentang metode mana yang lebih menguntungkan memerlukan pertimbangan tersendiri. Nah, masalah keselamatan dalam produksi dan penggunaan hidrogen dapat membuat penyesuaian ketika mempertimbangkan kelayakan penggunaan satu atau beberapa jenis perangkat penyimpanan energi. diterbitkan

Bergabunglah dengan kami

Suatu reservoir udara atau gas lain yang dihubungkan pada suatu saluran dan dilengkapi dengan katup pengaman yang diatur pada tekanan tertentu. Akumulator pneumatik elemen penting dari mesin peniup pasir dan penembakan pasir untuk pembuatan... ... Kamus metalurgi

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

AKUMULATOR PNEUMATIK- tangki berisi udara (atau gas lainnya), dihubungkan ke saluran udara dan dilengkapi dengan alat pengaman. katup, yang diatur ke tekanan maksimum tertentu. Digunakan dalam aplikasi pneumatik yang kompleks. jaringan untuk menyamakan tekanan operasi, pada listrik tenaga angin... ... Kamus Besar Ensiklopedis Politeknik

Baterai (disambiguasi)- Baterai (lat. pengumpul akumulator, dari bahasa lat. accumulo mengumpulkan, mengakumulasi) suatu alat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya. Baterai mobil baterai yang digunakan di mobil... ... Wikipedia

Baterai- Istilah ini memiliki arti lain, lihat Baterai (arti). Baterai (lat. akumulator kolektor, dari lat. accumulo kumpulkan, kumpulkan) perangkat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya, ... ... Wikipedia

BATERAI- (dari bahasa Latin kolektor akumulator) alat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya. 1) Baterai listrik berubah energi listrik menjadi bahan kimia dan, jika perlu, memberikan konversi terbalik;... ... Kamus Ensiklopedis Besar

BATERAI Ensiklopedia modern

Baterai- (dari bahasa Latin akumulator kolektor), alat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya. 1) Baterai listrik sel galvanik dapat digunakan kembali; mengubah energi listrik menjadi energi kimia dan... Kamus Ensiklopedis Bergambar

baterai- A; m.Suatu alat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya. Termal, listrik a. Mengisi a. ◁ Dapat diisi ulang, oh, oh. Sebuah tank. Dan baterainya. * * * baterai (dari bahasa Latin accumulator collector), alat untuk menyimpan... ... kamus ensiklopedis

Baterai- (lat. kolektor akumulator, dari accumulo mengumpulkan, mengakumulasi) alat untuk menyimpan energi untuk tujuan penggunaan selanjutnya. Tergantung pada jenis energi yang terakumulasi, A. membedakan: listrik, hidrolik, termal,... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Gua, kompresor, dan turbin gas - beginilah cara kerja akumulator energi pneumatik. Di AS, perangkat pertama dibuat pada tahun 1991 di McIntosh, Alabama. Tujuannya untuk memperlancar beban puncak pada pembangkit listrik.

Dalam mode akumulasi, udara dialirkan oleh kompresor ke fasilitas penyimpanan bawah tanah (gua garam alam) dengan volume 538 ribu meter kubik. hingga tekanan 77 atm. Ketika konsumsi daya pada jaringan meningkat secara tidak terduga, udara keluar dan melepaskan daya ke dalam sistem. Waktu untuk mengosongkan tangki ke tekanan operasi yang lebih rendah yaitu 46 atm adalah 26 jam, yang selama itu stasiun menghasilkan daya 110 MW.

Udara bertekanan tidak memutar turbin dengan sendirinya, melainkan masuk ke turbin gas. Karena 2/3 daya turbin gas biasanya dihabiskan untuk menggerakkan kompresor, yang memompa udara ke dalamnya, diperoleh penghematan yang signifikan. Sebelum masuk ke turbin, udara dipanaskan di alat penukar panas (recuperator) dengan hasil pembakaran, sehingga juga menambah efisiensi.

Mereka mencatat pengurangan konsumsi gas sebesar 60...70% dibandingkan dengan turbin gas tradisional, start cepat dari keadaan dingin (beberapa menit) dan Kerja bagus pada beban rendah.

Pembangunan stasiun Mcntosh memakan waktu 30 bulan dan menelan biaya $65 juta.

Proyek Alabama tidaklah unik. Pada tahun 1978, di Huntorf, Jerman meluncurkan fasilitas penyimpanan 290 MW (2 jam operasi) di dua gua garam pada kedalaman 600...800 m dengan kisaran tekanan 50...70 atm. Fasilitas penyimpanan ini awalnya berfungsi sebagai cadangan panas untuk industri di barat laut Jerman dan sekarang digunakan untuk memuluskan puncak produksi. pembangkit listrik tenaga angin.

Mereka menulis bahwa di Donbass pada masa Soviet mereka berencana memasang baterai pneumatik 1050 MW di gua yang sama, nasibnya tidak diketahui.

Pada tahun 2012, fasilitas penyimpanan pneumatik berkapasitas 500 MWh dibuka di Texas di sebelah ladang angin berkapasitas 2 megawatt, namun hanya ada sedikit informasi spesifik mengenai hal tersebut.

Baterai yang paling sederhana adalah baterai biasa. tabung gas, di mana pada saat puncak pembangkitan listrik, kompresor memompa udara ke bawah tekanan tinggi. Ketika produksi energi turun atau, sebaliknya, konsumsinya meningkat tajam, katup dan saluran keluar terbuka udara terkompresi memutar turbin generator. Efisiensi instalasi semacam itu ternyata relatif kecil, namun mengingat fakta bahwa seringkali pada puncak produksi energi terbuang sia-sia, memanaskan ruang di sekitarnya, penambahan ini pun tidak boleh diabaikan.

Bagaimana Anda dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya relatif dari sistem seperti itu? Dalam pengaturan yang disebut Terkompresi Energi Udara Storage (CAES), pertama kali dibangun oleh AS pada tahun 1991 di McIntosh, Alabama. Gua garam bawah tanah alami digunakan sebagai reservoir. Lapisan garam tidak memungkinkan udara masuk, bahkan di bawahnya tekanan tinggi- butiran kecil, debu garam menutup retakan terkecil yang mungkin muncul pada ketebalan formasi. Udara masuk ke dalam gua dengan volume 538 ribu meter kubik. dipompa oleh kompresor hingga tekanan 77 atmosfer. Ketika konsumsi daya pada jaringan meningkat secara tidak terduga, udara keluar dan melepaskan daya ke dalam sistem. Waktu untuk mengosongkan tangki ke tekanan operasi yang lebih rendah yaitu 46 atm adalah 26 jam, yang selama itu stasiun menghasilkan daya 110 MW.

Bagaimana cara meningkatkan efisiensi sistem? Udara bertekanan tidak memutar impelernya sendiri, tetapi bercampur dengannya gas alam dan masuk ke turbin gas. Kebanyakan Kekuatan turbin gas (hingga dua pertiga) biasanya dihabiskan untuk menggerakkan kompresor, yang memompa udara ke dalamnya - di sinilah kita mendapatkan penghematan yang signifikan. Selain itu, sebelum masuk ke turbin, udara di penukar panas (recuperator) dipanaskan dengan hasil pembakaran, sehingga juga menambah efisiensi.

Secara total, sama dengan turbin gas tradisional, skema ini memastikan pengurangan konsumsi gas sebesar 60...70%, penyalaan cepat dari keadaan dingin (beberapa menit) dan pengoperasian yang baik pada beban rendah. Stasiun Mcntosh membutuhkan waktu 30 bulan untuk dibangun dan menelan biaya $65 juta (walaupun terdapat gua garam alami).

Selain proyek di Alabama, pada tahun 1978 di Huntorf, Jerman meluncurkan fasilitas penyimpanan 290 MW (2 jam operasi) di dua gua garam pada kedalaman 600...800 m dengan kisaran tekanan 50... 70 atmosfer. Fasilitas penyimpanan ini awalnya berfungsi sebagai cadangan panas untuk industri di barat laut Jerman dan sekarang digunakan untuk memuluskan puncak produksi pembangkit listrik tenaga angin.

Di masa Soviet, direncanakan untuk membangun baterai pneumatik dengan kapasitas 1050 MW di Donbass, tetapi sayangnya, seperti banyak proyek pada tahun-tahun itu, semuanya tetap di atas kertas.

Nah, video dari pengembang proyek.

Insinyur otonom sering kali bertanya-tanya bagaimana cara mengumpulkan, menyimpan, dan menggunakan energi “ekstra”. Ada beberapa penyebab munculnya kW yang kurang terkumpul - jumlah SB yang berlebihan, tahapan pengisian yang tidak menggunakan sistem 100%, tidak perlu hari yang cerah, ketidakhadiran pemilik rumah, dll.
Cara termudah adalah baterai. Tergantung pada keyakinan agama, mereka bisa berbeda: timbal-asam, basa, nikel-kadmium, “lifer”, dll. Namun bagaimanapun juga, bagian baterai dari baterailah yang menyumbang 50% (lebih mungkin 60%) dari biaya kWh akhir Oleh karena itu, semua tarian berpusat di sekitar mereka, sayangku.
Di suatu tempat di bagian tersebut disebutkan bahwa jalur pengembangan teknologi baterai tidak berkembang sesuai dengan skenario yang diperlukan alternatif – efisiensi dengan dimensi yang relatif kecil. Namun, di rumah pribadi yang tidak memiliki jaringan listrik, seringkali terdapat banyak lahan. Ide ini berasal dari fakta sederhana - banyak orang ingin melepaskan diri dari hiruk pikuk kota dan sering kali membeli tanah tidak hanya jauh dari kota, dan di luar konsentrasi penduduk yang tinggi, tetapi juga jauh dari peradaban, di mana tidak ada komunikasi, dan bahkan listrik. Itulah sebabnya, sering kali, kaum alternatif mempunyai jenis sumber daya seperti ruang. Apa yang tidak diperhitungkan oleh teknologi baterai tradisional. Jadi Anda bisa mencari yang non-tradisional. AndreyNS, memulai beberapa topik tentang masalah ini dan dengan demikian memberi saya ide untuk mencari opsi.
Ada banyak cara alternatif super untuk menabung energi alternatif bukan di akun tradisional.
Dan salah satunya yang saya putuskan untuk perkenalkan adalah... akumulator pneumatik!
Prinsipnya sederhana - kelebihan listrik pada siang hari diubah menjadi udara bertekanan menggunakan kompresor. Kemudian, jika diperlukan, kami melepaskannya melalui motor pneumatik, yang memutar generator yang mengisi baterai pada malam hari, dalam kasus SB, atau dalam kondisi tenang, dalam kasus VG.
Ini terlihat seperti ini:

Saya pikir prinsipnya jelas bagi sebagian besar rekan saya.
Prinsipnya adalah prinsipnya, tetapi saya terutama tertarik pada pembenaran ekonomis untuk baterai jenis ini. Saya bertanya-tanya berapa besar biaya energi yang disimpan dengan cara ini, dan apakah dapat bersaing dengan metode tradisional.
Untuk melakukan ini, saya melakukan sedikit riset tentang berapa biaya pneumoaccus. Untuk kenyamanan dan kemudahan persepsi, semua harga akan dalam dolar, dan kami juga akan menghilangkan beberapa hal kecil seperti kabel, pipa, dll. Namun, saya menyertakan kompresor, motor udara, dan gen dalam perhitungannya.
Jadi.
1. Yang terpenting adalah kapasitas. Ini adalah bagian paling mahal dari pneumoacc, namun juga paling tahan lama dan andal dengan jam, siklus, atau tahun mesin yang hampir tidak terbatas. Di Internet saya menemukan tangki bensin bekas berukuran 16 meter kubik. dengan harga sekitar $2k.
2. Kompresor. Ada banyak pilihan. Dari otomotif dengan pelumasan dan pendinginan hingga semi industri, bisa dikatakan “untuk konstruksi”. saya memilih kepala baru(kami memiliki wadah), dengan karakteristik yang saya butuhkan - sekitar $80. Ada opsi dengan kompresor untuk MAZ-KAMAZ, lebih murah dan lebih andal, tetapi tidak memberikan tekanan yang diperlukan (hingga 16 atmosfer).
3. Motor pneumatik. Di Internet saya menemukan yang sudah jadi untuk 250W dengan laju aliran 6,67 l/detik. Tidak ada harga untuk itu, jadi kami akan beroperasi dengan harga alat pneumatik. Bor atau penggiling baru berharga sekitar $25.
4. Pembangkit. Yang paling asli adalah mobil yang terbuat dari, katakanlah, vas. Baru $80, bekas 35. Perkiraan jumlah jam mesin dari 15k.
Deskripsi singkat tentang sistem spesifik. Kompresor memiliki kapasitas 300-400 l/menit, yang memungkinkannya memompa wadah dalam 10 jam. Motor pneumatik mengkonsumsi 6,67 l/detik, atau 24 meter kubik. pada jam satu. Kapasitas 16 meter kubik yang dipompa hingga 16 atm mampu bertahan 10,7 jam. Artinya, kita mempunyai 10,7 jam x 250W = 2,675 kW. Ini kira-kira sebanding dengan aki mobil dengan 225 ah. Lebih tepatnya, dengan satu siklus 100%. Ada sekitar 250 hari kelebihan listrik di sistem saya per tahun, yang berarti kita memiliki 250 siklus per tahun.
Biaya akun otomatis normal, dikurangi logam, adalah sekitar $200. Namun dapat bekerja maksimal 250 siklus pada debit 100%.
Dengan kata lain, sistem pembangkit penyimpanan pneumatik ini menggantikan 1 aki mobil per tahun. Atau $200 per tahun.
Sekarang ke pneumoacc kita.
1. Kapasitas. Kehidupan pelayanan dari 50 tahun. Sebenarnya dengan pengecatan biasa membutuhkan waktu 500 atau 5000 tahun, tapi mari kita ambil waktu 50 tahun dan tidak menghitung catnya. Ini berarti kita membagi $2000 (biayanya) dengan 50 dan mendapatkan sekitar $40 per tahun.
2. Kompresor. Anggaplah umur servis menjadi 10.000 jam mesin. Oleh karena itu, kita membagi 10.000 dengan 250 siklus dan dengan 10 jam (bekerja di setiap siklus) kita mendapatkan 4 tahun. Bagilah $80 dengan 4 untuk mendapatkan $20 per tahun.
3. Motor pneumatik. Masa pakai alat pneumatik murah dari toko tidak dapat dinilai secara wajar. Namun, mari kita hitung sebagai 10.000 jam mesin, dengan mempertimbangkan kemungkinan pembelian alat yang bagus digunakan dengan harga murah. Selanjutnya 10.000/250 hari/10 jam kita mendapat 4 tahun yang sama. $25 tidak dapat dibagi empat, tetapi kita akan membaginya dan mendapatkan $6 per tahun.
4. Jend. Masa pakai motor sekitar 20 ribu jam motor (dan jangan berdebat dengan saya!). 20000/250/10 = 8 tahun atau $10 per tahun.

Jumlah yang kami miliki:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
$76 per tahun.
Artinya, memiliki sistem pembangkit akumulasi pneumatik hampir 3 kali lebih murah daripada membeli 1 aki mobil per tahun!
Dan saya belum menambahkan muatan terpisah ke baterai listrik, yang pasti dibutuhkannya.
Seperti itu.
Perhitungan ini mengejutkan saya, secara halus. Tentu saja, tidak ada efisiensi - kami memompa 1,5 - 2 kW, kami mendapatkan 200-250, tetapi secara pribadi ini cocok untuk saya.
Anda dapat mencoba menghitung sedikit berbeda: baterai pneumatik menghasilkan pada malam hari langsung pada baterai dan Anda dapat memperkirakan secara kasar seberapa besar kedalaman pengosongan akan berkurang dan, oleh karena itu, seberapa jarang Anda perlu mengganti baterai listrik, dan karenanya, Apa efisiensi ekonomi ide ini.
Jika sistem ditingkatkan 2-10 kali lipat, secara teori efisiensi akan lebih meningkat.
Sepertinya sudah waktunya untuk memulai eksperimen skala penuh. Saya memiliki hampir semuanya dari set, kecuali motor pneumatik, tetapi saya akan membelinya seharga 50 hryvnia ($6) atau, yang lebih mahal, saya akan meminta seseorang untuk digunakan sementara.