Pnömatik enerji akümülatörü. Pnömatik enerji akümülatörü nasıl çalışır? Bazı yaygın enerji depolama cihazları

Bu türden en basit pil, en yüksek güç üretimi anında kompresörün altına hava pompaladığı geleneksel bir gaz silindiridir. büyük baskı. Enerji üretimi düştüğünde veya tersine tüketimi keskin bir şekilde arttığında, valf açılır ve çıkan basınçlı hava jeneratör türbinini döndürür. Böyle bir kurulumun verimliliği nispeten küçüktür, ancak genellikle üretimin zirvesinde enerjinin basitçe kaybolduğu, çevredeki alanı ısıttığı göz önüne alındığında, böyle bir katkı maddesi bile ihmal edilmemelidir.

Böyle bir sistemin verimliliği nasıl artırılabilir ve göreli maliyeti nasıl azaltılabilir? Sıkıştırılmış adlı bir kurulumda Hava Enerjisi Depolama (CAES), ilk olarak ABD tarafından 1991'de Alabama, McIntosh'ta inşa edildi. Rezervuar olarak doğal bir tuz yeraltı mağarası kullanılmaktadır. Tuz tabakası havanın altından bile geçmesine izin vermez. yüksek basınç- küçük taneler, tuz tozu oluşumunda oluşabilecek en küçük çatlakları bile kapatır. 538 bin metreküp hacme sahip mağarada hava var. bir kompresör tarafından 77 atmosfer basınca pompalanır. Şebekenin güç tüketimi beklenmedik bir şekilde arttığında, hava kaçar ve sisteme güç sağlar. Tankın alt işletme basıncı olan 46 atm'ye kadar boşaltılması için gereken süre 26 saat olup, bu süre zarfında istasyon 110 MW güç üretmektedir.

Sistemin verimliliği nasıl artırılır? Basınçlı hava çarkı kendi kendine döndürmez, doğal gaza karışarak gaz türbinine girer. Çoğu bir gaz türbininin gücü (üçte ikisine kadar) genellikle içine hava pompalayan bir kompresörü çalıştırmak için harcanır - bu, ciddi tasarruf sağladığımız yerdir. Ayrıca hava türbine girmeden önce ısı eşanjöründe (reküperatör) yanma ürünleri ile ısıtılır ve bu da verimliliği artırır.

Toplamda, geleneksel bir gaz türbinine eşit olduğunda, böyle bir şema gaz tüketiminde% 60 ... 70 azalma, soğuk durumdan hızlı bir başlatma (birkaç dakika) ve İyi iş düşük yüklerde. McIntosh'taki istasyonun yapımı 30 ay sürdü ve 65 milyon dolara mal oldu (doğal bir tuz mağarası olmasına rağmen).

Alabama'daki projeye ek olarak, 1978'de Huntorf'ta Almanlar, 50.. basınç aralığında 600...800 m derinlikte iki tuz mağarasında 290 MW (2 saat çalışma) için bir depolama tesisi başlattı. .70 atmosfer. Başlangıçta Almanya'nın kuzeybatısındaki endüstri için sıcak bir yedek olarak kullanılan depolama, şimdi rüzgar çiftliği üretim zirvelerini yumuşatmak için kullanılıyor.

Sovyet döneminde, Donbass'ta 1050 MW'lık bir pnömatik akümülatör inşa edilmesi planlanmıştı, ancak ne yazık ki, o yılların birçok projesi gibi, her şey kağıt üzerinde kaldı.

Peki, projenin geliştiricilerinden bir video.

Özerk insanlar genellikle kendilerine "ekstra" enerjiyi nasıl toplayacaklarını, depolayacaklarını ve kullanacaklarını sorarlar. Yetersiz kW görünümünün birkaç nedeni vardır - aşırı miktarda SB, sistemi %100 kullanmayan şarj aşamaları gereksizdir güneşli günler, ev sahiplerinin yokluğu vb.
En kolay yol pillerdir. Dini inançlara bağlı olarak farklı olabilirler: kurşun-asit, alkalin, nikel-kadmiyum, hayat, vs. maliyet kWh Bu nedenle, tüm danslar onların etrafındadır sevgili varlıklar.
Bölümün bir yerinde, pil teknolojilerinin gelişim yolunun, alternatiflerin ihtiyaç duyduğu senaryoya göre gelişmediği belirtildi - nispeten küçük boyutlarda verimlilik. Bununla birlikte, elektrik şebekelerinin olmadığı özel bir evde, genellikle çok fazla arazi vardır. Bu fikir basit bir gerçekten kaynaklanmaktadır - birçok insan şehrin koşuşturmacasından kaçmak ister ve genellikle sadece şehirlerden uzakta değil, aynı zamanda yüksek bir insan yoğunluğunun üzerinde araziler satın alır, aynı zamanda medeniyetten de uzaktadır. iletişim ve hatta elektrik yok. Bu nedenle, çoğu zaman alternatifler, uzay gibi bir tür kaynağa sahiptir. Geleneksel pil teknolojilerinin dikkate almadığı şeyler. Böylece geleneksel olmayan arayabilirsiniz. AndrewNS, bu konuda birkaç konu başlattı ve bu nedenle beni seçenekler aramayı düşünmeye sevk etti.
Tasarruf etmenin birçok süper alternatif yolu var alternatif enerji geleneksel hesaplarda değil.
Ve sunmaya karar verdiğim bunlardan biri ... pnömatik bir akümülatör!
Prensip basittir - gün boyunca fazla elektrik, bir kompresör yardımıyla basınçlı havaya dönüşür. Ardından, gerektiğinde, SA durumunda gece veya VG durumunda sakin durumda pilleri şarj eden jeneratörü döndüren pnömatik motor aracılığıyla serbest bırakıyoruz.
Şuna benzer:

İlkenin silah arkadaşlarının çoğu için açık olduğunu düşünüyorum.
İlke ilkedir, ancak öncelikle bu tür pillerin ekonomik gerekçesi ile ilgileniyorum. Bu şekilde depolanan enerjinin maliyeti ne kadardır ve geleneksel yöntemlerle rekabet edebilir mi merak ediyorum.
Bunu yapmak için, pnömoaksi bağlamında ne için küçük bir çalışma yaptım. Kolaylık ve algı kolaylığı için tüm fiyatlar dolar cinsinden olacak ve ayrıca teller, borular vb. Gibi bazı küçük şeyleri de atlayacağız.
Bu yüzden.
1. En önemli şey kapasitedir. Bu, pnömatik akümülatörün en pahalı parçasıdır, ancak aynı zamanda neredeyse sınırsız saat, döngü veya yıl ile en dayanıklı ve güvenilirdir. İnternette 16 m3 kullanılmış bir benzin deposu buldum. yaklaşık 2 bin dolar.
2. Kompresör. Birçok seçenek var. Yağlamalı ve soğutmalı otomotivden yarı endüstriyele, 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) sağlamıyorlar.
3. Pnömatik motor. İnternette 6.67 l/s debi ile 250W için hazır buldum. Bunun bir bedeli yok, bu yüzden pnömatik aletler için fiyatlar üzerinden işlem yapacağız. Yeni bir matkap veya taşlama makinesinin maliyeti yaklaşık 25 dolardır.
4. Jeneratör. En gerçek olanı, örneğin bir vazodan yapılmış bir otomobildir. Yeni 80$, kullanılmış 35$. 15.000'den yaklaşık saat sayısı.
Belirli sistemin kısa açıklaması. Kompresör 300-400l/dak kapasiteye sahiptir ve bu da kapasiteyi 10 saatte pompalamasına olanak tanır. Pnömatik motor 6,67 l / s veya 24 metreküp tüketir. 01:00 de. 16 atm'ye kadar pompalanan 16 metreküplük kapasite 10,7 saat sürecek. Yani elimizde 10,7 saat x 250W = 2,675 kW var. Bu kabaca 225 Ah araba aküsü ile karşılaştırılabilir. Daha doğrusu bir, %100 döngü ile. Sistemimde fazla elektrik yılda yaklaşık 250 gündür, yani yılda 250 döngümüz var.
Normal bir otomatik suçlamanın maliyeti, eksi hurda metal, yaklaşık 200 $'dır. Ancak %100 deşarjda maksimum 250 devir çalışabilir.
Başka bir deyişle, bu pnömo depolama üreten sistem, yılda 1 araba aküsünün yerini alıyor. Veya yılda 200 dolar.
Şimdi pnömatik akümülatörümüze geçelim.
1. Kapasite. Ömür 50 yaşından itibaren. Aslında normal boyamayla 500 ya da 5000 yıl ama 50'yi alalım ve boyayı saymayalım. Yani 2000$'ı (maliyeti) 50'ye bölerek yılda yaklaşık 40$ elde edersiniz.
2. Kompresör. Hizmet ömrünü 10.000 motor-saat olarak alacağız. Buna göre 10.000'i 250 döngüye böleriz ve 10 saate (her döngüde çalışma) 4 yıl elde ederiz. 80$ bölü 4, yılda 20$ alırız.
3. Pnömatik motor. Mağazadan alınan ucuz pnömatik aletlerin hizmet ömrü sağlıklı bir şekilde değerlendirilemez. Yine de satın alma ihtimalini göz önünde bulundurarak 10.000 saat hesaplayacağız. iyi araç ucuza kullanılır. 10000 / 250 gün / 10 saat daha aynı 4 yılı alıyoruz. 25 $ dörde bölünemez, ancak böler ve yılda 6 $ alırız.
4. Gen. Motor kaynağı yaklaşık 20.000 moto-saattir (ve benimle tartışmanıza gerek yok!). 20000 / 250 / 10 = 8 yıl veya yılda 10 dolar.

Sahip olduğumuz toplam:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
yılda 76 dolar.
Yani, böyle bir pnömatik biriktirme sistemine sahip olmak, yılda 1 otomatik akümülatör satın almaktan neredeyse 3 kat daha ucuzdur!
Ve şüphesiz ihtiyaç duyduğu elektrik piline henüz ayrı bir şarj eklemedim.
Bu kadar.
Hafifçe söylemek gerekirse, bu hesaplamalar beni şaşırttı. Elbette verimlilik yok - 1,5 - 2 kW pompalıyoruz, 200-250 alıyoruz ama şahsen bu bana uygun.
Biraz farklı hesaplamayı deneyebilirsiniz: pneumo-acc geceleri doğrudan akiya'ya üretir ve deşarj derinliğinin ne kadar azalacağını ve buna bağlı olarak elektrik acc'lerini değiştirmenin ne kadar az sıklıkta olduğunu ve buna göre kabaca tahmin edebilirsiniz. Hangi ekonomik verim bu girişim
Sistem 2-10 kat artırılırsa, teorik olarak verimlilik daha da artacaktır.
Denemeye başlamanın zamanı geldi gibi görünüyor. Pnömatik motor dışında setin neredeyse tamamına sahibim, ancak ya 50 Grivnası'na (6 $) satın alacağım ya da daha pahalı olan birinden geçici kullanım için isteyeceğim.

Bilgi ekolojisi Bilim ve teknoloji: Enerji sektöründeki yeni teknolojilerin aktif gelişimi bağlamında, elektrik depolama cihazları iyi bilinen bir trenddir. Bu, elektrik kesintileri veya tamamen enerji eksikliği sorununa kaliteli bir çözümdür.

Bir soru var: "Şu veya bu durumda enerji depolamanın hangi yolu tercih edilir?". Örneğin, güneş veya rüzgar tesisatı ile donatılmış özel bir ev veya yazlık ev için hangi enerji depolama yöntemi seçilmelidir? Açıkçası, bu durumda kimse büyük bir pompaj depolama istasyonu kurmayacaktır, ancak 10 metre yüksekliğe yükselterek büyük bir kapasite kurmak mümkündür. Ancak böyle bir kurulum, güneşin yokluğunda sürekli bir elektrik beslemesini sürdürmek için yeterli olur mu?

Ortaya çıkan soruları cevaplamak için, objektif tahminler elde etmenizi sağlayan pilleri değerlendirmek için bazı kriterler geliştirmek gerekir. Ve bunun için, sayısal tahminler elde etmenize olanak tanıyan sürücülerin çeşitli parametrelerini göz önünde bulundurmanız gerekir.

Kapasite mi yoksa depolanan şarj mı?

Araba aküleri hakkında konuşurken veya yazarken, genellikle akü kapasitesi adı verilen ve amper-saat cinsinden (küçük aküler için - miliamper-saat cinsinden) ifade edilen bir değerden bahsederler. Ancak, kesin konuşmak gerekirse, amper-saat bir kapasite birimi değildir. Elektrik teorisindeki kapasitans, farad cinsinden ölçülür. Ve amper-saat bir yük ölçü birimidir! Yani, pilin özelliği birikmiş şarj olarak düşünülmelidir (ve buna denir).

Fizikte yük, coulomb cinsinden ölçülür. Sarkıt, bir iletkenden bir saniyede 1 amperlik bir akımla geçen yük miktarıdır. 1 C / s, 1 A'ya eşit olduğundan, saatleri saniyeye çevirerek, bir amper-saatin 3600 C'ye eşit olacağını anlıyoruz.

Sarkıtın tanımından bile, yükün belirli bir süreci, yani iletkenden geçen akım sürecini karakterize ettiği açıktır. Aynısı, başka bir miktarın adından bile çıkar: bir amper-saat, bir amperlik bir akımın iletkenden bir saat boyunca aktığı zamandır.

İlk bakışta burada bir tutarsızlık var gibi görünebilir. Sonuçta, enerjinin korunumu hakkında konuşuyorsak, o zaman herhangi bir pilde biriken enerji joule cinsinden ölçülmelidir, çünkü fizikte bir enerji birimi olarak hizmet eden joule'dür. Ancak iletkendeki akımın yalnızca iletkenin uçlarında potansiyel bir fark olduğunda, yani iletkene voltaj uygulandığında meydana geldiğini hatırlayalım. Akü terminallerindeki voltaj 1 volt ise ve iletkenden 1 amper-saatlik bir şarj akıyorsa, akünün 1 V 1 Ah = 1 Wh enerji verdiğini anlarız.

Bu nedenle, pillerle ilgili olarak, depolanmış enerjiden (depolanmış enerji) veya depolanmış (depolanmış) şarjdan bahsetmek daha doğrudur. Yine de "pil kapasitesi" terimi yaygın olduğu ve bir şekilde daha tanıdık olduğu için onu kullanacağız, ancak biraz açıklama yaparak yani enerji kapasitesinden bahsedeceğiz.

Enerji kapasitesi - tam olarak şarj edilmiş bir pilin izin verilen en küçük değere kadar boşaldığında verdiği enerji.

Bu konsepti kullanarak, enerji kapasitesini yaklaşık olarak hesaplamaya ve karşılaştırmaya çalışacağız. çeşitli tipler enerji depolama cihazları.

Kimyasal pillerin enerji kapasitesi

Beyan edilen kapasitesi (şarjı) 1 Ah olan tam olarak şarj edilmiş bir elektrik pili, teorik olarak bir saat boyunca 1 amperlik bir akım sağlayabilir (veya örneğin, 0,1 saat için 10 A veya 10 saat için 0,1 A). Ancak çok fazla pil deşarj akımı, daha az verimli güç çıkışına yol açar, bu da böyle bir akımla çalışma süresini doğrusal olmayan bir şekilde azaltır ve aşırı ısınmaya neden olabilir. Uygulamada, pillerin kapasitesi, son gerilime kadar 20 saatlik bir deşarj döngüsüne göre verilir. Araba aküleri için 10,8 V'tur. Örneğin, "55 Ah" akü etiketi üzerindeki yazıt, 20 saat boyunca 2,75 amperlik bir akım sağlayabildiği ve aynı zamanda terminallerdeki voltajın düşmeyeceği anlamına gelir. 10,8 IN'in altına düşer.

Pil üreticileri genellikle listeler teknik özelliklerÜrünlerinin çoğu Wh (Wh) cinsinden enerji depoladı ve mAh (mAh) cinsinden depolanan şarj değil, ki bu genel olarak doğru değil. Genel durumda depolanan şarjdan depolanan enerjiyi hesaplamak kolay değildir: entegrasyon gereklidir anlık güç pil tarafından tüm deşarj süresi boyunca verilir. Daha fazla doğruluk gerekmiyorsa, entegre etmek yerine, tüketilen voltaj ve akımın ortalama değerlerini kullanabilir ve aşağıdaki formülü kullanabilirsiniz:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

Yani, depolanan enerji (Wh cinsinden), depolanan şarjın (Ah cinsinden) ve ortalama voltajın (Volt cinsinden) ürününe yaklaşık olarak eşittir: e = Q · sen. Örneğin, 12 voltluk bir pilin kapasitesinin (genel anlamda) 60 Ah olduğu belirtilirse, o zaman depolanan enerji, yani onun enerji kapasitesi, 720 W saat olacaktır.

Yerçekimi enerjisi akümülatörlerinin enerji kapasitesi

Herhangi bir fizik ders kitabında, m kütleli bir cismi h yüksekliğine kaldırırken F kuvveti tarafından yapılan A işinin, g'nin serbest düşüşün ivmesi olduğu A = m · g · h formülüyle hesaplandığını okuyabilirsiniz. Bu formül, cismin hareketinin yavaş olduğu ve sürtünme kuvvetlerinin ihmal edilebileceği durumda gerçekleşir. Yerçekimine karşı çalışmak, bedeni nasıl kaldırdığımıza bağlı değildir: dikey olarak (saatteki bir ağırlık gibi), eğimli bir düzlem boyunca (kızağı bir tepeye çekerken olduğu gibi) veya başka bir şekilde.

Her durumda, iş A = m · g · h. Vücut ilk seviyeye indirildiğinde, yerçekimi kuvveti, F kuvveti tarafından cismi kaldırırken harcanan işin aynısını üretecektir. Bu, cismi kaldırarak m · g · h'ye eşit bir iş depoladığımız anlamına gelir, yani kaldırılan cismin enerjisi, bu cisme etki eden yerçekimi kuvveti ile kaldırıldığı yüksekliğin çarpımına eşittir. Bu enerji, yükselişin hangi yoldan gerçekleştiğine bağlı değildir, ancak yalnızca vücudun konumu (yükseltildiği yükseklik veya vücudun ilk ve son konumu arasındaki yükseklik farkı) tarafından belirlenir ve potansiyel olarak adlandırılır. enerji.

Bu formülü kullanarak, yer seviyesinden (veya bir hidrojeneratör türbin seviyesinden) 10 metre yüksekte bulunan 1000 litre kapasiteli bir tanka pompalanan bir su kütlesinin enerji kapasitesini tahmin edelim. Tankın bir kenar uzunluğu 1 m olan bir küp şeklinde olduğunu varsayacağız, ardından Landsberg'in ders kitabındaki formüle göre A = 1000 kg (9,8 m/s2) 10,5 m = 102900 kg m2/s2. Ancak 1 kg m2/s2 1 joule eşittir ve watt-saat'e çevirirsek sadece 28.583 watt-saat elde ederiz. Yani, 720 watt-saatlik geleneksel bir elektrik akümülatörünün kapasitesine eşit bir enerji kapasitesi elde etmek için, tanktaki su hacmini 25,2 kat artırmak gerekir.

Tankın nervür uzunluğu yaklaşık 3 metre olmalıdır. Aynı zamanda enerji kapasitesi de 845 watt-saate eşit olacak. Bu, tek bir akünün kapasitesinden daha fazladır, ancak kurulum hacmi, geleneksel bir kurşun-çinko araba aküsünün boyutundan önemli ölçüde daha büyüktür. Bu karşılaştırma, bazı sistemlerde depolanan enerjiyi kendi başına enerji olarak değil, söz konusu sistemin kütlesi veya hacmi ile ilişkili olarak düşünmenin mantıklı olduğunu göstermektedir.

Spesifik enerji kapasitesi

Bu nedenle, enerji kapasitesini akümülatörün kütlesi veya hacmi veya taşıyıcının kendisi, örneğin bir tanka dökülen su ile ilişkilendirmenin tavsiye edilebilir olduğu sonucuna vardık. Bu türden iki gösterge düşünülebilir.

Kütleye özgü enerji kapasitesi, bu depolamanın kütlesine bağlı olarak enerji depolama kapasitesi olarak adlandırılacaktır.

Hacimsel özgül enerji kapasitesi, bu depolamanın hacmine bağlı olarak enerji depolama kapasitesi olarak adlandırılacaktır.

Örnek. 12 volt voltaj için tasarlanmış kurşun-asit batarya Panasonic LC-X1265P, 65 amper-saat, ağırlık - 20 kg şarja sahiptir. ve boyutlar (UxGxY) 350 166 175 mm. t=20C'deki kullanım ömrü 10 yıldır. Böylece, kütleye özgü enerji tüketimi kilogram başına 65 12 / 20 = 39 watt-saat ve hacimsel özgül enerji tüketimi - 65 12 / (3,5 1,66 1,75) = kilogram başına 76,7 watt-saat, desimetre küp veya 0,0767 kWh olacaktır. metreküp.

İçin önceki bölüm sürmek yerçekimi enerjisi 1000 litre hacimli bir su deposu temel alındığında, kütleye özgü enerji tüketimi yalnızca 28,583 watt-saat / 1000 kg = 0,0286 Wh / kg olacaktır, bu da bir kurşun-çinko pilin kütle enerji tüketiminden 1363 kat daha azdır. Ve hizmet ömrü olmasına rağmen yerçekimi depolamaönemli ölçüde daha büyük olabilir, ancak pratik bir bakış açısından, tank daha az çekici görünüyor. akümülatör pili.

Birkaç enerji depolama cihazı örneğini daha ele alalım ve spesifik enerji tüketimlerini tahmin edelim.

Isı akümülatörünün enerji yoğunluğu

Isı kapasitesi - 1 ° C ısıtıldığında vücut tarafından emilen ısı miktarı. Isı kapasitesinin hangi kantitatif birime ait olduğuna bağlı olarak kütle, hacim ve molar ısı kapasitesi vardır.

Özgül ısı kapasitesi olarak da adlandırılan kütleye özgü ısı kapasitesi, bir maddenin birim kütlesini birim sıcaklıkta ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır. SI'da, kelvin başına kilogram başına joule cinsinden ölçülür (J·kg-1·K-1).

Hacimsel ısı kapasitesi, bir maddeyi birim sıcaklıkta ısıtmak için birim hacmine verilmesi gereken ısı miktarıdır. SI'da joule/metreküp/kelvin (J m−3 K−1) cinsinden ölçülür.

Molar ısı kapasitesi, birim sıcaklıkta ısıtmak için 1 mol maddeye verilmesi gereken ısı miktarıdır. SI'da, kelvin başına mol başına joule (J/(mol K)) olarak ölçülür.

Bir mol, Uluslararası Birimler Sistemindeki bir maddenin miktarı için bir ölçü birimidir. Bir mol, aynı şeyi içeren bir sistemdeki madde miktarıdır. yapısal elemanlar 0,012 kg kütleye sahip karbon-12'de kaç tane atom vardır?

Öz ısının değeri, maddenin sıcaklığından ve diğer termodinamik parametrelerden etkilenir. Örneğin, suyun özgül ısı kapasitesinin ölçülmesi, farklı sonuçlar 20 °C ve 60 °C'de. Ek olarak, özgül ısı kapasitesi, maddenin termodinamik parametrelerinin (basınç, hacim vb.) nasıl değişmesine izin verildiğine bağlıdır; örneğin, sabit basınçta (CP) ve sabit hacimde (CV) özgül ısı genellikle farklıdır.

Maddenin birinden transferi toplama durumu diğerine, her madde için belirli bir sıcaklıkta dönüşüm noktasında ısı kapasitesinde ani bir değişiklik eşlik eder - erime noktası (geçiş sağlam vücut sıvıya), kaynama noktası (sıvının gaza geçişi) ve buna bağlı olarak ters dönüşüm sıcaklıkları: donma ve yoğuşma.

Çoğu maddenin özgül ısı kapasiteleri, genellikle sabit basınçtaki bir işlem için referans kitaplarında verilmektedir. Örneğin, özgül ısı kapasitesi Sıvı su de normal koşullar- 4200 J/(kg K); buz - 2100 J/(kg K).

Yukarıdaki verilere dayanarak, bir su ısı akümülatörünün ısı kapasitesi tahmin edilmeye çalışılabilir (özet). İçindeki suyun kütlesinin 1000 kg (litre) olduğunu varsayalım. 80°C'ye kadar ısıtıyoruz ve 30°C'ye kadar soğuyana kadar ısı vermesine izin veriyoruz. Isı kapasitesinin farklı olduğu gerçeğiyle uğraşmazsanız farklı sıcaklık, ısı akümülatörünün 4200 * 1000 * 50 J ısı vereceğini varsayabiliriz. Yani, böyle bir ısı akümülatörünün enerji kapasitesi 210 megajoule veya 58.333 kilovat-saat enerjidir.

Bu değeri geleneksel bir araba aküsünün enerji yüküyle (720 watt-saat) karşılaştırırsak, söz konusu ısı akümülatörünün enerji kapasitesinin yaklaşık 810 elektrik pilinin enerji kapasitesine eşit olduğunu görürüz.

Böyle bir ısı akümülatörünün özgül kütle enerji tüketimi (ısıtılan suyun depolanacağı kabın kütlesi ve ısı yalıtımının kütlesi dikkate alınmaksızın bile) 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg olacaktır. Bu, yukarıda hesaplandığı gibi 39 Wh / kg'a eşit olan bir kurşun-çinko pilin kütle enerji tüketiminden daha fazla olduğu ortaya çıktı.

Kaba tahminlere göre, bir ısı akümülatörü, hacimsel özgül enerji kapasitesi açısından geleneksel bir araba aküsü ile karşılaştırılabilir, çünkü bir kilogram su hacmin bir desimetresidir, bu nedenle hacimsel özgül enerji tüketimi de 76,7 Wh / kg'dır. kurşun-asit bataryanın hacimsel özgül ısı kapasitesi ile çakışmaktadır. Doğru, ısı akümülatörünün hesaplanmasında, tankın hacmini ve ısı yalıtımını hesaba katmak gerekli olsa da, yalnızca su hacmini dikkate aldık. Ancak her halükarda kayıp, yerçekimsel bir depolama cihazı kadar büyük olmayacaktır.

Diğer enerji depolama türleri

"Enerji depolamaya (aküler) genel bakış" makalesi, bazı enerji depolama cihazlarının özgül enerji tüketiminin hesaplanmasını sağlar. Oradan bazı örnekler ödünç alalım.

kapasitör depolama

1 F kondansatör kapasitansı ve 250 V voltaj ile depolanan enerji şöyle olacaktır: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W h. Elektrolitik kapasitörler kullanıyorsanız, kütleleri 120 kg olabilir. Spesifik enerji aynı anda depolama 0,26 kJ/kg veya 0,072 W/kg. Çalışma sırasında sürücü, saatte 9 watt'tan fazla olmayan bir yük sağlayabilir. Ömür Elektrolitik kapasitörler 20 yıla ulaşabilir. Depolanan enerji yoğunluğu açısından iyonlaştırıcılar kimyasal pillere yakındır. Avantajları: Depolanan enerji kısa bir süre için kullanılabilir.

Yığın tipi yerçekimi akümülatörleri

Önce 2000 kg kütleli bir gövdeyi 5 m yüksekliğe kaldırıyoruz, ardından gövde yerçekimi etkisi altında elektrik jeneratörünü döndürerek alçalıyor. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 W h. Spesifik enerji kapasitesi 0,0138 W saat/kg. Çalışma sırasında, sürücü bir saat boyunca 28 watt'tan fazla olmayan bir yük sağlayabilir. Sürücünün hizmet ömrü 20 yıl veya daha fazla olabilir.

Avantajlar: depolanan enerji kısa sürede kullanılabilir.

Çark

Volanda depolanan enerji, J'nin dönen gövdenin atalet momenti olduğu E = 0.5 Jw2 formülüyle bulunabilir. R yarıçaplı ve H yüksekliğindeki bir silindir için:

J = 0,5 p r R4 H

burada r, silindirin yapıldığı malzemenin yoğunluğudur.

sınırlama hat hızı volanın çevresinde Vmax (çelik için yaklaşık 200 m/s).

Vmax = wmax R veya wmax = Vmax /R

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

Spesifik enerji şöyle olacaktır: Emax /M = 0,25 V2max

Çelik silindirik bir volan için maksimum özgül enerji içeriği yaklaşık 10 kJ/kg'dır. 100 kg kütleli bir volan için (R = 0,2 m, H = 0,1 m), depolanan maksimum enerji 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,278 kWh olabilir. Çalışma sırasında, sürücü bir saat boyunca 280 watt'tan fazla olmayan bir yük sağlayabilir. Volanın ömrü 20 yıl veya daha fazla olabilir. Avantajları: Depolanan enerji kısa bir süre için kullanılabilir, performans büyük ölçüde iyileştirilebilir.

süper volan

Geleneksel volanlardan farklı olarak bir süper volan, Tasarım özellikleri teorik olarak kilogram ağırlık başına 500 Wh'ye kadar depolayabilir. Ancak süper volanların gelişimi nedense durdu.

Pnömatik akümülatör

Hava, 50 atmosfer basınçta 1 m3 kapasiteli çelik bir tanka pompalanır. Bu basınca dayanabilmesi için tankın duvarlarının yaklaşık 5 mm kalınlığında olması gerekir. İşin yapılması için basınçlı hava kullanılır. İzotermal bir süreçte, ideal bir gazın atmosfere genişlerken yaptığı A işi aşağıdaki formülle belirlenir:

A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ günlük (V2 / V1)

burada M gazın kütlesidir, m ise molar kütle gaz, R - evrensel gaz sabiti, T - mutlak sıcaklık, V1 - ilk gaz hacmi, V2 - son gaz hacmi. Depolama halkasının bu uygulaması için ideal bir gazın durum denklemini (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) dikkate alarak V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol derece), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, gaz genleşme çalışması 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kWh/çevrim. Sürücünün kütlesi yaklaşık olarak 250 kg'a eşittir. Spesifik enerji 80 kJ/kg olacaktır. Çalışma sırasında, pnömatik akümülatör saatte 5,5 kW'tan fazla olmayan bir yük sağlayabilir. Ömür pnömatik akümülatör 20 yıl veya daha fazla olabilir.

Avantajlar: depolama tankı yer altına yerleştirilebilir, standart gaz silindirleri Uygun ekipmanla gerekli miktarda, bir rüzgar türbini kullanıldığında, ikincisi doğrudan kompresör pompasını çalıştırabilir, yeterli çok sayıda doğrudan basınçlı hava enerjisini kullanan cihazlar.

Bazı enerji depolama cihazlarının karşılaştırma tablosu

Enerji depolama parametrelerinin yukarıdaki tüm değerlerini genel bir tabloda özetliyoruz. Ama önce, özgül enerji tüketiminin akümülatörleri geleneksel yakıtla karşılaştırmayı mümkün kıldığını not ediyoruz.

Yakıtın ana özelliği, kalorifik değeridir, yani. tam yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarı. Spesifik (MJ/kg) ve hacimsel (MJ/m3) yanma ısısını ayırt edin. MJ'yi kWh'ye çevirerek şunu elde ederiz:

Gördüğünüz gibi, yakıtın özgül enerji tüketimi, enerji depolama cihazlarının enerji depolama kapasitesini önemli ölçüde aşıyor. Çünkü çünkü yedek kaynak enerji sıklıkla kullanılır dizel jeneratörler 42624 kJ/kg veya 11,84 kWh/kg'a eşit olan dizel yakıtın enerji yoğunluğunu nihai tabloya dahil edeceğiz. Ve karşılaştırma için ekleyin doğal gaz ve hidrojen, çünkü ikincisi aynı zamanda enerji depolama cihazları oluşturmak için temel teşkil edebilir.

Şişelenmiş gazın (propan-bütan) özgül kütle enerji içeriği 36 mJ/kg'dır. veya 10 kWh/kg, hidrojen ise 33,58 kWh/kg'a sahiptir.

Sonuç olarak, dikkate alınan enerji depolama cihazlarının parametrelerini içeren aşağıdaki tabloyu elde ederiz (bu tablodaki son iki satır, geleneksel enerji taşıyıcılarıyla karşılaştırma için eklenmiştir):

Bu tabloda verilen rakamlar yaklaşıktır, hesaplamalarda birçok faktör dikkate alınmaz, örneğin katsayı yararlı eylem depolanan enerjiyi, hacimleri ve ağırlıkları kullanan jeneratör gerekli ekipman ve benzeri. Bununla birlikte, bu rakamlar, bence, potansiyel enerji yoğunluğunun ilk tahminini vermeye izin veriyor. Çeşitli türler enerji depolama cihazları.

Ve yukarıdaki tablodan da anlaşılacağı üzere en etkili görüş depolama tankı hidrojenli bir silindirle temsil edilir. Yenilenebilir kaynaklardan "karşılıksız" (fazla) enerji hidrojen üretmek için kullanılıyorsa, o zaman en umut verici olan hidrojen depolamadır.

Hidrojen bir elektrik jeneratörünü döndürecek geleneksel bir içten yanmalı motorda veya hidrojende yakıt olarak kullanılabilir yakıt hücreleri doğrudan elektrik üreten. Hangi yöntemin daha karlı olduğu sorusu ayrı bir değerlendirmeyi gerektirir. Pekala, hidrojen üretimi ve kullanımındaki güvenlik sorunları, belirli bir enerji depolama türünü kullanmanın fizibilitesini göz önünde bulundurarak ayarlamalar yapabilir. yayınlanan

bize katılın

Bir hava kanalına bağlı hava veya diğer gaz içeren ve önceden belirlenmiş bir basınca ayarlanmış bir emniyet valfi ile donatılmış bir tank. Pnömatik akümülatör, kumlama ve kumlama makinelerinin imalatı için gerekli bir unsurdur ... ... Metalurji Sözlüğü

pnömatik akümülatör- T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro energijos kaupiklis. atitikmenys: ingilizce. pnömatik akümülatör vok. Druckluftspeicher, m rus. pnömatik akümülatör, M; pnömatik akümülatör, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės and branduolinės technikos terminų žodynas

PNÖMATİK AKÜ- hava kanalına bağlı ve bir sigorta ile donatılmış hava (veya diğer gaz) içeren bir tank. Belirli bir sınırlayıcı basınca ayarlanan valf. Karmaşık pnömatikte kullanılır rüzgar gücünde çalışma basıncını dengelemek için ağlar. ... ... Büyük ansiklopedik teknik sözlük

Akümülatör (belirsizliği giderme)- Akümülatör (lat. akümülatör toplayıcı, lat. akümülatörden topluyorum, biriktiriyorum) sonraki kullanımı amacıyla enerji biriktirmek için bir cihaz. akü bir arabada kullanılan pil ... ... Wikipedia

Pil- Bu terimin başka anlamları vardır, bkz. Akümülatör (anlamları). Akümülatör (enlem. akümülatör toplayıcı, lat.acumulo'dan topluyorum, biriktiriyorum) sonraki kullanımı amacıyla enerji depolamak için bir cihaz, ... ... Wikipedia

AKÜ- (lat. akü toplayıcıdan) sonraki kullanım amacıyla enerji depolamak için bir cihaz. 1) Elektrik pili dönüşümler elektrik enerjisi kimyasala dönüştürür ve gerektiğinde ters dönüşümü sağlar; ... ... Büyük Ansiklopedik Sözlük

AKÜ Modern Ansiklopedi

Pil- (Latin akümülatör toplayıcısından), sonraki kullanım amacıyla enerji depolamak için bir cihaz. 1) Elektrik pili galvanic hücre yeniden kullanılabilir; elektrik enerjisini kimyasal enerjiye çevirir ve... Resimli Ansiklopedik Sözlük

pil- A; m.Sonraki kullanımı amacıyla enerji biriktirmek için bir cihaz. Termik, elektrik a. Şarj etmek. ◁ Şarj edilebilir, oh, oh. Bir tank. Ve pil. * * * pil (lat. akümülatör toplayıcısından), biriktirme cihazı ... ... ansiklopedik Sözlük

Pil- (lat. akümülatör toplayıcı, topladığım, biriktirdiğim akümülatörden) sonraki kullanımı amacıyla enerji biriktirmek için bir cihaz. Birikmiş enerjinin türüne bağlı olarak, A. ayırt edilir: elektrik, hidrolik, termal, ... ... Büyük Sovyet Ansiklopedisi