Die Natur hat dem Menschen eine Vielzahl von Quellen gegebenEnergien: Sonne, Wind, Flüsse und andere. Der Nachteil dieser freien Energieerzeuger ist die mangelnde Stabilität. Daher wird es in Zeiten überschüssiger Energie in Speichervorrichtungen gespeichert und in Zeiten vorübergehender Abnahme verbraucht. Energiespeicher charakterisieren folgende Parameter:
Es gibt viele Methoden zum Organisieren von Laufwerken.Eine der bequemsten ist die Klassifizierung nach der Art der im Antrieb verwendeten Energie und nach der Methode ihrer Akkumulation und Rückgabe. Energiespeicher werden in folgende Haupttypen unterteilt:
Das Wesen dieser Geräte ist einfach.Beim Heben der Last fällt potentielle Energie an, beim Absenken macht sie nützliche Arbeit. Konstruktionsmerkmale hängen von der Art der Ladung ab. Es kann eine feste, flüssige oder lose Substanz sein. Derartige Geräte sind in der Regel äußerst einfach aufgebaut, daher die hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer. Die Speicherzeit der gespeicherten Energie hängt von der Haltbarkeit der Materialien ab und kann Jahrtausende erreichen. Leider haben solche Geräte einen geringen spezifischen Energieverbrauch.
In diesen Geräten wird Energie in der Bewegung eines Körpers gespeichert. Normalerweise ist dies eine oszillierende oder translatorische Bewegung.
Кинетическая энергия в колебательных системах konzentriert in der Hin- und Herbewegung des Körpers. Die Energie wird zeitgleich mit der Bewegung des Körpers portionsweise zugeführt und verbraucht. Der Mechanismus ist ziemlich kompliziert und launisch in der Einstellung. Weit verbreitet in mechanischen Uhren. Die Menge an gespeicherter Energie ist normalerweise gering und nur für den Betrieb des Geräts selbst geeignet.
Die kinetische Energiereserve ist in konzentriertdrehendes Schwungrad. Die spezifische Energie des Schwungrades übersteigt die Energie einer ähnlichen statischen Last erheblich. Es ist möglich, in kurzer Zeit signifikante Leistung zu erhalten oder zu liefern. Die Energiespeicherzeit ist kurz und für die meisten Designs auf einige Stunden begrenzt. Moderne Technologien ermöglichen es, die Energiespeicherzeit auf mehrere Monate zu bringen. Schwungräder sind sehr stoßempfindlich. Die Energie des Gerätes ist direkt abhängig von der Drehzahl. Daher tritt bei dem Vorgang des Ansammelns und Freisetzens von Energie eine Änderung der Drehzahl des Schwungrads auf. Und für die Last ist in der Regel eine konstante, niedrige Drehzahl erforderlich.
Vielversprechendere Geräte sindsuper schwungräder. Sie bestehen aus Stahlband, Kunstfaser oder Draht. Das Design kann dicht sein oder einen leeren Raum haben. Wenn freier Raum vorhanden ist, bewegen sich die Windungen des Bandes zum Rotationsumfang, das Trägheitsmoment des Schwungrades ändert sich, ein Teil der Energie wird in der Feder unter Verformung gespeichert. In solchen Vorrichtungen ist die Drehzahl stabiler als in festen Strukturen und ihr Energieverbrauch ist viel höher. Außerdem sind sie sicherer.
Moderne Superschwungräder werden aus Kevlar gefertigt. Sie drehen sich in einer Vakuumkammer mit einer magnetischen Suspension. Kann mehrere Monate Energie sparen.
Diese Art von Gerät ist in der Lage, eine riesige zu speichernspezifische Energie. Von den mechanischen Antrieben hat es den höchsten Energieverbrauch für Geräte mit Abmessungen von mehreren Zentimetern. Große Schwungräder mit einer sehr hohen Drehzahl haben eine viel größere Energieintensität, sind jedoch sehr anfällig für äußere Einflüsse und haben eine kürzere Energiespeicherzeit.
Ist in der Lage, die größte mechanische Leistung zu erbringenStrom aus allen Energiespeicherklassen. Es ist nur durch die Zugfestigkeit der Feder begrenzt. Die Energie einer zusammengedrückten Feder kann mehrere Jahrzehnte gespeichert werden. Aufgrund der ständigen Verformung sammelt sich jedoch Ermüdung im Metall an und die Kapazität der Feder nimmt ab. Gleichzeitig können hochwertige Stahlfedern unter Betriebsbedingungen jahrhundertelang ohne nennenswerten Leistungsverlust arbeiten.
Federfunktionen können von jedem Gummiband übernommen werdenElemente. Beispielsweise sind Gummikabel Stahlprodukten bei der Energiespeicherung pro Masseneinheit zehnmal überlegen. Die Lebensdauer von Gummi aufgrund chemischer Alterung beträgt jedoch nur wenige Jahre.
Bei diesem Gerätetyp handelt es sich um einen Energiespeichertritt aufgrund von Gaskompression auf. Bei überschüssiger Energie wird das Gas mit einem Kompressor unter Druck in einen Zylinder gepumpt. Bei Bedarf wird komprimiertes Gas verwendet, um eine Turbine oder einen elektrischen Generator zu drehen. Bei geringer Leistung empfiehlt es sich, anstelle einer Turbine einen Kolbenmotor zu verwenden. Gas in einem Tank, der unter einem Druck von Hunderten von Atmosphären steht, weist seit mehreren Jahren eine hohe spezifische Energiedichte auf, und dies bei Vorhandensein hochwertiger Armaturen - seit Jahrzehnten.
Der größte Teil des Territoriums unseres Landes befindet sichin den nördlichen regionen wird also ein erheblicher teil der energie zwangsweise zum heizen aufgewendet. In dieser Hinsicht ist es notwendig, das Problem der Aufrechterhaltung der Wärme im Laufwerk und ihrer Entnahme bei Bedarf regelmäßig zu lösen.
In den meisten Fällen ist es nicht möglich, einen hohen Wert zu erreichenDichte der gespeicherten Wärmeenergie und wesentliche Perioden ihrer Erhaltung. Bestehende effektive Geräte sind aufgrund einer Reihe von Merkmalen und hohen Preisen nicht für eine breite Anwendung geeignet.
Dies ist einer der ältesten Wege.Es basiert auf dem Prinzip der Akkumulation von Wärmeenergie beim Erhitzen eines Stoffes und der Wärmeübertragung beim Abkühlen. Der Aufbau solcher Antriebe ist denkbar einfach. Es kann ein Stück eines festen Stoffes oder ein geschlossener Behälter mit einem flüssigen Kühlmittel sein. Wärmespeicher haben eine sehr lange Lebensdauer, eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Energiespeicher- und Freigabezyklen. Die Lagerzeit überschreitet jedoch nicht mehrere Tage.
Elektrische Energie ist am bequemstenForm in der modernen Welt. Deshalb sind elektrische Antriebe weit verbreitet und am weitesten entwickelt. Leider ist die spezifische Kapazität billiger Geräte gering, und Geräte mit einer großen spezifischen Kapazität sind zu teuer und zu kurzlebig. Elektrische Energiespeicher sind Kondensatoren, Ionistoren und Batterien.
Dies ist die beliebteste Form der Energiespeicherung.Kondensatoren können bei Temperaturen von -50 bis +150 Grad betrieben werden. Die Anzahl der Energiespeicher-Freisetzungszyklen beträgt zehn Milliarden pro Sekunde. Durch Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren können Sie problemlos die Kapazität der gewünschten Größe erhalten. Darüber hinaus gibt es variable Kondensatoren. Eine Änderung der Kapazität derartiger Kondensatoren kann erfolgenmechanisch oder elektrisch oder durch Temperatur hergestellt. Am häufigsten sind variable Kondensatoren in Schwingkreisen zu finden.
Kondensatoren werden in zwei Klassen unterteilt - Polar undunpolar. Die Lebensdauer von polar (elektrolytisch) ist weniger als unpolar, sie sind stärker von äußeren Bedingungen abhängig, haben aber gleichzeitig eine größere spezifische Kapazität.
B. Energiespeicherkondensatoren sind nicht sehrerfolgreiche Geräte. Sie haben eine geringe Kapazität und ein geringes spezifisches Gewicht der gespeicherten Energie, und ihre Speicherzeit wird in Sekunden, Minuten, selten Stunden berechnet. Kondensatoren werden hauptsächlich in der Elektronik und der Leistungselektrotechnik eingesetzt.
Die Berechnung des Kondensators ist in der Regel nicht schwierig. Alle erforderlichen Informationen zu verschiedenen Kondensatortypen sind in technischen Handbüchern enthalten.
Diese Geräte sind zwischenPolare Kondensatoren und Batterien. Sie werden manchmal als "Superkondensatoren" bezeichnet. Dementsprechend haben sie eine große Anzahl von Lade-Entladestufen, die Kapazität ist größer als die von Kondensatoren, jedoch etwas geringer als die von kleinen Batterien. Energiespeicherzeit - bis zu mehreren Wochen. Ionistoren sind sehr temperaturempfindlich.
Elektrochemische Batterien werden verwendet, wennSie müssen viel Energie speichern. Blei-Säure-Geräte eignen sich am besten für diesen Zweck. Sie wurden vor etwa 150 Jahren erfunden. Und seitdem wurde nichts grundlegend Neues in das Batteriegerät eingeführt. Viele Spezialmodelle sind aufgetaucht, die Qualität von Bauteilen hat sich deutlich erhöht und die Zuverlässigkeit der Batterie hat sich erhöht. Es ist bemerkenswert, dass sich das Gerät der Batterie, das von verschiedenen Herstellern für verschiedene Zwecke hergestellt wurde, nur in geringfügigen Details unterscheidet.
Elektrochemische Batterien sind unterteilt inTraktion und Start. Traktion wird in Elektrofahrzeugen, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Elektrowerkzeugen eingesetzt. Solche Batterien zeichnen sich durch eine lange gleichmäßige Entladung und ihre große Tiefe aus. Das Starten von Batterien kann in kurzer Zeit hohe Ströme erzeugen, eine Tiefentladung ist für sie jedoch nicht akzeptabel.
Elektrochemische Batterien haben eine begrenztedie Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen im Durchschnitt von 250 bis 2000. Selbst ohne Betrieb fallen sie nach einigen Jahren aus. Elektrochemische Batterien sind temperaturempfindlich, erfordern eine lange Ladezeit und die strikte Einhaltung der Betriebsvorschriften.
Das Gerät muss regelmäßig aufgeladen werden.Die im Fahrzeug eingebaute Batterie wird vom Generator in Bewegung geladen. Im Winter reicht dies nicht aus, eine kalte Batterie lädt sich nicht gut auf und der Energieverbrauch zum Starten des Motors steigt. Daher ist es notwendig, den Akku in einem warmen Raum zusätzlich mit einem speziellen Ladegerät aufzuladen. Ein wesentlicher Nachteil von Blei-Säure-Geräten ist das hohe Gewicht.
Wenn Sie kleine mobile Geräte benötigenWiegen Sie dann die folgenden Batterietypen: Nickel-Cadmium, Lithium-Ionen, Metall-Hybrid, Polymer-Ionen. Sie haben eine höhere spezifische Kapazität, aber der Preis ist viel höher. Sie werden in Mobiltelefonen, Laptops, Kameras, Camcordern und anderen kleinen Geräten verwendet. Verschiedene Batterietypen unterscheiden sich in ihren Parametern: Anzahl der Ladezyklen, Haltbarkeit, Kapazität, Größe usw.
Hochleistungs-Li-Ionen-Akkusin Elektrofahrzeugen und Hybridautos verwendet. Sie sind leicht, haben eine große spezifische Kapazität und eine hohe Zuverlässigkeit. Gleichzeitig sind Lithium-Ionen-Batterien sehr leicht entflammbar. Die Zündung kann durch Kurzschluss, mechanische Verformung oder Zerstörung des Gehäuses, Verletzung der Ladung oder Entladung des Akkus erfolgen. Aufgrund der hohen Aktivität von Lithium ist es ziemlich schwierig, ein Feuer zu löschen.
Batterien sind die Basis vieler Geräte.Beispielsweise ist die Energiespeichervorrichtung für ein Telefon eine kompakte externe Batterie, die in einem robusten, wasserdichten Gehäuse verpackt ist. Damit können Sie Ihr Handy aufladen oder mit Strom versorgen. Leistungsstarke mobile Energiespeicher können alle digitalen Geräte, auch Laptops, aufladen. In solchen Geräten sind in der Regel Lithium-Ionen-Hochleistungsbatterien eingebaut. Energiespeicher für zu Hause auch nicht auf Batterien verzichten.Dies sind jedoch viel komplexere Geräte. Neben dem Akku gehören dazu ein Ladegerät, ein Steuerungssystem und ein Wechselrichter. Geräte können sowohl von einem stationären Netzwerk als auch von anderen Quellen aus arbeiten. Die Ausgangsleistung beträgt durchschnittlich 5 kW.
Unterscheiden Sie zwischen "Kraftstoff" - und "Nicht-Kraftstoff" -TypenLaufwerke. Sie erfordern spezielle Technologien und oft sperrige Hightech-Geräte. Die verwendeten Verfahren ermöglichen es, Energie in verschiedenen Formen zu gewinnen. Thermochemische Reaktionen können sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen auftreten. Komponenten für Hochtemperaturreaktionen werden nur dann eingeführt, wenn Energie gewonnen werden muss. Zuvor werden sie separat an verschiedenen Orten aufbewahrt. Komponenten für Niedertemperaturreaktionen befinden sich normalerweise im selben Behälter.
Diese Methode umfasst zwei völlig unabhängigeStufen: Energiespeicherung („Laden“) und deren Verwendung („Entladen“). Herkömmlicher Kraftstoff hat in der Regel eine große spezifische Energiekapazität, die Möglichkeit einer Langzeitlagerung und eine einfache Bedienung. Aber das Leben steht nicht still. Die Einführung neuer Technologien stellt hohe Anforderungen an den Kraftstoff. Das Problem wird gelöst, indem bestehende und neue energiereiche Kraftstoffe verbessert werden.
Die weit verbreitete Einführung neuer Designs wird behindertunzureichende Entwicklung technologischer Prozesse, große Brand- und Explosionsgefahr im Betrieb, Bedarf an hochqualifiziertem Personal, hohe Technologiekosten.
Bei dieser Art der Speicherung wird Energie gespeichertdurch Umwandlung einiger Chemikalien in andere. Beispielsweise geht Kalkhydrat beim Erhitzen in Branntkalk über. Während der "Entladung" wird die gespeicherte Energie in Form von Wärme und Gas freigesetzt. Genau das passiert, wenn Kalk mit Wasser gelöscht wird. Damit die Reaktion beginnt, ist es normalerweise ausreichend, die Komponenten zu kombinieren. Tatsächlich handelt es sich um eine Art thermochemische Reaktion, die nur bei einer Temperatur von Hunderten und Tausenden von Grad auftritt. Daher ist die verwendete Ausrüstung viel komplizierter und teurer.
