Enerģijas uzkrāšanas ierīču veidi. Enerģijas uzglabāšana

Tuvojas elektronikas un elektrības pasaule! Mehānikas cienītājiem dārgās ierīces arvien vairāk piekāpjas mašīnām ar elektromotoriem un elektroniskajām shēmām. Tomēr nākotnes pasaule kļūs mehāniskāka! Profesore Nurbey Gulia tā domā. Pēdējo desmitgažu laikā mehāniskajām enerģijas uzkrāšanas ierīcēm ir manāmi pieaugusi enerģijas intensitāte, un tieši tās, pēc zinātnieka domām, tiks izmantotas daudzās ierīcēs parasto elektroķīmisko akumulatoru vietā.

Atspere, gumija, kondensators...

Diez vai visā pasaulē ir cilvēks, kurš būtu vairāk nodevies spararata enerģijas uzkrāšanas ierīču attīstībai nekā Nurbey Gulia. Galu galā izgudrotājs savu mūža darbu sāka 15 gadu vecumā. Tad padomju skolnieks Nurbejs nolēma izgudrot "enerģijas kapsulu" - tā viņš sauca par enerģijas uzkrāšanas ierīci, kurai vajadzēja būt tikpat energoietilpīgai kā benzīna tvertnei, bet tajā pašā laikā uzkrāt enerģiju, kas bija absolūti nekaitīga. cilvēkiem. Vispirms zinātkārais skolēns izmēģināja dažāda veida baterijas. Viens no bezcerīgākajiem variantiem izrādījās pavasara uzglabāšana. Lai parasta vieglā automašīna ar šādu akumulatoru nobrauktu 100 km, pēdējam bija jāsver 50 tonnas.

Spararati kā enerģijas uzkrāšanas ierīces izmantoti jau vairākus gadsimtus, taču kvalitatīvs lēciens to enerģijas intensitātē notika tikai pagājušā gadsimta sešdesmitajos gados, kad tika radīti pirmie superspararati. 1. Super spararats darbībā Super spararats izskatās kā parasts, bet tā ārējā daļa ir izgatavota no izturīgas tērauda lentes. Lentas pagriezienus parasti salīmē kopā. 2. Superspararats pēc plīsuma Ja parastā spararata plīsums ir destruktīvs, tad superspararata gadījumā siksna tiek piespiesta pie korpusa un automātiski bremzē piedziņu - viss ir pilnīgi droši.

Gumijas akumulators šķita daudz perspektīvāks: atmiņas ierīce ar 100 km uzlādi varēja svērt “tikai” 900 kg. Ieinteresējies, Nurbey pat izstrādāja inovatīva dizaina gumijas akumulatoru, lai vadītu bērnu ratiņus. Viens no garāmgājējiem, aizrāvies ar pašgājējiem ratiņiem, ieteica izstrādātājam iesniegt pieteikumu Izgudrojumu komitejai un pat palīdzēja to noformēt. Tā Gulia saņēma pirmo autortiesību sertifikātu par izgudrojumu.

Drīz vien gumija tika aizstāta ar saspiestu gaisu. Un atkal Nurbey izstrādāja inovatīvu ierīci - salīdzinoši kompaktu hidrogāzes akumulatoru. Taču, kā noskaidrojās, strādājot pie tā, izmantojot saspiesto gāzi, enerģijas “griesti” bija zemi. Bet izgudrotājs nepadevās: drīz viņš uzbūvēja pneimatisko automašīnu ar degļiem uzsildītu gaisu. Šo auto ļoti atzinīgi novērtēja viņa draugi, taču savu iespēju ziņā tas vēl bija tālu no tā, lai spētu konkurēt ar auto.

Spararati transportā var tikt izmantoti gan kā enerģijas akumulatori, gan kā žiroskopi. Fotoattēlā redzams Ford Gyron spararata konceptautomobilis (1961), un pirmo žiroskopu 1914. gadā uzbūvēja krievu inženieris Pjotrs Šilovskis.

Topošais profesors bija īpaši uzmanīgs, izstrādājot “elektriskās kapsulas” iespēju. Nurbey novērtēja kondensatoru, elektromagnētu iespējas un, protams, savāca visu iespējamo informāciju par elektroķīmiskajām baterijām. Tika pat uzbūvēts elektromobilis. Kā akumulatoru dizaineris tam izmantoja MAZ akumulatoru. Taču Guliju nepārsteidza toreizējo elektroķīmisko bateriju iespējas, un nebija pamata cerēt, ka izrāviens notiks enerģijas intensitātes jomā. Tāpēc no visām enerģijas uzkrāšanas ierīcēm Nurbejam ​​Vladimirovičam visdaudzsološākās šķita mehāniskās baterijas spararatu formā, neskatoties uz to, ka tajā laikā tās bija manāmi zemākas par elektroķīmisko akumulatoru ierīcēm. Tā laika spararati, pat izgatavoti no labākā tērauda, ​​spēja uzkrāt tikai 30-50 kJ uz 1 kg masas. Ja tos griežat ātrāk, tie pārsprāgst, padarot visu apkārtējo nelietojamu. Pat svina-skābes akumulatori ar enerģijas blīvumu 64 kJ/kg uz to fona izskatījās ārkārtīgi izdevīgi, un sārma baterijas ar enerģijas blīvumu 110 kJ/kg bija ārpus konkurences. Turklāt jau toreiz bija šausmīgi dārgas sudraba-cinka baterijas: pēc īpatnējās jaudas (540 kJ/kg) tās aptuveni atbilda mūsdienu ietilpīgākajām litija jonu baterijām. Bet Gulia paļāvās uz spararatu, kas bija tik tālu no ideāla...

Miljonu dolāru spararats

Jo lielāks spararata griešanās ātrums, jo vairāk tā daļiņas “izstiepj” disku, mēģinot to salauzt. Tā kā spararata plīsums ir briesmīga lieta, dizaineriem ir jānodrošina liela drošības rezerve. Rezultātā praksē spararata enerģijas intensitāte ir trīs reizes mazāka nekā iespējams, un 60. gadu sākumā vismodernākie spararati spēja uzkrāt tikai 10-15 kJ enerģijas uz 1 kg. Lietojot plīsumizturīgākus materiālus, spararata izturība kļūs lielāka, bet tik ātrgaitas spararats kļūst bīstams. Iznāk apburtais loks: materiāla izturība palielinās, bet maksimālā enerģijas intensitāte nedaudz palielinās. Nurbey Gulia izvirzīja savu misiju izkļūt no šīs situācijas Apburtais loks, un kādu neaizmirstamu dienu viņš piedzīvoja pēkšņas skaidrības brīdi. Izgudrotājs saskārās ar trosi, kas bija savīti no stieplēm – tādam, kādu parasti izmanto svaru celšanas mašīnās. Kabelis bija ievērojams ar to, ka tam bija augsta izturība un tas nekad neplīsa uzreiz. Tieši šo īpašību trūka tā laika spararatiem.

Mūsdienās superspararati to augstās energointensitātes dēļ tiek izmantoti daudzās jomās – no izmantošanas sakaru satelītos kā enerģijas uzkrāšanas ierīce līdz izmantošanai spēkstacijās to efektivitātes paaugstināšanai. Diagrammā parādīts spararata akumulators, ko izmanto Amerikas spēkstacijās, lai palielinātu to efektivitāti. Enerģijas zudumi superspararatos ir tikai 2% - tas tiek panākts, cita starpā, pateicoties tam, ka tas griežas vakuuma korpusā uz magnētiskajiem gultņiem.

Zinātnieks ķērās pie darba: vispirms viņš eksperimentēja ar kabeli, velmējot to spararatā, un pēc tam nomainīja vadus ar plānu, tādas pašas stiprības tērauda lenti - tās tinums bija blīvāks, un uzticamības labad bija iespējams pielīmēt pagriezienus. lente kopā. Šāda spararata pārrāvums vairs neradīja briesmas: ja tiek pārsniegts maksimālais ātrums, vispirms jānoraujas visvairāk noslogotā ārējā siksna. Tas piespiežas pret korpusu un automātiski bremzē spararatu – nav negadījumu, un noplīsušo lenti var atkal piestiprināt.

Pirmais tests, kad Gulia lentes spararatu grieza putekļsūcēja ātrgaitas elektromotors, bija veiksmīgs. Spararats sasniedza maksimālo ātrumu, nesalūstot. Un tad, kad zinātniekam izdevās izmēģināt šo spararatu uz speciāla paātrinājuma stenda, izrādījās, ka plīsums noticis tikai pie loka ātruma gandrīz 500 m/s vai enerģijas blīvuma aptuveni 100 kJ/kg. Gulia izgudrojums enerģijas blīvuma ziņā bija vairākas reizes pārāks par tā laika vismodernākajiem spararatiem un atstāja aiz sevis svina-skābes akumulatorus.

Šis, iespējams, ir pasaulē pirmais hibrīdauto. Tā priekšējos riteņus dzenēja iekšdedzes dzinējs, bet aizmugurējos – variatoru un spararatu. Šis prototips izrādījās divreiz ekonomiskāks nekā UAZ-450D.

1964. gada maijā Gulia pirmais pasaulē pieteicās uz superspararata izgudrošanu, taču padomju patentu sistēmas birokrātijas dēļ nepieciešamo dokumentu saņēma tikai pēc 20 gadiem, kad tā derīguma termiņš jau bija beidzies. Bet PSRS izgudrojuma prioritāte palika. Ja zinātnieks dzīvotu Rietumos, viņš jau sen būtu kļuvis par multimiljonāru.

Kādu laiku pēc Gulia superspararats tika izgudrots Rietumos, un gadus vēlāk tas atrada daudzus lietojumus. Spararata mašīnu projekti tiek izstrādāti dažādās valstīs. Amerikāņu speciālisti veido bezpilota helikopteru, kas dzinēja vietā izmanto superspararatus. Kosmosā tiek nosūtīti arī superspararati. Viņiem ir īpaši labvēlīga vide: kosmosa vakuumā nav aerodinamiskās pretestības, un bezsvara stāvoklis novērš slodzi uz gultņiem. Tāpēc daži sakaru satelīti izmanto superspararata piedziņu – tie ir izturīgāki par elektroķīmiskajiem akumulatoriem un var ilgstoši apgādāt satelītu iekārtas ar enerģiju. Nesen Amerikas Savienotajās Valstīs viņi sāka apsvērt iespēju izmantot superspararatus kā nepārtrauktas barošanas avotus ēkām. Tur jau darbojas spēkstacijas, kuras enerģijas patēriņa maksimuma laikā palielina jaudu, izmantojot spararata akumulatorus, un krituma laikā, parasti naktī, lieko enerģiju novirza spararatu griešanai. Līdz ar to elektrostacijas darbības efektivitāte ievērojami palielinās. Turklāt enerģijas zudumi superspararatos ir tikai 2% – tas ir mazāk nekā jebkurai citai enerģijas uzkrāšanas ierīcei.

Profesors Gulia arī netērēja laiku: viņš izveidoja ļoti ērtu spararata urbi, izstrādāja pasaulē pirmo hibrīda spararatu, pamatojoties uz UAZ-450D - tas izrādījās divreiz ekonomiskāks par parasto automašīnu. Taču galvenais ir tas, ka profesors nemitīgi pilnveido dažādus savas spararata koncepcijas elementus, lai tas būtu patiesi konkurētspējīgs.

Brīnumu mobilie tālruņi

Vai ir iespējams novest super spararatu līdz ietilpīgāko akumulatoru līmenim? Izrādās, ka tā nav problēma. Ja tērauda vietā mēs izmantojam vairāk izturīgi materiāli, tad enerģijas intensitāte proporcionāli palielināsies. Turklāt atšķirībā no elektroķīmiskajām baterijām griestu praktiski nav.

Pārbaudot, Kevlara superspararats ar tādu pašu masu uzkrāja četras reizes vairāk enerģijas nekā tērauda. No oglekļa šķiedras uztīta superspararata enerģijas blīvums var būt 20-30 reizes lielāks nekā tēraudam, un, ja tā izgatavošanai izmanto, piemēram, dimanta šķiedru, piedziņa iegūs fantastisku enerģijas intensitāti 15 MJ/kg. Taču tas nav ierobežojums: mūsdienās ar uz oglekļa bāzes veidotu nanotehnoloģiju palīdzību tiek radītas fantastiskas stiprības šķiedras. “Ja no šāda materiāla uztīt superspararatu,” stāsta profesors, “enerģijas blīvums var sasniegt 2500-3500 MJ/kg. Tas nozīmē, ka 150 kilogramus smags no šāda materiāla izgatavots superspararats spēj nodrošināt vieglajam auto vairāk nekā divu miljonu kilometru attālums no viena ritinājuma ir vairāk, nekā spēj izturēt automašīnas šasija.

Apvienojot super spararatu un supervariatoru vienā shēmā, parastās automašīnas patēriņu var samazināt zem 2 l/100 km, norāda Nurbey Gulia. Fotoattēlā parādīta spararata mašīnas darbības shēma uz degvielas elementiem, labajā pusē ir automašīna ar iekšdedzes dzinēju.

Sakarā ar to, ka super spararats griežas vakuumā un tā ass ir fiksēta magnētiskā balstiekārtā, pretestība rotācijas laikā ir minimāla. Iespējams, šāds super spararats var griezties daudzus mēnešus pirms apstāšanās. Taču mašīna, kas bez uzpildes varētu darboties visu savu kalpošanas laiku, vēl nav izgudrota. Mūsdienu spēkstaciju jauda noteikti nav pietiekama, lai uzlādētu šādas sērijveida brīnummašīnas.

Taču tieši autotransports, pēc profesora domām, ir vispiemērotākā superspararatu pielietojuma joma. Un ne mazāk pārsteidzoša ir arī projekta Gulia mašīnu veiktspēja, uz kurām viņš plāno izmantot superspararatus. Pēc zinātnieka domām, “veselīgam” degvielas patēriņam benzīna automašīnai vajadzētu būt aptuveni 1,5 litriem uz 100 km, bet dīzeļdegvielas automašīnai - 1,2 litriem.

Kā tas ir iespējams? “Enerģētikā ir nerakstīts likums: ar vienādiem kapitālieguldījumiem vienmēr ekonomiski izdevīgāk ir dziņa, kurā nenotiek enerģijas veidu un formu transformācijas,” skaidro profesors. — Dzinējs enerģiju izdala rotācijas veidā, un automašīnas dzenošie riteņi patērē šo enerģiju arī griešanās veidā. Tas nozīmē, ka nav nepieciešams pārveidot dzinēja enerģiju elektroenerģijā un otrādi, pietiek ar to pārnest no dzinēja uz riteņiem, izmantojot mehānisko piedziņu.

Tādējādi mehāniskais hibrīds izrādās energotaupīgākais un, kā apliecina zinātnieks, pilsētas apstākļos tas samazina degvielas patēriņu trīs reizes! Super spararata izmantošana, kas uzglabā liela summa enerģiju no dzinēja, un pēc tam nosūta uz riteņiem caur supervariatoru praktiski bez zudumiem (sk. “PM”, Nr. 3 “2006), ļauj samazināt dzinēja izmērus un jaudu. Dzinējs zinātnieka projektā darbojas tikai optimālā režīmā, kad tā efektivitāte ir visaugstākā, tāpēc Gulia “superauto” ir tik ekonomisks. Profesoram ir arī kurināmā elementu izmantošanas projekts ar super spararatu gandrīz divas reizes augstāks nekā iekšdedzes dzinējam, un tas ir aptuveni 70%.

"Bet kāpēc, ņemot vērā visas šādas shēmas priekšrocības, tā vēl netiek izmantota automašīnās?" - uzdodam pašsaprotamo jautājumu. "Šādai mašīnai bija nepieciešams supervariators, taču tas parādījās salīdzinoši nesen un tagad tikai sāk ražot," skaidro profesors Gulia. "Tātad tāda automašīna ir ceļā." Mūsu žurnāls ir gandarīts, ja parādīsies šāds auto, tad tas būs mūsu nopelns. Pēc tam, kad Popular Mechanics parādījās raksts par Gulia supervariatoru, piedziņas tehnoloģiju ražotāji uzreiz sāka interesēties par šo projektu, un tagad profesors veido un pilnveido savu supervariatoru. Tāpēc jācer, ka superauto nebūs ilgi jāgaida...

2015. gada 10. novembrī Krievijas uzņēmums Ekomotors paziņoja par pirmās Krievijas enerģijas uzkrāšanas ierīces izveidi mājai un biznesam. Izmantojot šo ierīci, jūs varat samazināt elektroenerģijas izmaksas un uzkrāt “zaļo” enerģiju no saules paneļiem un vēja ģeneratoriem. Ekomotors attīstībai ir vairākas unikālas īpašības un tā īpašības spēj konkurēt ar labi zināmiem globāliem produktiem, piemēram, Tesla Powerwall.

Pirmā mājas enerģijas uzglabāšanas ierīce (foto: www.ecomotors.ru)

Enerģijas uzkrāšanas ierīces ir nepieciešamas nepārtrauktai un kvalitatīvai energoapgādei mājām, birojiem un rūpniecības objektiem. Ar to palīdzību jūs varat samazināt enerģijas izmaksas: uzkrāt elektrību naktī ar zemiem nakts tarifiem un tērēt to dienas laikā no atmiņas ierīces, nevis no tīkla. Kopā ar saules paneļiem vai vēja ģeneratoru Ekomotors jaunā izstrāde ļaus efektīvi uzkrāt “zaļo” enerģiju un izmantot to tad, kad tā ir nepieciešama patērētājiem, nevis tad, kad spīd saule vai pūš vējš.

Tāpat šīs ierīces ieinteresēs uzņēmēji autonomai elektroapgādei dažādiem mobilajiem birojiem, darbnīcām, tirdzniecības vietām un sabiedriskās ēdināšanas iestādēm. Priekš enerģētikas uzņēmumišis produkts var būt noderīgs, lai izveidotu lokālas enerģijas uzkrāšanas sistēmas un izlīdzinātu elektrotīkla maksimālās slodzes.

Pēc tā īpašībām Ekomotors piedziņa spēj konkurēt ārvalstu analogi, jo īpaši plaši reklamētais Powerwall no Tesla Motors. Jaunais Ecomotors produkts akumulē 7,7 kWh elektroenerģijas, slodzes jauda var sasniegt 7,5 kW, un tā kalpošanas laiks ir ikdienas lietošanai ir 10 gadi. Tāpat kā Powerwall, Krievijas attīstība ļauj savienot vairākus diskus vienā sistēmā un tādējādi palielināt jaudu. Piedziņas korpuss paredzēts montāžai pie sienas divās pozīcijās – horizontālā un vertikālā. Šis risinājums ietaupa vietu un nodrošina lietotājiem vairāk iespēju ierīces novietošanai.

Tajā pašā laikā Ekomotors izstrādei ir iespējas, kuru līdzīgiem produktiem vēl nav. Piemēram, parastu Android planšetdatoru izmanto, lai parādītu informāciju par diska pašreizējo statusu un darbības režīmu. Informāciju par diska darbību var saņemt jebkurā Android ierīcē (viedtālruņos, planšetdatoros utt.), izmantojot USB vai Bluetooth. Tas palielina ierīces lietojamību un ļauj to viegli apvienot ar citām viedās mājas sistēmām.

Vēl viena interesanta iezīme ir nomaināmu priekšējo paneļu koncepcija, kas pieguļ galvenajam barošanas korpusam. Ar šādu paneļu palīdzību jūs varat pārvērst brutāla izskata disku par dizainera mākslas priekšmetu. Plānots izstrādāt un ražot vairākus paneļu variantus atbilstoši gaumei dažādas grupas patērētājiem. Tāpat trešo pušu ražotāji var sākt ražot šādus paneļus, kas klientiem dos vēl lielākas iespējas izvēlēties sava diska dizainu.

Lūk, ko par jauno produktu teica Ekomotors attīstības direktors Oļegs Konoņenko:

"IN Nesen Mēs novērojam intereses pieaugumu par mazām enerģijas uzglabāšanas ierīcēm mājas lietošanai un biznesam. Tāpēc mūsu uzņēmumā dzima ideja radīt produktu, kas apmierinātu šo vajadzību. Mēs centāmies šim projektam pēc iespējas vairāk izmantot krievu komponentus. Jo īpaši mēs nolēmām ņemt baterijas - galveno piedziņas elementu - no mūsu ilggadējā partnera, Krievijas uzņēmuma Liotech. Bet, manuprāt, mūsu produkts nav sliktāks par to, ko demonstrē ārzemju kolēģi. Un dažos veidos tas ir pat labāk. ”

Jeļena Davidova, izpilddirektors Ecomotors atzīmēja, ka “...šādi produkti ne tikai uzlabos mūsu dzīves kvalitāti, Krievijas uzņēmumu un uzņēmumu energoefektivitāti, bet arī veicinās modernu akumulatoru, spēka elektronikas vietējās ražošanas attīstību un jaunu uzņēmumu rašanos. izmantojot jaunās paaudzes enerģijas uzkrāšanas ierīces.

Šobrīd Ekomotors gatavojas jaunā produkta sērijveida ražošanai, kas paredzēta 2016. gada sākumā. Ieinteresētie pircēji jau tagad var pasūtīt piedziņu Ecomotors un saņemt to, tiklīdz tiek sākta ražošana.

Par uzņēmumu "Ekomotors"

Uzņēmumu grupa Ekomotors nodarbojas ar elektrisko transportlīdzekļu un zaļās enerģijas iekārtu ražošanu un tirdzniecību kopš 2007. gada. Šobrīd Ekomotors grupa ir viens no līderiem Krievijas elektrotransporta tirgū, piedāvājot saviem klientiem un partneriem plaša izvēle elektriskie transportlīdzekļi - no elektriskajiem velosipēdiem līdz elektriskajiem autobusiem. Uzņēmums ir oficiālais izplatītājs un vairāku pazīstamu ārvalstu elektrisko transportlīdzekļu un “zaļās” enerģijas aprīkojuma ražotāju partneris.

Uzņēmuma vietne: http://www.ecomotors.ru.

Ir jautājums: "Kura enerģijas uzglabāšanas metode ir ieteicama konkrētā situācijā?". Piemēram, kādu enerģijas uzkrāšanas metodi izvēlēties privātmājai vai kotedžai, kas aprīkota ar saules vai vēja instalāciju? Acīmredzot šajā gadījumā lielu sūkņu uzglabāšanas staciju neviens nebūvēs, taču ir iespējams uzstādīt lielu tvertni, paceļot to 10 metru augstumā. Bet vai ar šādu instalāciju pietiks, lai uzturētu pastāvīgu strāvas padevi bez saules?

Lai atbildētu uz radušajiem jautājumiem, ir jāizstrādā daži bateriju novērtēšanas kritēriji, kas ļaus objektīvi novērtējumi. Un, lai to izdarītu, jums jāņem vērā dažādi piedziņas parametri, kas ļauj iegūt skaitliskus aprēķinus.

Jauda vai uzkrātā maksa?

Fizikā lādiņu mēra kulonos. Kulons ir lādiņa daudzums, kas vienā sekundē tiek izlaists caur vadītāju ar strāvu 1 ampērs. Tā kā 1 C/s ir vienāds ar 1 A, tad, pārvēršot stundas sekundēs, mēs atklājam, ka viena ampērstunda būs vienāda ar 3600 C.

No pirmā acu uzmetiena var šķist, ka šeit ir kāda veida neatbilstība. Galu galā, ja mēs runājam par enerģijas taupīšanu, tad jebkurā akumulatorā uzkrātā enerģija jāmēra džoulos, jo fizikā džouls ir enerģijas mērvienība. Bet atcerēsimies, ka strāva vadītājā rodas tikai tad, ja vadītāja galos ir potenciālu starpība, tas ir, vadītājam tiek pielikts spriegums. Ja spriegums akumulatora spailēs ir 1 volts un caur vadītāju plūst vienas ampērstundas lādiņš, mēs atklājam, ka akumulators ir piegādājis 1 V · 1 Ah = 1 Wh enerģijas.

Tādējādi attiecībā uz akumulatoriem pareizāk ir runāt par uzkrāto enerģiju (uzkrāto enerģiju) vai uzkrāto (uzkrāto) lādiņu. Tomēr, tā kā jēdziens “akumulatora jauda” ir plaši izplatīts un kaut kā pazīstamāks, mēs to izmantosim, bet ar nelielu precizējumu, proti, mēs runāsim par enerģijas ietilpību.

Enerģijas jauda - enerģija, ko izdala pilnībā uzlādēts akumulators, kad tas ir izlādējies līdz zemākajai pieļaujamajai vērtībai.

Ķīmisko bateriju enerģijas ietilpība

Automašīnu akumulatoriem tas ir 10,8 V. Piemēram, uzraksts uz akumulatora etiķetes “55 Ah” nozīmē, ka tas spēj nodrošināt 2,75 ampēru strāvu 20 stundas, un spriegums spailēs nenoslīdēs zem 10,8 IN .

Akumulatoru ražotāji savu produktu tehniskajās specifikācijās bieži norāda uzkrāto enerģiju Wh (Wh), nevis uzkrāto lādiņu mAh (mAh), kas, vispārīgi runājot, nav pareizi. Aprēķiniet uzkrāto enerģiju no uzkrātā lādiņa vispārējs gadījums nav viegli: tas prasa akumulatora momentānās jaudas integrāciju visā tā izlādes periodā. Ja nav nepieciešama lielāka precizitāte, integrācijas vietā varat izmantot vidējās sprieguma un strāvas patēriņa vērtības un izmantot formulu:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

Tas ir, uzkrātā enerģija (Wh) ir aptuveni vienāda ar uzkrātā lādiņa (Ah) un vidējā sprieguma (voltos) reizinājumu: E = q · U. Piemēram, ja 12 voltu akumulatora jauda (parastajā izpratnē) ir norādīta 60 Ah, tad uzkrātā enerģija, tas ir, tā enerģijas jauda būs 720 W stundas.

Gravitācijas enerģijas uzkrāšanas ierīču enerģijas ietilpība

Visos gadījumos darbs A = m · g · h. Nolaižot ķermeni līdz tā sākotnējam līmenim, gravitācijas spēks radīs tādu pašu darbu, kāds tika veikts ar spēku F, lai paceltu ķermeni. Tas nozīmē, ka, paceļot ķermeni, mēs esam uzkrājuši darbu, kas vienāds ar m · g · h, t.i., paceltajam ķermenim ir enerģija, kas vienāda ar gravitācijas spēka, kas iedarbojas uz šo ķermeni, un augstuma, līdz kuram tas ir pacelts, reizinājumu. Šī enerģija nav atkarīga no ceļa, pa kuru notika kāpums, bet to nosaka tikai ķermeņa stāvoklis (augstums, līdz kuram tas pacelts, vai augstuma starpība starp ķermeņa sākotnējo un galīgo stāvokli) un ir sauc par potenciālo enerģiju.

Izmantojot šo formulu, novērtēsim 1000 litru tilpuma tvertnē iesūknētā ūdens masas enerģētisko jaudu, kas pacelta 10 metrus virs zemes līmeņa (vai hidroģeneratora turbīnas līmeņa). Pieņemsim, ka tvertnei ir kuba forma, kuras malas garums ir 1 m. Tad pēc Landsberģa mācību grāmatas formulas A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/. s2. Bet 1 kg m2/s2 ir vienāds ar 1 džoulu, un, pārrēķinot vatstundās, mēs iegūstam tikai 28,583 vatstundas. Tas ir, lai iegūtu enerģijas jaudu, kas vienāda ar parastā elektriskā akumulatora jaudu 720 vatstundu, jums ir jāpalielina ūdens tilpums tvertnē 25,2 reizes.

Tvertnei jābūt aptuveni 3 metru garai ribai. Tajā pašā laikā tā enerģijas jauda būs vienāda ar 845 vatstundām. Tas ir vairāk nekā viena akumulatora ietilpība, taču uzstādīšanas apjoms ir ievērojami lielāks nekā parastā svina-cinka automašīnas akumulatora izmērs. Šis salīdzinājums liek domāt, ka ir jēga ņemt vērā nevis noteiktā sistēmā uzkrāto enerģiju - enerģiju pati par sevi, bet gan saistībā ar attiecīgās sistēmas masu vai tilpumu.

Īpatnējā enerģijas jauda

Masai īpatnējo enerģijas ietilpību mēs sauksim kā uzglabāšanas ierīces enerģijas ietilpību, kas dalīta ar šīs atmiņas ierīces masu.

Tilpuma īpatnējā enerģijas ietilpība būs atmiņas ierīces enerģijas ietilpība, kas dalīta ar šīs atmiņas ierīces tilpumu.

Piemērs. Svina-skābes akumulatora Panasonic LC-X1265P, kas paredzēts 12 voltiem, uzlāde ir 65 ampērstundas, tas sver 20 kg. un izmēri (LxWxH) 350 · 166 · 175 mm. Tā kalpošanas laiks pie t = 20 C ir 10 gadi. Tādējādi tā masas īpatnējā enerģijas intensitāte būs 65 · 12 / 20 = 39 vatstundas uz kilogramu, un tā tilpuma īpatnējā enerģijas intensitāte būs 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 vatstundas uz kubikdecimetru vai 0,0767 kWh uz kubikmetru.

Iepriekšējā sadaļā aplūkotajai gravitācijas enerģijas uzkrāšanas ierīcei, kuras pamatā ir 1000 litru ūdens tvertne, īpatnējā masas enerģijas intensitāte būs tikai 28,583 vatstundas/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, kas ir 1363 reizes mazāka. nekā svina-cinka akumulatora masas enerģijas intensitāte. Un, lai gan gravitācijas uzglabāšanas ierīces kalpošanas laiks var izrādīties ievērojami ilgāks, no praktiskā viedokļa tvertne šķiet mazāk pievilcīga nekā uzlādējams akumulators. Apskatīsim vēl dažus enerģijas uzkrāšanas ierīču piemērus un novērtēsim to specifisko enerģiju intensitāte.

Siltuma akumulatora enerģijas jauda

Masas īpatnējā siltumietilpība, ko vienkārši sauc arī par īpatnējo siltumietilpību, ir siltuma daudzums, kas jāpiegādā uz vielas masas vienību, lai to uzsildītu vienā temperatūras vienībā. SI to mēra džoulos, kas dalīti ar kilogramiem uz kelvinu (J kg–1 K–1).

Tilpuma siltumietilpība ir siltuma daudzums, kas jāpiegādā vielas tilpuma vienībai, lai to uzsildītu temperatūras vienībā. SI to mēra džoulos uz kubikmetru uz kelvinu (J m-3 K-1).

Molārā siltumietilpība ir siltuma daudzums, kas jāpiegādā 1 molam vielas, lai to uzsildītu uz temperatūras vienību. SI to mēra džoulos uz molu uz kelvinu (J/(mol K)).

Mols ir vielas daudzuma mērvienība Starptautiskajā vienību sistēmā. Mols ir vielas daudzums sistēmā, kurā ir tikpat daudz strukturālo elementu, cik oglekļa-12 atomu, kas sver 0,012 kg.

Vielas pāreju no viena agregācijas stāvokļa citā pavada pēkšņas siltumietilpības izmaiņas katrai vielai noteiktā transformācijas temperatūras punktā - kušanas punktā (pāreja cietsšķidrumā), viršanas temperatūra (šķidruma pāreja gāzē) un attiecīgi reverso pārvērtību temperatūras: sasalšana un kondensācija.

Daudzu vielu īpatnējās siltuma jaudas ir norādītas atsauces grāmatās, parasti procesam ar pastāvīgu spiedienu. Piemēram, šķidrā ūdens īpatnējā siltumietilpība normālos apstākļos ir 4200 J/(kg K); ledus - 2100 J/(kg K).

Pamatojoties uz iesniegtajiem datiem, varat mēģināt novērtēt ūdens siltuma akumulatora siltumietilpību (abstrakts). Pieņemsim, ka ūdens masa tajā ir 1000 kg (litri). Uzkarsējam līdz 80 °C un ļaujam izdalīt siltumu, līdz atdziest līdz 30 °C. Ja jūs neuztraucat, ka siltuma jauda dažādās temperatūrās ir atšķirīga, mēs varam pieņemt, ka siltuma akumulators izdalīs 4200 * 1000 * 50 J siltuma. Tas ir, šāda siltuma akumulatora enerģijas jauda ir 210 megadžouli jeb 58,333 kilovatstundas enerģijas.

Ja šo vērtību salīdzina ar parastā automobiļa akumulatora enerģijas lādiņu (720 vatstundas), redzams, ka attiecīgā siltuma akumulatora jauda ir vienāda ar aptuveni 810 elektrisko akumulatoru enerģijas ietilpību.

Šāda siltuma akumulatora īpatnējās masas enerģijas intensitāte (pat neņemot vērā trauka masu, kurā reāli tiks uzglabāts uzsildītais ūdens, un siltumizolācijas masu) būs 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Tas jau izrādās vairāk nekā svina-cinka akumulatora masas enerģijas intensitāte, kas, kā aprēķināts iepriekš, ir vienāda ar 39 Wh/kg.

Pēc aptuveniem aprēķiniem siltuma akumulators pēc tilpuma īpatnējās enerģijas ietilpības ir pielīdzināms parastajam automašīnas akumulatoram, jo ​​kilograms ūdens ir tilpuma decimetrs, tāpēc arī tā tilpuma īpatnējā enerģijas ietilpība ir vienāda ar 76,7 Wh/kg, kas precīzi sakrīt ar svina-skābes akumulatora tilpuma īpatnējo siltumietilpību. Tiesa, siltuma akumulatora aprēķinā ņēmām vērā tikai ūdens tilpumu, lai gan būtu jāņem vērā arī tvertnes tilpums un siltumizolācija. Bet jebkurā gadījumā zaudējumi nebūs tik lieli kā gravitācijas glabāšanas ierīcei.

Cita veida enerģijas uzkrāšanas ierīces

Kondensatoru uzglabāšana

Gravitācijas piedziņas tipa akumulatori

Priekšrocības: uzkrāto enerģiju var izmantot īsā laika periodā.

Spararats

J = 0,5 p r R4 H

Kur r ir materiāla blīvums, no kura izgatavots cilindrs.

Ierobežojiet lineāro ātrumu spararata Vmax perifērijā (tēraudam apmēram 200 m/s).

Vmax = wmax R vai wmax = Vmax /R

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

Īpatnējā enerģija būs: Emax /M = 0,25 V2max

Tērauda cilindriskam spararatam maksimālais īpatnējās enerģijas saturs ir aptuveni 10 kJ/kg. Spararatam, kas sver 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m), maksimālā uzkrātā enerģija var būt 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,27 kW. Darbības laikā piedziņa stundu var nodrošināt ne vairāk kā 280 W slodzi. Spararata kalpošanas laiks var būt 20 gadi vai vairāk. Priekšrocības: uzkrāto enerģiju var izmantot īsu laiku, var būtiski uzlabot veiktspēju.

Super spararats

Pneimatiskais akumulators

A = (M/m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2/V1)

Kur M ir gāzes masa, m ir gāzes molārā masa, R ir universālā gāzes konstante, T ir absolūtā temperatūra, V1 ir gāzes sākotnējais tilpums, V2 ir gāzes galīgais tilpums. Ņemot vērā ideālas gāzes stāvokļa vienādojumu (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) šai uzglabāšanas ierīces realizācijai V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, gāzes darbs izplešanās laikā 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · stunda ciklā. Piedziņas masa ir aptuveni 250 kg. Īpatnējā enerģija būs 80 kJ/kg. Darbības laikā pneimatiskā uzglabāšanas ierīce var nodrošināt slodzi ne vairāk kā 5,5 kW stundu. Pneimatiskā akumulatora kalpošanas laiks var būt 20 gadi vai vairāk.

Priekšrocības: uzglabāšanas tvertne var atrasties pazemē, standarta gāzes baloni vajadzīgajā daudzumā ar atbilstošu aprīkojumu var tikt izmantoti kā rezervuārs, izmantojot vēja dzinēju, pēdējais var tieši darbināt kompresora sūkni, ir pietiekami liels skaits ierīces, kas tieši izmanto saspiestā gaisa enerģiju.

Dažu enerģijas uzkrāšanas ierīču salīdzināšanas tabula

Galvenā degvielas īpašība ir tās sadegšanas siltums, t.i. siltuma daudzums, kas izdalās pilnīgas sadegšanas laikā. Izšķir īpatnējo sadegšanas siltumu (MJ/kg) un tilpuma siltumu (MJ/m3). Pārvēršot MJ uz kWh, mēs iegūstam:

Degviela Enerģijas jauda (kWh/kg) Malka 2,33-4,32 Degvslāneklis 2,33 – 5,82 Kūdra 2,33 – 4,66 Brūnogles 2,92 -5,82 Ogles LABI. 8,15 Antracīts 9,08 – 9,32 Eļļa 11,63 Benzīns 12,8 kWh/kg, 9,08 kWh/l

Kā redzam, degvielas īpatnējā energointensitāte ievērojami pārsniedz enerģijas uzkrāšanas ierīču energointensitāti. Tā kā dīzeļģeneratori bieži tiek izmantoti kā rezerves enerģijas avots, noslēguma tabulā iekļausim dīzeļdegvielas energointensitāti, kas ir vienāda ar 42624 kJ/kg jeb 11,84 kW-stundas/kg. Un salīdzinājumam pievienosim dabasgāzi un ūdeņradi, jo pēdējie var kalpot arī par pamatu enerģijas uzkrāšanas ierīču izveidei.

Pudelēs pildītās gāzes (propāna-butāna) īpatnējās masas enerģijas saturs ir 36 mJ/kg. jeb 10 kWh/kg, un ūdeņradim - 33,58 kWh/kg.

Rezultātā iegūstam šādu tabulu ar aplūkojamo enerģijas uzkrāšanas ierīču parametriem (salīdzinājumam ar tradicionālajiem enerģijas nesējiem tika pievienotas pēdējās divas rindas šajā tabulā):

Enerģijas uzkrāšanas ierīce Iespējamās īpašības
uzglabāšanas ierīces ieviešana Rezervēts
enerģija, kWh īpatnējā enerģijas jauda,
W h/kg Maksimālais darbības laiks
100 W slodzei minūtes Tilpuma īpatnējā enerģijas intensitāte,
W h/dm3 kalpošanas laiks,
gadus vecs pāļdziņa svars 2 t, augums
pacēlums 5 m 0,0278 0,0139 16,7 2,78/vadītāja tilpums dm vairāk nekā 20 Hidrauliskā gravitācija Ūdens masa 1000 kg, sūknēšanas augstums 10 m 0,0286 0,0286 16,7 0,0286 vairāk nekā 20 F. Akumulators ar tilpumu 20 F.
spriegums 250 V, svars 120 kg 0,00868 0,072 5,2 0,0868 līdz 20 Spararats Tērauda spararats sver 100 kg, diametrs 0,4 m, biezums 0,1 m 12 V, svars 70 kg 1,083 15,47 650 60-75 3 ... 5 Pneimatiskā Tērauda tvertne ar tilpumu 1 m3, kas sver 250 kg ar saspiestu gaisu zem spiediena 50 atmosfēras 0,556 22,2 3330 0,556 vairāk nekā 20 Termiskā ūdens tilpums 1 kub. 80 °C, 58,33 58,33 34998 58,33 līdz 20 Ūdeņraža balons Tilpums 50 l., blīvums 0,09 kg/m³, kompresijas pakāpe 10:1 (svars 0,045 kg) 1,5 33580 967.10 Gāzes tilpums 50 l, blīvums 0,717 kg/m³, kompresijas pakāpe 10:1 (svars 0,36 kg) 3,6 10000 2160 200000 vairāk nekā 20 Kanna ar dīzeļdegvielu Tilpums 50 l. (=40 kg) 473,6 11840 284160 236 800 vairāk nekā 20

Šajā tabulā norādītie skaitļi ir ļoti aptuveni, aprēķinos nav ņemti vērā daudzi faktori, piemēram, koeficients noderīga darbībaģenerators, kas izmanto uzkrāto enerģiju, tilpumus un svarus nepieciešamo aprīkojumu un tā tālāk. Tomēr šie skaitļi, manuprāt, ļauj sniegt sākotnēju novērtējumu par dažāda veida enerģijas uzkrāšanas ierīču potenciālo enerģijas intensitāti.

Un, kā izriet no iepriekšējās tabulas, visvairāk efektīvs izskats Uzglabāšanas ierīci attēlo cilindrs ar ūdeņradi. Ja ūdeņraža ražošanai izmanto “bezmaksas” (lieko) enerģiju no atjaunojamiem avotiem, tad ūdeņraža uzglabāšanas iekārta var izrādīties visperspektīvākā.

Ūdeņradis var izmantot kā degvielu parastajos iekšdedzes dzinējos, kas darbinās elektrisko ģeneratoru, vai ūdeņraža kurināmā elementos, kas tieši ražo elektrību. Atsevišķi jāapsver jautājums, kura metode ir izdevīgāka. Nu, drošības jautājumi ūdeņraža ražošanā un izmantošanā var veikt korekcijas, apsverot viena vai cita veida enerģijas uzglabāšanas ierīces izmantošanas iespējamību. publicēts

P.S. Un atcerieties, ka, mainot patēriņu, mēs mainām pasauli kopā! ©

Pievienojieties mums Facebook, VKontakte, Odnoklassniki

Racionāla enerģijas patēriņa jēdzieni kļūst arvien aktuālāki uz vispārējā fona tehnoloģiju attīstība. Tas ir saistīts ar faktu, ka energoefektivitāte kā tāda no papildu un bieži vien ekskluzīvu īpašību kategorijas ir kļuvusi par vienu no produkta galvenajām patērētāja īpašībām. Pietiek atgādināt vienkāršākos akumulatorus, kas tiek izmantoti digitālajās tehnoloģijās, elektroiekārtās, elektroinstrumentos utt. Ir arī lielāka mēroga enerģijas uzkrāšanas sistēmu pielietojumi, kam energoefektivitāte ir īpaši svarīga. Un šis pieprasījums atrod atbildi no specializētiem ražotājiem, kas ražo enerģijas uzglabāšanas ierīces ar uzlabotu veiktspēju.

Vispārīga informācija par enerģijas uzkrāšanas ierīcēm

Dabā ir daudz pastāvīgu un neizsmeļamu enerģijas avotu, kas tiek izmantots, lai apmierinātu dažādas cilvēces vajadzības. Bet, lai to izmantotu galīgajā variantā, tam ir jāiziet daudzi apstrādes un uzkrāšanas posmi. Šo funkciju veic elektrostacijas un apakšstacijas. Viņu tūlītējo uzdevumu sarakstā ir iekļauta enerģijas ražošana ar lietošanai pieņemamām īpašībām, kā arī tās pārveidošana un sadale. Galvenā energoapgādes infrastruktūra dzīvojamām ēkām, rūpniecības objektiem, inženiertehniskajām iekārtām un citiem kritiskiem patērētājiem tiek realizēta, izmantojot stacionāros elektrotīklus. Tie nodrošina pastāvīgu piegādi, taču mūsdienās pieprasījums pēc autonomām iekārtām, ierīcēm un elektroierīcēm nepārtraukti pieaug. Īpaši šādiem patērētājiem tiek izmantota kapacitatīvā enerģijas uzkrāšanas ierīce, kas ir neatkarīga, bet nosacīta - noteiktos intervālos tai pašai jābūt uzlādētai no tiem pašiem stacionārajiem tīkliem. Vienkāršākais šādas atmiņas ierīces piemērs ir telefona akumulators. Piemēram, litija jonu elementa jauda var būt aptuveni 2000–3000 mAh. Ar to pietiks vairākām stundām vai dienām apkalpojamās ierīces akumulatora darbības laikam atkarībā no tās modeļa. Bet pēc tam, kad šis tilpums ir iztērēts, akumulators ir jāpievieno 220 V kontaktligzdai, lai to atjaunotu.

Mehāniskās piedziņas

Šai disku kategorijai ir visilgākā pastāvēšanas vēsture. Lai ilustrētu šādas ierīces, mēs varam minēt gravitācijas sistēmu piemēru. Mūsdienās tās gandrīz vairs neizmanto, taču iepriekš bija plaši izplatītas durvis ar pretsvariem. Viņi izmanto slodzes enerģiju, kas vienā vai otrā veidā tiek uzkrāta un īstajā laikā atgriezta - tas ir atkarīgs no piedziņas konstrukcijas. Papildus parastajām slodzēm šķidrums darbojas arī kā aktīvs akumulācijas elements. Šādu sistēmu priekšrocības ietver strukturālo elastību. Inženieri varētu izmantot plašus cauruļvadu tīklus, caur kuriem ūdens nodotu enerģiju saistītajiem rezervuāriem. Mūsdienās šādas enerģijas uzkrāšanas ierīces tiek prezentētas sūkņu uzglabāšanas staciju veidā. Tiesa, ir raksturīgas šķidruma uzglabāšanas ierīces maz laika uzglabāšanai, jo ūdens iztvaiko un ir nepieciešama regulāra atjaunošana.

Kinētiskās piedziņas

Šo grupu galvenokārt pārstāv oscilācijas mehānismi, kuros uzkrāšanās process tiek realizēts ar vienas un tās pašas slodzes turp-, rotācijas vai lineārām kustībām. Šādu konstrukciju īpatnība ir tāda, ka, ja nepieciešams, enerģijas atgriešana netiks veikta nepārtraukti, bet porcijās - ciklos. Klasisks kinētiskās atmiņas ierīces piemērs ir mehāniskie pulksteņi. IN šajā gadījumā“Uzlādiņš” rodas, uztinot mehānismu, kam seko pakāpeniska enerģijas atbrīvošana no atsperes svārsta. Vairāk mūsdienu interpretācija kinētiskos mehānismus attēlo žiroskopiskais akumulators. Enerģijas uzkrāšanas ierīce šajā gadījumā ir balstīta uz rotējošu spararatu ar trieciena funkciju. Šādas sistēmas tiek izmantotas hidrauliskajā un pneimatiskajā tehnoloģijā.

Termiskā uzglabāšana

No tehnoloģiskā viedokļa šis ir visvienkāršākais enerģijas uzkrāšanas piemērs, ar kura procesiem cilvēks sastopas visur. Tiešos saules staros uzkarsēts metāla žogs jau kļūst par siltuma akumulatoru, jo saglabā to savā struktūrā. Arī citi materiāli var darboties kā siltuma akumulatori. To darbības efektivitāte šajā jaudā būs atkarīga no īpatnējās un tilpuma siltuma jaudas. Piemēram, ūdens siltumietilpība ir 4,2 kJ, savukārt tērauda siltumietilpība ir maza - tikai 0,46 kJ. Un tomēr kad mēs runājam par par mērķtiecīgu uzkrāšanu, tad biežāk tiek izmantotas metāla vai eļļas siltumenerģijas uzkrāšanas ierīces. Šis lēmums ir pamatots ar vēlmi optimizēt dizainu. Mūsdienu konvektori un radiatori galvenokārt ir izgatavoti no tērauda un alumīnija. Atkal daži modeļi ir piepildīti ar materiāliem, kas ir izdevīgāki siltumenerģijas saglabāšanas ziņā.

Elektroenerģijas uzglabāšana

Lielākā daļa masu izskats enerģija - elektrība. Tāpēc šī kategorija visaktīvāk attīstās, piedāvājot jaunus un progresīvākus risinājumus. Šobrīd visizplatītākais elektriskais akumulators ir radio kondensators. To raksturo augsts enerģijas izdalīšanās un uzkrāšanās ātrums, neierobežojot darba procesus ar vides apstākļiem. Piemēram, lielāko daļu modeļu var izmantot augstas vai ļoti zemas temperatūras apstākļos. Un atkal optimizācijas nolūkos elektriskās enerģijas uzkrāšanas ierīces tiek piepildītas ar īpašiem elektrolītiskajiem elementiem ar augstu īpatnējo jaudu.

Ķīmisko vielu uzglabāšana

Šādu piedziņu darbības laikā notiek ķīmiska reakcija. Enerģijas avots šajā gadījumā būs pati šīs reakcijas apstākļu organizēšana un iesaistīto komponentu aktivitātes nodrošināšana. Turklāt izejā var iegūt enerģiju dažādi veidi. Piemēram, tiešās elektrolīzes laikā no ūdens var izdalīties ūdeņradis. Visbiežāk ar šādām uzkrāšanas metodēm izdalās degviela. To var pārveidot kompleksā, lai nodrošinātu ķīmisku reakciju, vai nodot patērētājam oriģinālā forma. Tāpēc enerģijas uzkrāšanas ierīces var darboties arī kā pārveidotāji, lai gan šāda funkciju paplašināšana tehniski sarežģī sistēmu.

Elektroķīmiskā uzglabāšana

Šis piedziņas veids, kā norāda nosaukums, ir kombinēts vai hibrīds. Jo ķīmiskās reakcijas ir dažādas augsta pakāpe efektivitāte un zemas izmaksas, tie tika loģiski apvienoti ar uzdevumu ražot populārāko enerģijas veidu - elektroenerģiju. Aktīvais elements šādās ierīcēs ir elektrolīts. Jo īpaši tālruņa enerģijas uzglabāšanas ierīce parasti ir izgatavota no litija jonu vai litija polimēru elementiem. Tas pats attiecas uz elektroinstrumentu akumulatoriem. Pēc raksturlielumiem šīs ir diezgan izdevīgas baterijas, kurām raksturīga pienācīga veiktspēja, liela ietilpība un mazs izmērs. Bet elektroķīmiskajām baterijām ir ierobežots uzlādes-izlādes ciklu skaits, kas ir to galvenais trūkums.

Mūsdienīgi risinājumi

Vadošie uzņēmumi, kas nodarbojas ar augsto tehnoloģiju izstrādi, arī popularizē kapacitatīvo akumulatoru virzienu. Piemēram, Tesla inženieri izveidoja Powerwall 2 vienību, kas sver 122 kg, pamatojoties uz tiem pašiem litija jonu akumulatoriem. Šī iekārta ir modulāra un spēj uzglabāt aptuveni 13,5 kWh. LG piedāvā līdzīgas izstrādes. Piemēram, Chem RESU sistēma satur aptuveni 10 kWh, bet citos veiktspējas raksturlielumos tā nav zemāka par Tesla vienību. Šis akumulators ir universāla enerģijas uzkrāšanas ierīce, ko var izmantot gan ikdienā, gan rūpniecībā. Galvenais, lai jauda atbilstu patēriņa sistēmu prasībām.

Secinājums

Enerģijas uzglabāšanas segmentā ir arī dažādos virzienos tehnoloģiju attīstība. Viņus vieno tikai viena lieta – atbilstība gala patērētāju prasībām. Piemēram, elektroenerģijas uzkrāšanas ierīcēm maza izmēra iekārtām un ierīcēm jāatbilst uzticamības un uzticamības prasībām. Plašais digitālo tehnoloģiju tirgus ir vairāk vērsts uz kompaktiem krātuves izmēriem un to ietilpības palielināšanu. Acīmredzot nav viegli apvienot visas uzskaitītās īpašības vienā ierīcē, tāpēc izstrādātāji joprojām cenšas sākotnēji mērķēt savus produktus uz noteiktām pielietojuma jomām.

Enerģijas ražošana pagājušajā gadsimtā ir nodarījusi milzīgu kaitējumu mūsu planētas videi. Fosilo avotu izmantošana, to sadedzināšana un atkritumu izplūde atmosfērā ir viens no iemesliem klimata pārmaiņām uz Zemes.

Mājas enerģijas uzkrāšanas ierīces Tesla Energy Powerwall 2.0 prezentācija izstādē Hawthorne, Kalifornijā, 2015. gada 30. aprīlī

Kad situācija kļuva kritiska, cilvēki sāka domāt par alternatīviem enerģijas avotiem. Daži cilvēki par to domā, un daži cilvēki to dara. PowerWall 2 0 enerģijas uzglabāšana ir viens no darbības piemēriem.

Alternatīvie enerģijas avoti

Cilvēce jau sen ir izgudrojusi saules paneļus un vējdzirnavas. Viņi transformējas saules stari un vējš elektrībā, ko cilvēki izmanto savām ikdienas vajadzībām. Saules baterijas tiek izmantotas daudzās cilvēka dzīves jomās: kosmosā, ikdienas dzīvē, ražošanā.

Elektrotīkla izbūves organizēšanas princips no saules paneļi un mājas krātuve Tesla PowerWall 2.0

Skandināvijas valstīs cilvēki uzstāda akumulatorus uz māju jumtiem, patērē elektrību, bet atlikušo pārdod saviem kaimiņiem. Viņi varēja ne tikai atteikties no tradicionālajiem elektroenerģijas avotiem, bet arī nopelnīt nelielu naudas summu saviem izdevumiem.

Amerikāņu kompānija Tesla gāja tālāk un piedāvāja pasaulei PowerPack – jaunas paaudzes saules bateriju. Tas sastāv no visa jumta, nevis atsevišķiem maziem saules paneļiem. Ir četri šī dizaina veidi, kas ļauj izvēlēties jumtu atbilstoši jūsu mājas arhitektūrai. Šī tehnoloģija ir veids, kā segt visas vidējās ģimenes elektrības izmaksas.

Teslas ideja ir izmantot uzkrāto enerģiju, lai uzlādētu automašīnu vai darbinātu māju ar elektrību, izmantojot automašīnu.

Kur likt papildu enerģiju? Ne vienmēr ir iespējams patērēt visu elektroenerģiju, ko cilvēks saņem no vējdzirnavām un saules paneļiem. Lielisks risinājums būtu enerģijas uzglabāšanas ierīce.

Tesla PowerWall

Elons Musks runā par ideju izveidot jaunu “zaļās enerģijas” laikmetu, pilnībā atsakoties no elektroenerģijas ražošanas no zemes fosilā kurināmā. Solis uz priekšu bija PowerWall mājas enerģijas uzglabāšanas ierīces izlaišana, kas būtu jāizmanto vēja turbīnu vai saules paneļu, jo īpaši PowerPack, klātbūtnē.

Elons Musks prezentē 10 kW Powerwall

Šādas tehnoloģijas izmantošana ir ieguldījums nākotnē un enerģijas izmaksu samazināšana. ASV, kad cilvēki atgriežas no darba, enerģijas patēriņa rādītāji pieaug. Izmantojot PowerWall, varat uzglabāt elektroenerģiju no alternatīvi avoti dienas laikā un pēc tam patērē vakarā.

Uzpildes stacija Tesla automašīnām būs pieejama visā pasaulē

Enerģijas uzglabāšanas ierīce var kļūt par rezerves barošanas avotu gadījumā, ja tiek izslēgts centrālais barošanas avots. Ar pilnu jaudas padevi pietiks, lai mājokli darbinātu vairākas stundas. Pārpalikumu var pārdot kaimiņiem.

Ir pieejamas divas versijas: PowerWall un PowerWall 2.0. Tie atšķiras pēc enerģijas rezervēm. Pirmajai versijai ir divas iespējas: 7 kWh (3000 USD) un 10 kWh (3500 USD). Otrā versija piedāvā 14 kWh jaudu par 5,5 tūkstošiem dolāru.

Uz mājas fasādes uzstādīta saules paneļu sistēma un Tesla PowerWall

Šo jauninājumu var izmantot arī ražošanā. Divas, trīs vai vairākas baterijas var apvienot vienā sistēmā un būtiski palielināt rezerves enerģijas padevi. Kopumā varat pieslēgt līdz 9 Tesla diskdziņiem. Mazās nozares var strādāt tikai tālāk alternatīvā enerģija pateicoties amerikāņu uzņēmuma tehnoloģijai.

Praktiskos ieguvumus papildina skaistais izskats. Tesla akumulators ne tikai nesabojās nevienas telpas interjeru, bet dažos gadījumos varēs to papildināt. Tas ir maza izmēra un neaizņem daudz vietas.

PowerWall nesabojā izskatu, tam ir ūdensizturīgs IP65 korpuss, un to var novietot pie mājas sienas, lai uzlādētu automašīnu

Inovāciju ieviešana var būt liels solis nākotnē, iespējams drīzumā atteikties no tradicionālo enerģijas avotu izmantošanas. Tas derēs vidi tīrāku un normalizēs klimata pārmaiņu problēmas.

Alternatīva Krievijai

Tesla aprīkojums plkst Krievijas tirgus nav īpaši izplatīts, iespējams, iemesls ir aprīkojuma augstās izmaksas. Aprēķināsim, ka ASV cena par vienu iekārtas vienību ir 5500 USD par PowerWall 2.0 pie 14 kWh. Uzstādīšana maksā 1500 USD, un, palielinoties aprīkojuma daudzumam, cena pieaug par 100 USD.

Ar instalēšanu PowerWall 2.0 izmaksas būs 7000 USD par 1 gabalu. Iemaksājot 500 ASV dolāru depozītu, pilsoņi var kļūt par atmiņas ierīces īpašniekiem.

Ar 4 kW saules moduļiem māja nav atkarīga no pilsētas enerģijas.

Ja saules paneļi maksā apmēram 200 $ par 250 W, jums ir nepieciešami 16 paneļi un viens invertors, lai iegūtu 100% no enerģijas neatkarīgu māju, ko darbina saules enerģija un Powerwall. Šis nosacījums ir spēkā mājas patēriņam 10 kW/dienā (400 W/stundā).

Enerģijas izmaksas ASV ir 10 rubļi/dienā, 2 rubļi/nakts, aprīkojuma izmaksas būs aptuveni 14 000 USD. Bankas izsniedz kredītus ar iemaksu 10% apmērā no preču pašizmaksas ar 2-3% gadā, tātad par 140 dolāriem mēnesī patērētājs varēs uzlādēt automašīnu un nodrošināt māju ar enerģiju.

Krievijā viss ir bēdīgāk. Elektrības izmaksas ir 3-6 rubļi/kW. Aprīkojuma izmaksas pēc muitošanas būs par 54% vairāk. Tikai PowerWall 2.0 diskdziņa izmaksas palielināsies līdz 10 000 USD, neskaitot uzstādīšanu un piegādi uz vietni.

Uzņēmumiem, kuriem rezerves barošanas avota nodrošināšana ir prioritāte, ir jātērē ievērojami līdzekļi aprīkojuma iegādei vai jāveido alternatīvi mezgli. Tāpēc jautājums, kad enerģijas uzkrāšanas ierīces sasniegs mūs, ir neatbildēts jautājums. Elona Muska uzņēmuma galvenais fokuss ir ASV enerģijas tirgus.