Naturen gav mennesket en række forskellige energikilder: solen, vinden, floder og andre. Ulempen ved disse gratis energigeneratorer er manglen på stabilitet. Derfor opbevares den i perioder med overskydende energi i lagerenheder og bruges i perioder med midlertidig recession. Energilagringsenheder er kendetegnet ved følgende parametre:
- mængde lagret energi;
- hastigheden af dens akkumulering og returnering;
- specifik vægtfylde;
- energilagringstid;
- pålidelighed;
- produktions- og vedligeholdelsesomkostninger og andre.
Der er mange måder at organisere drev på. En af de mest bekvemme er klassificeringen i henhold til den type energi, der bruges i lagerenheden, og i henhold til metoden til dens akkumulering og returnering. Energilagringsenheder er opdelt i følgende hovedtyper:
- mekanisk;
- termisk;
- elektrisk;
- kemikalie.
Ophobning af potentiel energi
essensen af disse enheder er ligetil. Når en byrde løftes, akkumuleres potentiel energi; når den sænkes, udfører den nyttigt arbejde. Designegenskaber afhænger af godstypen. Det kan være fast, flydende ellerløst stof. Som regel er design af enheder af denne type ekstremt enkle, derfor den høje pålidelighed og lange levetid. Opbevaringstiden for den lagrede energi afhænger af materialernes holdbarhed og kan nå årtusinder. Desværre har sådanne enheder lav energitæthed.
Mekanisk lagring af kinetisk energi
I disse enheder lagres energi i en krops bevægelse. Norm alt er dette en oscillerende eller translationel bevægelse.
Kinetisk energi i oscillerende systemer er koncentreret i kroppens frem- og tilbagegående bevægelse. Energi tilføres og forbruges i portioner, i takt med kroppens bevægelse. Mekanismen er ret kompleks og lunefuld i indstillingen. Udbredt i mekaniske ure. Mængden af lagret energi er norm alt lille og er kun egnet til driften af selve enheden.
Gyroskopdrevne lagerenheder
Laget af kinetisk energi er koncentreret i et roterende svinghjul. Den specifikke energi af et svinghjul overstiger væsentligt energien af en lignende statisk belastning. Det er muligt at modtage eller udsende betydelig strøm på kort tid. Energilagringstiden er kort, og for de fleste designs er den begrænset til et par timer. Moderne teknologier gør det muligt at bringe energilagringstiden til flere måneder. Svinghjul er meget følsomme over for stød. Enhedens energi er direkte afhængig af dens rotationshastighed. Derfor sker der i processen med akkumulering og tilbagevenden af energi en ændring i svinghjulets rotationshastighed. Og for en belastning somsom regel kræves en konstant lav omdrejningshastighed.
Flere lovende enheder er supersvinghjul. De er lavet af ståltape, syntetiske fibre eller tråd. Designet kan være tæt eller have tomt rum. Hvis der er ledig plads, bevæger båndets spoler sig til periferien af rotation, svinghjulets inertimoment ændres, en del af energien lagres i den deformerede fjeder. I sådanne enheder er rotationshastigheden mere stabil end i faste strukturer, og deres energiforbrug er meget højere. De er også mere sikre.
Moderne supersvinghjul er lavet af Kevlar-fiber. De roterer i et vakuumkammer på en magnetisk suspension. Kan lagre energi i flere måneder.
Mekanisk opbevaring ved hjælp af elastiske kræfter
Denne type enhed er i stand til at lagre en enorm specifik energi. Af de mekaniske drev har den den højeste energiintensitet for enheder med dimensioner på flere centimeter. Store svinghjul med meget høje omdrejningshastigheder har et meget højere energiindhold, men de er meget sårbare over for ydre påvirkninger og har en kortere energilagringstid.
Mekanisk forårsenergilagring
Kan levere den højeste mekaniske effekt af enhver energilagringsklasse. Det er kun begrænset af fjederens trækstyrke. Energien i en komprimeret fjeder kan lagres i flere årtier. Men på grund af konstant deformation akkumuleres træthed i metallet og fjederkapacitetenfalder. Samtidig kan højkvalitets stålfjedre, under korrekte driftsforhold, arbejde i hundreder af år uden nævneværdigt tab af kapacitet.
Forårsfunktioner kan udføres af alle elastiske elementer. Gummibånd er for eksempel snesevis af gange bedre end stålprodukter med hensyn til lagret energi pr. masseenhed. Men levetiden for gummi på grund af kemisk ældning er kun et par år.
Mekaniske lagerenheder, der bruger energien fra komprimerede gasser
I denne type enhed lagres energi ved at komprimere gassen. I nærvær af et overskud af energi pumpes gassen under tryk ind i cylinderen ved hjælp af en kompressor. Efter behov bruges komprimeret gas til at dreje en turbine eller elektrisk generator. Ved lav kapacitet er det tilrådeligt at bruge en stempelmotor i stedet for en turbine. Gas i en beholder under tryk på hundredvis af atmosfærer har en høj specifik energitæthed i flere år og med fittings af høj kvalitet - i årtier.
Opbevaring af varmeenergi
Det meste af vores lands territorium ligger i de nordlige regioner, så en betydelig del af energien er tvunget til at blive brugt til opvarmning. I denne forbindelse er det nødvendigt regelmæssigt at løse problemet med at holde varmen i drevet og om nødvendigt udtrække den derfra.
I de fleste tilfælde er det ikke muligt at opnå en høj tæthed af lagret termisk energi og nogen væsentlige perioder med dens bevaring. Eksisterende effektive enheder ipå grund af nogle af dets funktioner og høje priser er de ikke egnede til bred anvendelse.
Opbevaring på grund af varmekapacitet
Dette er en af de ældste måder. Det er baseret på princippet om akkumulering af termisk energi, når et stof opvarmes, og varmeoverførsel, når det afkøles. Designet af sådanne drev er ekstremt enkelt. Det kan være et stykke af ethvert fast stof eller en lukket beholder med et flydende kølemiddel. Termiske energiakkumulatorer har en meget lang levetid, et næsten ubegrænset antal cyklusser med akkumulering og frigivelse af energi. Men opbevaringstiden overstiger ikke flere dage.
Elektrisk energilagring
Elektrisk energi er den mest bekvemme form for det i den moderne verden. Derfor er elektriske lagerenheder meget udbredte og mest udviklede. Desværre er den specifikke kapacitet af billige enheder lille, og enheder med en høj specifik kapacitet er for dyre og kortlivede. Enheder til lagring af elektrisk energi er kondensatorer, ionistorer, batterier.
Kondensatorer
Dette er den mest massive type energilagring. Kondensatorer er i stand til at fungere ved temperaturer fra -50 til +150 grader. Antallet af energiakkumulering-retur-cyklusser er titusinder af milliarder i sekundet. Ved at forbinde flere kondensatorer parallelt kan du nemt opnå den nødvendige kapacitans. Derudover er der variable kondensatorer. Ændring af kapacitansen af sådanne kondensatorer kan udføres mekanisk eller elektrisk eller ved temperatur. Oftest kan variable kondensatorer findes ioscillerende kredsløb.
Kondensatorer er opdelt i to klasser - polære og ikke-polære. Levetiden for polære (elektrolytiske) er kortere end ikke-polære, de er mere afhængige af eksterne forhold, men samtidig har de en større specifik kapacitet.
Da energilagringskondensatorer ikke er særlig vellykkede enheder. De har en lav kapacitet og en ubetydelig specifik tæthed af lagret energi, og dens lagringstid beregnes i sekunder, minutter, sjældent timer. Kondensatorer har hovedsageligt fundet anvendelse inden for elektronik og el-teknik.
Beregningen af kondensatoren volder som regel ikke vanskeligheder. Alle de nødvendige oplysninger om forskellige typer kondensatorer er præsenteret i tekniske manualer.
Ionistors
Disse enheder indtager en mellemposition mellem polære kondensatorer og batterier. De omtales nogle gange som "superkondensatorer". Følgelig har de et stort antal opladnings-afladningstrin, kapaciteten er større end kondensatorernes, men lidt mindre end for små batterier. Energilagringstiden er op til flere uger. Ionistorer er meget følsomme over for temperatur.
Strømbatterier
Elektrokemiske batterier bruges, hvis du skal opbevare meget energi. Blysyreudstyr er bedst egnet til dette formål. De blev opfundet for omkring 150 år siden. Og siden da er der intet fundament alt nyt blevet introduceret i batterienheden. Mange specialiserede modeller er dukket op, kvaliteten af komponenter er steget betydeligt,batteri pålidelighed. Det er bemærkelsesværdigt, at enheden af et batteri, der er skabt af forskellige producenter, kun adskiller sig i mindre detaljer til forskellige formål.
Elektrokemiske batterier er opdelt i trækkraft og start. Trækkraft bruges i elektrisk transport, uafbrydelige strømforsyninger, elværktøj. Sådanne batterier er kendetegnet ved en lang ensartet afladning og dens store dybde. Startbatterier kan levere høj strøm på kort tid, men dyb afladning er ikke acceptabel for dem.
Elektrokemiske batterier har et begrænset antal opladnings-afladningscyklusser, i gennemsnit fra 250 til 2000. Selvom de ikke bruges, svigter de efter et par år. Elektrokemiske batterier er temperaturfølsomme, kræver lange opladningstider og kræver streng vedligeholdelse.
Enheden skal genoplades med jævne mellemrum. Batteriet installeret på køretøjet oplades i bevægelse fra generatoren. Om vinteren er dette ikke nok, et koldt batteri accepterer ikke en opladning godt, og forbruget af elektricitet til at starte motoren stiger. Derfor er det nødvendigt at oplade batteriet yderligere i et varmt rum med en speciel oplader. En af de væsentlige ulemper ved blysyre-enheder er deres tunge vægt.
Batterier til lavenergienheder
Hvis der kræves mobile enheder med lav vægt, så vælg følgende typer batterier: nikkel-cadmium,lithium-ion, metal-hybrid, polymer-ion. De har en højere specifik kapacitet, men prisen er meget højere. De bruges i mobiltelefoner, bærbare computere, kameraer, videokameraer og andre små enheder. Forskellige typer batterier adskiller sig i deres parametre: antallet af opladningscyklusser, holdbarhed, kapacitet, størrelse osv.
Højeffekt lithium-ion-batterier bruges i elektriske køretøjer og hybridbiler. De er lette, høj specifik kapacitet og høj pålidelighed. Samtidig er lithium-ion-batterier meget brandfarlige. Antændelse kan opstå fra en kortslutning, mekanisk deformation eller ødelæggelse af kabinettet, overtrædelser af batteriets opladnings- eller afladningstilstand. Det er ret vanskeligt at slukke en brand på grund af lithiums høje aktivitet.
Batterier er rygraden i mange apparater. For eksempel er en energilagringsenhed til en telefon et kompakt eksternt batteri placeret i et holdbart, vandtæt etui. Det giver dig mulighed for at oplade eller strømforsyne din mobiltelefon. Kraftige mobile energilagringsenheder er i stand til at oplade alle digitale enheder, selv bærbare computere. I sådanne enheder er der som regel installeret højkapacitets lithium-ion-batterier. Energilagring til hjemmet er heller ikke komplet uden batterier. Men disse er meget mere komplekse enheder. Ud over batteriet inkluderer de en oplader, et kontrolsystem og en inverter. Enhederne kan fungere både fra et fast netværk og fra andre kilder. Udgangseffekten er 5 kW i gennemsnit.
Kørslerkemisk energi
Skelne mellem "brændstof" og "ikke-brændstof" typer drev. De kræver specielle teknologier og ofte omfangsrigt højteknologisk udstyr. De anvendte processer gør det muligt at opnå energi i forskellige former. Termokemiske reaktioner kan finde sted ved både lave og høje temperaturer. Komponenter til højtemperaturreaktioner introduceres kun, når det er nødvendigt at opnå energi. Inden da opbevares de separat, forskellige steder. Komponenter til lavtemperaturreaktioner er norm alt i den samme beholder.
Energilagring ved at køre brændstof
Denne metode omfatter to fuldstændigt uafhængige stadier: akkumulering af energi ("opladning") og dens anvendelse ("afladning"). Traditionelt brændstof har som regel en stor specifik energikapacitet, mulighed for langtidslagring og brugervenlighed. Men livet står ikke stille. Introduktionen af nye teknologier stiller øgede krav til brændstof. Opgaven løses ved at forbedre eksisterende og skabe nye højenergibrændstoffer.
Den brede introduktion af nye prøver hindres af utilstrækkelig udvikling af teknologiske processer, høj brand- og eksplosionsfare i arbejdet, behovet for højt kvalificeret personale og de høje teknologiomkostninger.
Brændstoffri kemisk energilagring
I denne type lagring lagres energi ved at omdanne nogle kemikalier til andre. For eksempel går læsket kalk, når den opvarmes, i en tilstand med brændt kalk. Ved afladning, den lagrede energifrigives som varme og gas. Det er præcis, hvad der sker, når kalk læskes med vand. For at reaktionen kan starte, er det norm alt nok at kombinere komponenterne. I det væsentlige er dette en slags termokemisk reaktion, kun den fortsætter ved en temperatur på hundreder og tusinder af grader. Derfor er det brugte udstyr meget mere komplekst og dyrt.
