Çeşitli tiplerde piller. Pnömatik enerji akümülatörü nasıl çalışır Yerçekimi enerji depolama cihazlarının enerji kapasitesi

Bir kanala bağlanan ve belirli bir basınca ayarlanan bir emniyet valfi ile donatılmış hava veya diğer gaz deposu. Pnömatik akümülatör, kum üfleme ve kum püskürtme makinelerinin imalatında gerekli bir unsurdur... ... Metalurji sözlüğü

pnömatik akümülatör- Pnömatik akümülatör durumu T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro enerjisel kaupiklis. atitikmenys: ingilizce. pnömatik akümülatör vok. Druckluftspeicher, m rus. pnömatik akümülatör, M; pnömatik akümülatör, m pranc.… … Işıklandırma ve Markalama Teknolojileri Terminolojileri

PNÖMATİK AKÜ- hava kanalına bağlı ve bir güvenlik cihazıyla donatılmış, hava (veya başka bir gaz) içeren bir tank. Belirli bir maksimum basınca ayarlanan valf. Karmaşık pnömatik uygulamalarda kullanılır. rüzgar-elektrikte çalışma basıncını dengelemek için ağlar... ... Büyük Ansiklopedik Politeknik Sözlüğü

Pil (belirsizliği giderme)- Pil (enlem. akümülatör toplayıcı, enlem. akümülatörden toplayıcı, biriktirici) daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamak için bir cihaz. Akü arabada kullanılan pil... ... Vikipedi

Pil- Bu terimin başka anlamları da vardır, bkz. Pil (anlamları). Pil (enlem.akümülatör toplayıcı, enlem.acumulo'dan toplamak, biriktirmek) daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamak için bir cihaz, ... ... Wikipedia

PİL- (Latince akümülatör toplayıcıdan) daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamaya yönelik bir cihaz. 1) Elektrik pili elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür ve gerektiğinde ters dönüşümü sağlar;... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

PİL Modern ansiklopedi

Pil- (Latin akümülatör toplayıcısından), daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamaya yönelik bir cihaz. 1) Elektrik aküsü galvanic hücre yeniden kullanılabilir; Elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür ve... Resimli Ansiklopedik Sözlük

pil- A; m.Daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamaya yönelik bir cihaz. Termal, elektrik a. Şarj etmek. ◁ Şarj edilebilir, ah, ah. Bir tank. Ve pil. * * * pil (Latince akümülatör toplayıcıdan), depolamaya yönelik bir cihaz... ... ansiklopedik sözlük

Pil- (enlem. akümülatör toplayıcı, accumulo toplamak, biriktirmek) daha sonraki kullanım amacıyla enerji depolamak için bir cihaz. Birikmiş enerjinin türüne bağlı olarak A. ayırt edilir: elektrik, hidrolik, termal,... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi

Bir mağara, bir kompresör ve bir gaz türbini - pnömatik enerji akümülatörü bu şekilde çalışır. ABD'de bu tür ilk cihaz 1991 yılında Alabama'nın McIntosh şehrinde inşa edildi. Amacı enerji santrallerindeki pik yükleri yumuşatmaktır.

Biriktirme modunda hava, kompresörler tarafından 538 bin metreküp hacimli bir yer altı depolama tesisine (doğal tuz mağarası) yönlendirilir. 77 atm basınca kadar. Şebekedeki güç tüketimi beklenmedik bir şekilde arttığında, hava kaçar ve gücün sisteme verilmesini sağlar. Tankın 46 atm'lik daha düşük bir çalışma basıncına boşaltılması için gereken süre 26 saattir ve bu süre zarfında istasyon 110 MW güç üretir.

Basınçlı hava türbini kendi başına döndürmez, gaz türbinine girer. Bir gaz türbininin gücünün 2/3'ü genellikle içine hava pompalayan kompresörün çalıştırılması için harcandığından önemli tasarruflar elde edilir. Türbine girmeden önce hava, bir ısı eşanjöründe (reküperatör) yanma ürünleriyle ısıtılır, bu da verimliliği artırır.

Geleneksel bir gaz türbiniyle karşılaştırıldığında gaz tüketiminde %60...70 oranında bir azalma, soğuk durumdan hızlı başlangıç ​​(birkaç dakika) ve İyi iş düşük yüklerde.

Mcntosh istasyonunun inşaatı 30 ay sürdü ve 65 milyon dolara mal oldu.

Alabama projesi benzersiz değil. 1978'de Huntorf'ta Almanlar, 600...800 m derinlikte ve 50...70 atm basınç aralığında iki tuz mağarasında 290 MW'lık bir depolama tesisi (2 saatlik çalışma) başlattı. Depolama tesisi başlangıçta kuzeybatı Almanya'daki sanayi için sıcak bir rezerv olarak hizmet ediyordu ve şu anda üretimdeki zirveleri dengelemek için kullanılıyor. rüzgar enerjisi santralleri.

Sovyet döneminde Donbass'ta aynı mağaraya 1050 MW'lık bir pnömatik pil kurmayı planladıklarını, akıbetinin bilinmediğini yazıyorlar.

2012 yılında Teksas'ta 2 megawatt'lık bir rüzgar santralinin yanında 500 MWh'lik bir pnömatik depolama tesisi açıldı, ancak bu konuda çok az ayrıntı var.

Elektrik üretiminin teknolojik döngüsünün zinciri mutlaka bir depolama cihazı (pil) gibi bir bağlantıyı içerir. İÇİNDE geleneksel yollar Elektrik üretiminde enerji rezervleri ön, “elektriksiz” biçimde biriktirilir ve enerji depolama ünitesi olan bu bağlantı, doğrudan elektrik jeneratörünün önünde bulunur.

Hidroelektrik santralinin rezervuarı birikecek şekilde tasarlanmıştır. potansiyel enerji nehir suyunun Dünya'nın çekim alanına girmesi, bir baraj yardımıyla belli bir yüksekliğe yükseltilmesi. Termal elektrik santrali Kesintisiz çalışma için gerekli olan katı veya sıvı yakıt rezervlerini depolama tesislerinde biriktirir veya boru hattıyla tedarik eder. doğal gaz kalorifik değeri gerekli enerji tedarikini garanti eder. Nükleer santrallerin reaktör çubukları, belirli bir nükleer enerji kaynağının kullanıma hazır olduğu bir nükleer yakıt kaynağını temsil eder.

Listelenen tüm güç jeneratörü tipleri için sabit güç modu mevcuttur. Üretilen enerji miktarı şu şekilde düzenlenir: geniş sınırlar dahilinde anlık enerji tüketiminin seviyesine bağlı olarak. Alternatif kaynaklar (rüzgar, gelgit, jeotermal, güneş enerjisi) garanti edilemez sabit güç gerekli miktarda jeneratör şu an seviye. Bu nedenle depolama cihazı, bir sönümleme cihazı olarak kaynakların depolanmasından çok, enerji tüketimini kaynak gücündeki dalgalanmalara daha az bağımlı hale getiren bir cihazdır. Kaynağın enerjisi depolama cihazında birikir ve daha sonra ihtiyaç duyulduğunda şu şekilde tüketilir: elektrik enerjisi. Üstelik fiyatı büyük ölçüde sürücünün maliyetine bağlıdır.

Alternatif enerji kaynaklarında depolama cihazının karakteristik özelliği, içinde biriken enerjinin başka amaçlarla harcanabilmesidir. Örneğin, onların yardımıyla güçlü ve süper güçlü manyetik alanlar oluşturulabilir.

Fizikte ve enerjide kabul edilen enerji ölçüm birimleri ve aralarındaki ilişkiler: 1 kWh veya 1000 W 3600 s - 3,6 MJ ile aynı. Buna göre 1 MJ, 1/3,6 kWh veya 0,278 kWh'ye eşdeğerdir.

Bazı yaygın enerji depolama cihazları:

Hemen rezervasyon yapalım: Bu yorum tam sınıflandırma Enerji sektöründe kullanılan depolama cihazlarının yanı sıra burada anlatılanlara ek olarak termal, yaylı, indüksiyonlu ve diğer çeşitli enerji depolama cihazları da bulunmaktadır.

1. Kondansatör tipi depolama

220 V voltajda 1 F kapasitör tarafından depolanan enerji: E = CU2 /2 = 1 2202 /2 kJ = 24 200 J = 0,0242 MJ ~ 6,73 Wh Böyle bir elektrolitik kapasitörün ağırlığı 120 kg'a ulaşabilir. Birim kütle başına spesifik enerji 0,2 kJ/kg'ın biraz üzerine eşit olduğu ortaya çıktı. Sürücünün saatlik çalışması 7 W dahilindeki bir yükle mümkündür. Elektrolitik kapasitörler 20 yıla kadar dayanabilir. İyonistörler (süper kapasitörler), yaklaşık 1 milyon yeniden şarj döngüsü kaynağıyla yüksek enerji ve güç yoğunluğuna (sırasıyla yaklaşık 13 Wh/l = 46,8 kJ/l ve 6 kW/l'ye kadar) sahiptir. Bir kapasitör depolama cihazının yadsınamaz avantajı, biriken enerjiyi kısa sürede kullanma yeteneğidir.

2. Yerçekimi tipi depolama cihazları

Kazık çakma tipi enerji depolama cihazları, 2 ton veya daha fazla ağırlığa sahip bir kazık çakma makinesini yaklaşık 4 m yüksekliğe kaldırırken enerji depolar.Kazık çakma makinesinin hareketli kısmının hareketi, vücudun potansiyel enerjisini serbest bırakarak onu vücuda aktarır. elektrik jeneratörü. İdeal durumda üretilen enerji miktarı E = mgh (sürtünme kayıplarını hesaba katmadan) ~ 2000 10 4 kJ = 80 kJ ~ 22,24 Wh olacaktır. Kopra kadınının birim kütlesi başına spesifik enerji şuna eşit olacaktır: 0,04 kJ/kg. Sürücü bir saat içinde 22 W'a kadar yük sağlama kapasitesine sahiptir. Beklenen servis ömrü mekanik tasarım 20 yılı aşıyor. Yerçekimi alanında bir cismin biriktirdiği enerjinin de kısa sürede harcanabilmesi bu seçeneğin bir avantajıdır.

Hidrolik akümülatör, bir kuyudan su kulesinin tankına pompalanan suyun (yaklaşık 8-10 ton ağırlığında) enerjisini kullanır. Yer çekiminin etkisi altında ters hareketle su, elektrik jeneratörünün türbinini döndürür. Geleneksel bir vakum pompası, suyu 10 m yüksekliğe kadar kolayca pompalayabilir.Depolanan enerji E = mgh ~ 10000 8 10 J = 0,8 MJ = 0,223 kW saattir. Birim kütle başına spesifik enerji 0,08 kJ/kg olarak çıkıyor. Sürücünün bir saat boyunca sağladığı yük 225 W dahilindedir. Sürüş 20 yıl veya daha uzun sürebilir. Rüzgar motoru doğrudan pompayı çalıştırabilir (enerjiyi elektriğe dönüştürmeden, bu da belirli kayıplara neden olur); kule tankındaki su, gerekirse diğer ihtiyaçlar için kullanılabilir.

3. Volan tabanlı depolama

Dönen bir volanın kinetik enerjisi şu şekilde belirlenir: E = J w2/2, J, metal silindirin içsel atalet momenti anlamına gelir (simetri ekseni etrafında döndüğü için), w, dönmenin açısal hızıdır.

Yarıçapı R ve yüksekliği H olan silindirin eylemsizlik momenti vardır:

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

burada p metalin yoğunluğudur - silindirin malzemesi, pi* R^2 H çarpımı hacmidir.

Mümkün olan maksimum doğrusal hız silindir yüzeyindeki noktalar Vmax (çelik volan için yaklaşık 200 m/s).

Vmaks = wmaks*R, dolayısıyla wmaks = Vmaks/R

Mümkün olan maksimum dönüş enerjisi Emax = J wmax^2/2 = 0,25 pi*p R2^2 H V2max = 0,25 M Vmax^2

Birim kütle başına enerji: Emax/M = 0,25 Vmax^2

Silindirik volanın çelikten yapılması durumunda özgül enerji yaklaşık 10 kJ/kg olacaktır. 200 kg ağırlığındaki bir volan (doğrusal boyutları H = 0,2 m, R = 0,2 m olan) Emax = 0,25 pi 8000 0,22 0,2 ​​2002 ~ 2 MJ ~ 0,556 kWh enerji depolar.Volan depolama cihazının bir saat boyunca sağladığı maksimum yük, 560 W'yi aşar. Volan 20 yıl veya daha fazla dayanabilir. Avantajları: Biriken enerjinin hızla serbest bırakılması, malzemeyi seçip değiştirerek özellikleri önemli ölçüde iyileştirme olasılığı geometrik özelliklerçark.

4. Kimyasal formunda depolama pil(kurşun asit)

12 V çıkış voltajında ​​​​ve %50 deşarjda 190 Ah kapasiteye sahip klasik bir şarj edilebilir pil, 9 saat boyunca yaklaşık 10 A akım sağlama kapasitesine sahiptir. Açığa çıkan enerji 10 A 12 V 9 h = 1,08 kWh veya döngü başına yaklaşık 3,9 MJ olacaktır. Pilin kütlesini 65 kg'a eşitlediğimizde özgül enerjimiz 60 kJ/kg olur. Pilin bir saat boyunca sağlayabileceği maksimum yük 1080 W'ı geçmiyor. Garanti süresi Kaliteli bir akünün kullanım ömrü, kullanım yoğunluğuna bağlı olarak 3 - 5 yıl arasındadır. Otomotiv standardına tekabül eden 12 V çıkış voltajıyla binlerce ampere ulaşan çıkış akımına sahip aküden doğrudan elektrik almak mümkündür. 12 V'luk sabit bir voltaj için tasarlanmış birçok cihaz aküyle uyumludur; değişken çıkış gücüne sahip 12/220 V dönüştürücüler mevcuttur.

5. Pnömatik tip depolama

1 metreküp hacimli çelik bir tanka 40 atmosfer basınca pompalanan hava, izotermal genleşme koşulları altında iş yapar. İdeal bir gazın T=const koşulları altında yaptığı A işi aşağıdaki formüle göre belirlenir:

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

Burada M gazın kütlesidir, mu aynı gazın 1 molünün kütlesidir, R = 8,31 J/(mol K), T mutlak Kelvin ölçeğine göre hesaplanan sıcaklıktır, V1 ve V2 başlangıç ​​ve son değerlerdir gazın kapladığı hacim (bu V2 / V1 = 40'a genişletildiğinde atmosferik basınç tankın içinde). İzotermal genleşme için Boyle-Marriott yasası geçerlidir: P1V1 = P2 V2. T = 298 0K (250C) alalım Hava için M/mu ~ 40: 0,0224 = 1785,6 mol madde, gaz iş yapar A = 1785,6 8,31 298 ln 50 ~ 16 MJ ~ 4,45 kWh çevrim başına. 40-50 atmosfer basınç için tasarlanan tankın duvarları en az 5 mm kalınlığa sahip olmalı ve bu nedenle depolama cihazının kütlesi yaklaşık 250 kg olacaktır. Depolanmış veri pnömatik depolamaözgül enerji 64 kJ/kg'a eşit olacaktır. Pnömatik akümülatörün bir saatlik çalışma sırasında sağladığı maksimum güç 4,5 kW olacaktır. Çoğu performansa dayalı sürücü gibi garantili kullanım ömrü mekanik iş yapısal parçaları 20 yıllıktır. Bu tip depolamanın avantajları: Tankın yeraltına yerleştirilmesi olasılığı; tank standart olabilir gaz silindiri Uygun ekipmanın kullanılmasıyla rüzgar türbini, hareketi doğrudan kompresör pompasına iletebilir. Ayrıca birçok cihaz, bir tankta depolanan basınçlı havanın enerjisini doğrudan kullanır.

Dikkate alınan enerji depolama cihazı türlerinin parametrelerini bir özet tabloda sunuyoruz:

Otonom mühendisler genellikle "ekstra" enerjiyi nasıl toplayacaklarını, depolayacaklarını ve kullanacaklarını merak ediyorlar. Yetersiz toplanan kW'ın ortaya çıkmasının birkaç nedeni vardır - aşırı miktarda SB, sistemi gereksiz yere% 100 kullanmayan şarj aşamaları güneşli günler, ev sahiplerinin yokluğu vb.
En kolay yol pillerdir. Dini inançlara bağlı olarak farklı olabilirler: kurşun-asit, alkalin, nikel-kadmiyum, "cankurtaran" vb. Ancak her durumda, pilin pil kısmı% 50'yi (daha büyük olasılıkla% 60'ı) oluşturur. nihai kWh maliyetinin Bu nedenle, tüm danslar onların etrafında toplanmıştır sevgililerim.
Bölümün bir yerinde, pil teknolojisinin gelişim yolunun, alternatiflerin ihtiyaç duyduğu senaryoya göre gelişmediği, yani nispeten küçük boyutlarda verimlilik kaydedildiği belirtildi. Ancak elektrik şebekesinin bulunmadığı özel bir evde genellikle çok fazla arazi vardır. Bu fikir basit bir gerçekten kaynaklanıyor; pek çok insan şehrin gürültüsünden ve karmaşasından kaçmak istiyor ve genellikle sadece şehirlerden ve yoğun insan yoğunluğunun ötesinde değil, aynı zamanda uygarlıktan da uzakta, hiçbir şeyin olmadığı arsalar satın almak istiyor. iletişim ve hatta elektrik. Bu nedenle alternatifçiler çoğu zaman uzay gibi bir kaynağa sahiptir. Geleneksel pil teknolojilerinin dikkate almadığı şeyler. Böylece geleneksel olmayanları arayabilirsiniz. AndreyNS, bu konuyla ilgili birkaç konu başlattı ve böylece bana seçenekleri arama fikrini verdi.
Tasarruf etmenin birçok süper alternatif yolu var alternatif enerji geleneksel hesaplarda değil.
Ve tanıtmaya karar verdiğim bunlardan biri... pnömatik akümülatör!
Prensip basittir; gün içindeki fazla elektrik enerjiye dönüştürülür. sıkıştırılmış hava. Daha sonra, gerektiğinde, SB durumunda geceleri veya VG durumunda sakin koşullarda pilleri şarj eden bir jeneratörü döndüren pnömatik bir motor aracılığıyla onu serbest bırakıyoruz.
Şunun gibi bir şeye benziyor:

Prensipin meslektaşlarımın çoğu için açık olduğunu düşünüyorum.
Prensip prensiptir, ancak ben öncelikle bu tür pillerin ekonomik gerekçeleriyle ilgileniyorum. Bu şekilde depolanan enerjinin maliyetinin ne kadar olduğunu, geleneksel yöntemlerle rekabet edip edemeyeceğini merak ediyorum.
Bunun için pnömakkus açısından maliyeti nedir diye küçük bir araştırma yaptım. Kolaylık ve algılama kolaylığı açısından tüm fiyatlar dolar cinsinden olacak ve ayrıca kablo, boru vb. bazı küçük şeyleri de atlayacağız. Ancak hesaplamalara kompresörü, hava motorunu ve geni dahil ettim.
Bu yüzden.
1. En önemli şey kapasitedir. Bu, pnömoacc'ın en pahalı kısmıdır, fakat aynı zamanda neredeyse sınırsız motor saati, çevrimi veya yılı ile en dayanıklı ve güvenilir olanıdır. İnternette 16 metreküplük kullanılmış bir gaz tankı buldum. yaklaşık 2 bin dolar karşılığında.
2. Kompresör. Birçok seçenek var. Yağlama ve soğutmalı otomotivden yarı endüstriyel olanlara, tabiri caizse "inşaat için". Seçtim yeni kafa(bir konteynerimiz var), ihtiyacım olan özelliklere sahip - yaklaşık 80 dolar. MAZ-KAMAZ için kompresörlü bir seçenek var, daha ucuz ve daha güvenilir, ancak gerekli basıncı (16 atmosfere kadar) sağlamıyor.
3. Pnömatik motor. İnternette 6,67 l/sn akış hızına sahip 250W'lık hazır bir tane buldum. Bunun bir bedeli yok, dolayısıyla pnömatik aletler fiyatlarıyla çalışacağız. Yeni bir matkap veya öğütücünün maliyeti yaklaşık 25 dolardır.
4. Jeneratör. En gerçek olanı, örneğin bir vazodan yapılmış bir arabadır. Yeni 80 dolar, kullanılmış 35. 15 bin'den itibaren tahmini motor saati sayısı.
Belirli sistemin kısa açıklaması. Kompresörün kapasitesi 300-400 l/dak olup, bu da konteynerin 10 saatte pompalanmasına olanak sağlar. Pnömatik motor 6,67 l/sn veya 24 metreküp tüketir. 01:00 de. 16 atm'ye kadar pompalanan 16 metreküp kapasite 10,7 saat için yeterlidir. Yani 10,7 saat x 250W = 2,675 kW'a sahibiz. Bu kabaca 225 ah'lik bir araba aküsüne eşdeğerdir. Daha doğrusu, %100 tek döngüyle. Sistemimde yılda yaklaşık 250 gün elektrik fazlası oluyor, bu da yılda 250 çevrim yaptığımız anlamına geliyor.
Normal bir otomobil hesabının maliyeti, metal hariç, yaklaşık 200$'dır. Ancak %100 deşarjda maksimum 250 devir çalışabilir.
Başka bir deyişle, bu pnömatik depolama üreten sistem yılda 1 araba aküsünün yerini alıyor. Veya yılda 200 dolar.
Şimdi pnömoacc'ımıza geçelim.
1. Kapasite. 50 yıldan itibaren hizmet ömrü. Aslında normal boyamada 500 ya da 5000 yıl sürüyor ama 50'yi alıp boyayı saymayalım. Bu, 2000 $'ı (maliyeti) 50'ye böldüğümüz ve yılda yaklaşık 40 $ elde ettiğimiz anlamına gelir.
2. Kompresör. Servis ömrünü 10.000 motor saati olarak alalım. Buna göre 10.000'i 250 çevrime bölüyoruz ve 10 saate (her çevrimdeki çalışma) 4 yıl elde ediyoruz. Yıllık 20$ elde etmek için 80$'ı 4'e bölün.
3. Pnömatik motor. Bir mağazadan alınan ucuz pnömatik aletlerin hizmet ömrü sağlıklı bir şekilde değerlendirilemez. Ancak satın alma ihtimalini de göz önünde bulundurarak 10.000 motor saati olarak sayalım. iyi bir araç ucuza kullanılır. 10000 / 250 gün / 10 saat sonra aynı 4 yılı elde ederiz. 25 dolar dörde bölünemez ama bölüp yılda 6 dolar alacağız.
4. Gen. Motor ömrü yaklaşık 20 bin motor saatidir (ve benimle tartışmayın!). 20000/250/10 = 8 yıl veya yıllık 10$.

Toplam elimizde:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
Yılda 76 dolar.
Yani böyle bir pnömatik biriktirme-üretme sistemine sahip olmak, yılda 1 araba aküsü satın almaktan neredeyse 3 kat daha ucuz!
Ve elektrik aküsüne şüphesiz ihtiyaç duyduğu ayrı bir şarjı henüz eklemedim.
Aynen böyle.
En hafif tabirle bu hesaplamalar beni şaşırttı. Elbette verimlilik yok - 1,5 - 2 kW pompalıyoruz, 200-250 alıyoruz ama şahsen bu bana yakışıyor.
Biraz farklı hesaplamayı deneyebilirsiniz: Pnömatik akü geceleri doğrudan akü üzerinde üretilir ve deşarj derinliğinin ne kadar azalacağını ve buna bağlı olarak elektrik aküsünü ne kadar az değiştirmeniz gerektiğini kabaca tahmin edebilirsiniz ve buna göre, Ne ekonomik verim bu fikir.
Sistem 2-10 kat artırılırsa verimlilik teorik olarak daha da artacaktır.
Tam ölçekli deneylere başlamanın zamanı gelmiş gibi görünüyor. Pnömatik motor dışında sette hemen hemen her şey var ama ya onu 50 Grivnaya (6 dolar) alacağım ya da daha pahalı olan birinden geçici olarak kullanmasını isteyeceğim.