Enerji depolama aygıtları nelerdir

Doğa insanoğluna güneş enerjisi, rüzgar enerjisi, nehir enerjisi ve diğer enerji kaynakları verdi. Bu serbest enerji üreticilerinin dezavantajı istikrar eksikliğidir. Bu nedenle aşırı enerjinin olduğu dönemlerde depolama tanklarında depolanır ve geçici düşüş dönemlerinde harcanır. Enerji akümülatörleri aşağıdaki parametreleri karakterize eder:

• Depolanan enerjinin miktarı;
• Birikim hızı ve geri tepme oranı;
• Özgül ağırlık;
• Enerji depolama süresi;
• güvenilirlik;
• Üretim ve bakım masrafları ve diğerleri.

Sürücüleri düzenlemenin bir çok yolu var. En kullanışlı olanlardan biri, sürücüde kullanılan enerji türünün sınıflandırılması ve biriktirilmesi ve geri kazanılması şeklidir. Enerji akümülatörleri aşağıdaki ana tiplere ayrılmıştır:

• mekanik;
• termal;
• elektrik;
• Kimyasal.

Potansiyel enerjinin birikimi

Bu cihazların özü komplikasyonsuzdur. Yük kaldırılırken düşürüldüğünde potansiyel birikim birikimi yararlı işler yapar. Tasarım özellikleri kargo türüne bağlıdır. Katı, sıvı veya gevşek madde olabilir. Kural olarak, bu türdeki cihazların tasarımı son derece basittir; dolayısıyla yüksek güvenilirlik ve uzun servis ömrü. Depolanan enerjinin depolama süresi malzemelerin ömrüne bağlıdır ve bin yıllara kadar ulaşabilir. Ne yazık ki, bu tür aygıtların özgül enerji yoğunluğu düşüktür.

Kinetik enerjinin mekanik depolanması

Bu cihazlarda, enerji vücudun hareketinde saklanır. Genellikle bu bir salınımlı veya translasyonel harekettir.

Titreşim sistemlerinde kinetik enerji , vücudun karşılıklı hareketinde yoğunlaşmaktadır. Enerji, vücudun hareketi ile zamanla, kısmen tedarik edilir ve tüketilir. Mekanizma ayarlamada oldukça karmaşık ve kaprisli. Mekanik saatlerde yaygın olarak kullanılır. Depolanan enerji miktarı genellikle küçüktür ve yalnızca cihazın çalışması için uygundur.

Bir cyro enerjisini kullanan sürücüler

Kinetik enerji rezervi dönen volanda yoğunlaşmıştır. Volanin spesifik enerjisi, benzer bir statik yükün enerjisini büyük ölçüde aşar. Kısa sürede, kabul edilebilir bir güç alma veya geri dönüş yapmak mümkündür. Enerji depolama süresi kısadır ve çoğu tasarım için birkaç saat ile sınırlıdır. Modern teknoloji, enerji depolama süresini birkaç aylığına getirmenizi sağlar. Flywheels, sarsıntılara karşı çok hassastır. Cihazın enerjisi doğrudan dönüş hızına bağlıdır. Bu nedenle, enerjinin biriktirilmesi ve bırakılması sırasında volanın dönme hızı değişir. Ve yük için, kural olarak sabit, düşük devir hızı gereklidir.

Daha umut verici cihazlar süper volanlar. Çelik bant, sentetik elyaf veya telden yapılmıştır. Tasarım yoğun olabilir veya boş alana sahip olabilir. Boş alanın varlığında, bandın dönüşleri çevrimin çevresine doğru hareket eder, volanin atalet momenti deiir, enerjinin bir kısmı deforme olmuş yayda saklanır. Bu tür cihazlarda, dönme hızı katı tasarımlardan daha kararlıdır ve enerji yoğunluğu çok daha yüksektir. Buna ek olarak, daha güvenlidirler.

Modern süper volanlar Kevlar elyafından üretilmektedir. Manyetik bir süspansiyon üzerinde bir vakum odasında dönerler. Birkaç ay boyunca enerjiden tasarruf edebiliyoruz.

Elastik kuvvetleri kullanan mekanik depolama aygıtları

Bu tür cihaz büyük bir spesifik enerji depolayabilir. Mekanik saklama alanından, birkaç santimetre boyutlarındaki cihazlar için en yüksek gç kapasitesine sahiptir. Çok yüksek dönme hızlarına sahip büyük volanlar çok daha yüksek bir enerji yoğunluğuna sahiptir ancak dış etkenlere karşı çok savunmasızdırlar ve daha kısa bir enerji depolama süresi sağlarlar.

Yaylı enerjiyle mekanik depolama

Tüm enerji saklama sınıflarından en büyük mekanik gücü sağlamak. Sadece bahar kuvveti sınırıyla sınırlıdır. Sıkıştırılmış bir yaydaki enerji birkaç on yıl boyunca depolanabilir. Bununla birlikte, metaldeki kalıcı deformasyon nedeniyle yorgunluk birikir ve yay kapasitesi azalır. Aynı zamanda, çalışma koşulları altındaki yüksek kaliteli çelik yaylar, maddi bir kapasite kaybı olmaksızın yüzlerce yıldır çalışabilir.

Yay fonksiyonları herhangi bir elastik elemanla yapılabilir. Kauçuk teller, örneğin, birim kütle başına depolanmış enerji açısından çelik ürünlerinden onlarca kat daha üstün. Ancak, kimyasal yaşlanmaya bağlı olarak kauçuğun ömrü yalnızca birkaç yıldır.

Sıkıştırılmış gaz enerjisini kullanarak mekanik depolama

Bu tür cihazlarda, gaz sıkıştırılarak enerji depolanır. Fazla bir enerji varsa, gaz kompresör yardımıyla silindirin içine basınç altına pompalanır. Gerektiğinde sıkıştırılmış gaz, türbini veya elektrik jeneratörünü döndürmek için kullanılır. Bir türbin yerine küçük kapasitelerde, bir pistonlu motor kullanmak uygun olur. Yüzlerce atmosfer basınçlı bir kapta bulunan gaz, birkaç yıl boyunca ve yüksek kaliteli takviye varlığında -ve onlarca yıl- yüksek bir spesifik enerji yoğunluğuna sahiptir.

Termal enerjinin birikimi

Ülkemizin büyük bir bölümü kuzey bölgelerdedir, bu nedenle enerjinin büyük bir kısmı ısınmak için tüketilmektedir. Bu bağlamda, ısıyı depolama aygıtında tutma ve gerektiğinde oradan çıkarma sorununu düzenli olarak çözmek gereklidir.

Çoğu durumda, depolanan termal enerjinin yüksek yoğunluğunu ve korunması için herhangi bir önemli zaman çerçevesi elde etmek mümkün değildir. Bir dizi özellik ve yüksek fiyattan dolayı mevcut etkin cihazlar, geniş uygulama için uygun değildir.

Isı kapasitesine bağlı birikim

Bu en eski yollardan biridir. Madde ısıtıldığında ve soğutulduğunda ısı serbest bırakıldığında termal enerjinin birikimi ilkesine dayanır. Bu tahriklerin tasarımı son derece basittir. Herhangi bir katı maddenin parçası veya sıvı bir soğutucu içeren kapalı bir kap olabilir. Termal enerji depolama, çok uzun bir servis ömrüne, hemen hemen sınırsız sayıda enerji depolama ve çıkışı çevrimine sahiptir. Ancak depolama süresi birkaç günü aşmaz.

Elektrik enerjisinin birikimi

Elektrik enerjisi, modern dünyada en uygun formdur. Bu nedenle elektrikli saklama cihazları yaygınlaşmış ve en gelişmiş hale gelmiştir. Ne yazık ki, ucuz cihazların kapasitesi düşük ve spesifik kapasitesi büyük cihazlar çok pahalı ve kısa ömürlü. Elektrik enerjisinin akümülatörleri kondansatörler, ionistorlar, akümülatörlerdir.

kapasitörler

Bu, en büyük enerji depolama türüdür. Kondenserler -50 ila +150 derece arasındaki sıcaklıklarda çalışabilir. Enerji biriktirme ve boşaltma döngüsü sayısı saniyede onlarca milyondur. Birkaç kondansatörü paralel bağlayarak, gereken değerin kapasitesini kolayca elde edebilirsiniz. Buna ek olarak, değişken kondansatörler var. Bu kondansatörlerin kapasiteleri, mekanik veya elektriksel yollarla veya sıcaklığa maruz bırakılarak değiştirilebilir. Çoğu zaman, değişken kondansatörler salınım devrelerinde bulunabilir.

Kapasitörler iki sınıfa ayrılır - polar ve polar olmayan. Polar (elektrolitik) ömrü polar olmayanlardan daha azdır, dış koşullara daha çok bağımlıdır, ancak aynı zamanda daha büyük spesifik bir kapasiteye sahiptir.

Enerji akümülatörleri olarak kapasitörler çok başarılı cihazlar değildir. Bunlar küçük bir kapasiteye ve depolanmış enerjinin önemsiz yoğunluğuna sahiptir ve saklama süresi saniyeler, dakikalar, nadiren saatler olarak hesaplanır. Kondenserler özellikle elektronik ve elektrik elektrik mühendisliğinde uygulama bulmuşlardır.

Kondansatörün hesabı, bir kural olarak zorluklara neden olmaz. Farklı kapasitör tipleri hakkında gerekli tüm bilgiler teknik referans kitaplarda sunulmaktadır.

ionistory

Bu cihazlar kutup kapasitörleri ve piller arasında ara yer işgal eder. Bazen "süper kondansatörler" denir. Buna göre, çok sayıda şarj-deşarj kademesi var, kapasitans kondansatörlerden daha büyük ancak küçük pillerinkinden biraz daha küçük. Enerji depolama süresi birkaç haftaya kadar. Ionistörler sıcaklığa karşı çok hassastır.

Güç Pilleri

Yeterli miktarda enerji depolamanız gerekirse, elektrokimyasal piller kullanılır. Kurşun-asit cihazları bu amaç için en uygundur. Yaklaşık 150 yıl önce icat edildi. Ve o zamandan beri bataryanın cihazına yeni bir şey getirilmemiştir. Birçok özel model ortaya çıktı, bileşenlerin kalitesi önemli derecede arttı, pilin güvenilirliği arttı. Farklı üreticiler tarafından farklı amaçlarla üretilen cihaz pilinin, yalnızca küçük ayrıntılarda farklılık gösterdiği dikkate değerdir.

Elektrokimyasal piller çekiş ve çalıştırma pillerine ayrılmıştır. Çekiş traktörleri, elektrik nakliyesi, kesintisiz güç kaynakları, elektrikli el aletleri gibi araçlarda kullanılır. Bu tür piller, uzun, üniform bir deşarj ve geniş bir derinliğe sahiptir. Başlangıç pilleri kısa sürede büyük bir akıma neden olabilir, ancak bunlar için derin deşarj kabul edilemez.

Elektrokimyasal pillerin şarj-deşarj döngüsü sayısı sınırlıdır (ortalama 250-2000). Birkaç yıl sonra operasyon yoksa bile başarısız olurlar. Elektrokimyasal piller sıcaklığa duyarlıdır, uzun bir şarj süresi ve çalışma kurallarına sıkı sıkıya bağlı olmalıdırlar.

Cihaz düzenli aralıklarla şarj edilmelidir. Araca monte edilen akünün şarjı, jeneratörden harekete geçirilir. Kışın bu yeterli değil, soğuk bir pil kötü bir şarj alır ve motoru başlatmak için elektrik tüketimi artar. Bu nedenle, pili ayrıca özel bir şarj cihazı ile sıcak bir odada şarj etmek gereklidir. Kurşun-asit cihazlarının önemli dezavantajlarından biri, ağırlığıdır.

Alçak güç aygıtlar için akümülatörler

Hafif ağırlığa sahip mobil cihazlar gerekiyorsa, aşağıdaki pil türleri seçilir: nikel-kadmiyum, lityum-iyon, metal-hibrid, polimer-iyonik. Belirli kapasiteleri daha yüksektir, ancak fiyat çok daha yüksektir. Cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda, kameralarda, video kameralarda ve diğer küçük cihazlarda kullanılırlar. Değişik pil türleri, parametrelerinde farklılık gösterir: şarj döngüleri sayısı, depolama süresi, kapasite, boyut vb.

Yüksek güçteki lityum iyon piller elektrikli araçlar ve hibrid araçlarda kullanılır. Düşük ağırlık, yüksek spesifik kapasite ve yüksek güvenilirliğe sahiptirler. Aynı zamanda, lityum-iyon piller çok yangın tehlikelidir. Ateşleme, kısa devreden, kasanın mekanik deformasyonundan veya tahrip edilmesinden, akünün şarj edilmesinin veya boşaltılmasının ihlalinden meydana gelebilir. Lityumun yüksek aktivitesi nedeniyle ateşi zorlaştırdıklarını söyle.

Piller birçok cihazın temelini oluşturur. Örneğin, telefonun enerji depolaması sağlam, su geçirmez bir muhafaza içine yerleştirilmiş kompakt harici bir batarya . Bir cep telefonunu şarj etmenize veya güç vermenize izin verir. Güçlü mobil enerji depolama aygıtları, dizüstü bilgisayarlar da dahil olmak üzere herhangi bir dijital aygıtı şarj edebilir. Bu tür cihazlarda, kural olarak, büyük kapasiteli lityum iyon piller takılmıştır. Ev için enerji depolaması Ayrıca değil Pil olmadan yapın. Ancak bu çok daha karmaşık bir cihazdır. Bataryaya ek olarak, bir şarj cihazı, bir kontrol sistemi, bir invertör bulunmaktadır. Cihazlar sabit bir ağdan veya başka kaynaklardan çalışabilir. Ortalama çıkış gücü 5 kW'dır.

Kimyasal enerjinin depolanması

"Yakıt" ve "çaresiz" türdeki tahrikler vardır. Özel teknolojilere ve sıklıkla hantal yüksek teknoloji ekipmanlarına ihtiyaç duyarlar. Kullanılan işlemler, farklı türlerde enerji elde etmeyi mümkün kılmaktadır. Termokimyasal reaksiyonlar hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda gerçekleşebilir. Yüksek sıcaklık reaksiyonları için bileşenler yalnızca enerji elde edilmesi gerektiğinde verilir. Bundan önce ayrı yerlerde, farklı yerlerde saklanırlar. Düşük sıcaklık reaksiyonları için bileşenleri genellikle aynı depoda bulunurlar.

Yakıt üretimiyle enerji birikimi

Bu yöntem, tamamen bağımsız iki aşamadan oluşur: enerji birikimi ("şarj") ve kullanımı ("boşaltma"). Geleneksel yakıt, kural olarak, büyük bir spesifik enerji kapasitesine sahiptir, uzun süreli depolama olasılığı, kullanım kolaylığı. Ancak hayat hala durmuyor. Yeni teknolojilerin devreye sokulması yakıt için artan gereksinimler getiriyor. Görev mevcut yakıtların geliştirilmesi ve yeni, yüksek enerjili yakıtlar yaratılmasıyla çözülür.

Teknolojik süreçlerin yetersiz işlenebilirliği, işte büyük yangın ve patlama tehlikesi, yüksek nitelikli personel ihtiyacı, yüksek teknoloji maliyeti nedeniyle yeni numunelerin geniş tanıtımı engellenmektedir.

Yakıt dışı kimyasal enerji depolaması

Bu depolama biçiminde, bazı kimyasalları başkalarına dönüştürerek enerji depolanır. Örneğin, sönük kireç , ısıtıldığında hızlandırılmış bir hale dönüşüyor. "Deşarj" ile depolanan enerji ısı ve gaz formunda serbest bırakılır. Kireç suyla söndürüldüğünde durum böyledir. Reaksiyonun başlaması için, bileşenleri bağlamak genellikle yeterlidir. Özünde, bu bir çeşit termokimyasal reaksiyon, sadece yüzlerce ve binlerce derece bir sıcaklıkta ilerliyor. Bu nedenle, kullanılan ekipman çok daha karmaşık ve pahalıdır.