La nature a donné à l'homme une variété de sourcesénergies: soleil, vent, rivières et autres. L'inconvénient de ces générateurs d'énergie gratuits est le manque de stabilité. Ainsi, pendant les périodes d'excès d'énergie, elle est stockée dans des dispositifs de stockage et consommée pendant les périodes de récession temporaire. Les dispositifs de stockage d'énergie sont caractérisés par les paramètres suivants:
Il existe de nombreuses méthodes pour organiser les lecteurs. L'une des plus pratiques est la classification selon le type d'énergie utilisé dans le dispositif de stockage et selon la méthode de son accumulation et de sa libération. Les dispositifs de stockage d'énergie sont divisés en types principaux suivants:
L'essence de ces appareils est simple. Lorsque la charge est soulevée, l'énergie potentielle est accumulée; lors de l'abaissement, cela fait un travail utile. Les caractéristiques de conception dépendent du type de cargaison. Il peut être solide, liquide ou granulaire. En règle générale, les conceptions d'appareils de ce type sont extrêmement simples, d'où la fiabilité élevée et la longue durée de vie. La durée de stockage de l'énergie stockée dépend de la durabilité des matériaux et peut atteindre des milliers d'années. Malheureusement, de tels dispositifs ont une faible densité d'énergie.
Dans ces appareils, l'énergie est stockée dans le mouvement d'un corps. Il s'agit généralement d'un mouvement oscillatoire ou translationnel.
Énergie cinétique dans les systèmes oscillatoiresconcentré dans le mouvement de va-et-vient du corps. L'énergie est fournie et consommée par portions, au rythme du mouvement du corps. Le mécanisme est assez complexe et capricieux à mettre en place. Il est largement utilisé dans les montres mécaniques. La quantité d'énergie stockée est généralement faible et ne convient que pour le fonctionnement de l'appareil lui-même.
Le stock d'énergie cinétique est concentré dansun volant rotatif. L'énergie spécifique du volant est beaucoup plus élevée que celle d'une charge statique similaire. Il existe une possibilité dans un court laps de temps de produire une réception ou une sortie d'une puissance significative. Le temps de stockage de l'énergie est court et, pour la plupart des conceptions, limité à quelques heures. Les technologies modernes permettent d'augmenter la durée de stockage de l'énergie jusqu'à plusieurs mois. Les volants sont très sensibles aux chocs. L'énergie de l'appareil est directement proportionnelle à la vitesse de sa rotation. Par conséquent, lors du processus d'accumulation et de libération d'énergie, la vitesse de rotation du volant d'inertie change. Et la charge, en règle générale, nécessite une vitesse de rotation constante et faible.
Des appareils plus prometteurs sontsuper volants. Ils sont fabriqués à partir de ruban d'acier, de fibre synthétique ou de fil. La structure peut être étroite ou avoir un espace vide. En présence d'espace libre, les spires du ruban se déplacent vers la périphérie de rotation, le moment d'inertie du volant d'inertie change et une partie de l'énergie est stockée dans le ressort déformé. Dans de tels dispositifs, la vitesse de rotation est plus stable que dans les structures solides et leur consommation d'énergie est beaucoup plus élevée. Ils sont également plus sûrs.
Les super volants modernes sont fabriqués à partir de fibre Kevlar. Ils tournent dans une chambre à vide sur une suspension magnétique. Ils sont capables de stocker de l'énergie pendant plusieurs mois.
Ce type d'appareil est capable de stocker d'énormesénergie spécifique. Parmi les dispositifs de stockage mécanique, il a la consommation d'énergie la plus élevée pour les dispositifs de plusieurs centimètres. Les grands volants avec des vitesses de rotation très élevées ont une densité d'énergie beaucoup plus élevée, mais ils sont très vulnérables aux facteurs externes et ont un temps de stockage d'énergie plus court.
Capable de fournir la plus grande mécaniquepuissance de toutes les classes de stockage d'énergie. Elle n'est limitée que par la résistance à la traction du ressort. L'énergie contenue dans un ressort comprimé peut être stockée pendant plusieurs décennies. Cependant, en raison d'une déformation constante, la fatigue s'accumule dans le métal et la capacité du ressort diminue. Dans le même temps, les ressorts en acier de haute qualité, soumis aux conditions de fonctionnement, peuvent fonctionner pendant des centaines d'années sans perte notable de capacité.
Les fonctions du ressort peuvent être remplies par n'importe quel élastiqueéléments. Les élastiques, par exemple, sont des dizaines de fois supérieurs aux produits en acier en termes d'énergie stockée par unité de poids. Mais la durée de vie du caoutchouc due au vieillissement chimique n'est que de quelques années.
Stockage d'énergie dans ce type d'appareilse produit en raison de la compression de gaz. En présence d'un excès d'énergie, le gaz est pompé sous pression dans la bouteille à l'aide d'un compresseur. Au besoin, du gaz comprimé est utilisé pour faire tourner une turbine ou un générateur d'énergie. A faible puissance, il est conseillé d'utiliser un moteur à piston au lieu d'une turbine. Le gaz dans un conteneur sous pression de centaines d'atmosphères a une densité d'énergie spécifique élevée pendant plusieurs années, et en présence de raccords de haute qualité, pendant des décennies.
La majeure partie du territoire de notre pays est situéedans les régions du nord, par conséquent, une part importante de l'énergie est consommée de force pour le chauffage. A cet égard, il est nécessaire de résoudre régulièrement le problème du maintien de la chaleur dans le dispositif de stockage et de son extraction de celui-ci, si nécessaire.
Dans la plupart des cas, il n'est pas possible d'obtenir unedensité d'énergie thermique stockée et toutes périodes significatives de sa conservation Les appareils efficaces existants, en raison d'un certain nombre de leurs caractéristiques et de leurs prix élevés, ne sont pas adaptés à une utilisation généralisée.
C'est l'une des méthodes les plus anciennes. Il repose sur le principe de l'accumulation d'énergie thermique lorsqu'une substance est chauffée et du transfert de chaleur lorsqu'elle est refroidie. La conception de tels disques est extrêmement simple. Il peut s'agir d'un morceau de n'importe quel solide ou d'un récipient fermé avec un caloporteur liquide. Les dispositifs de stockage d'énergie thermique ont une très longue durée de vie, un nombre presque illimité de cycles de stockage et de restitution d'énergie. Mais le temps de stockage ne dépasse pas plusieurs jours.
L'énergie électrique est la plus pratiqueforme dans le monde moderne. C'est pourquoi les dispositifs de stockage électrique se sont répandus et les plus développés. Malheureusement, la capacité spécifique des appareils bon marché est petite et les appareils avec une grande capacité spécifique sont trop chers et de courte durée. Les dispositifs de stockage d'énergie électrique sont des condensateurs, des supercondensateurs, des batteries.
C'est le type de stockage d'énergie le plus répandu. Les condensateurs sont capables de fonctionner à des températures de -50 à +150 degrés. Le nombre de cycles de stockage-libération d'énergie est de dizaines de milliards par seconde. En connectant plusieurs condensateurs en parallèle, vous pouvez facilement obtenir la capacité requise. De plus, il existe des condensateurs variables. Changer la capacité de ces condensateurs peutêtre produit mécaniquement ou électriquement ou par température. Le plus souvent, des condensateurs variables peuvent être trouvés dans les circuits oscillatoires.
Les condensateurs sont divisés en deux classes - polarisés etnon polaire. La durée de vie des polaires (électrolytiques) est plus courte que les non polaires, ils dépendent davantage des conditions extérieures, mais en même temps, ils ont une capacité spécifique plus élevée.
En tant que condensateurs de stockage d'énergie - pas trèsbons appareils. Ils ont une faible capacité et une densité spécifique insignifiante d'énergie stockée, et son temps de stockage est calculé en secondes, minutes, rarement heures. Les condensateurs sont principalement utilisés dans l'électronique et l'électrotechnique.
Le calcul d'un condensateur est généralement simple. Toutes les informations nécessaires sur les différents types de condensateurs sont présentées dans des ouvrages de référence techniques.
Ces appareils occupent une position intermédiaire entrecondensateurs polaires et batteries. Ils sont parfois appelés «supercondensateurs». En conséquence, ils ont un grand nombre d'étages de charge-décharge, la capacité est supérieure à celle des condensateurs, mais légèrement inférieure à celle des petites batteries. Le temps de stockage de l'énergie peut aller jusqu'à plusieurs semaines. Les supercondensateurs sont très sensibles à la température.
Des batteries électrochimiques sont utilisées sivous devez stocker beaucoup d'énergie. Les appareils au plomb sont les mieux adaptés à cet effet. Ils ont été inventés il y a environ 150 ans. Et depuis lors, rien de fondamentalement nouveau n'a été introduit dans le dispositif de batterie. De nombreux modèles spécialisés sont apparus, la qualité des composants s'est considérablement améliorée et la fiabilité de la batterie s'est accrue. Il est à noter que le dispositif de batterie, créé par différents fabricants, ne diffère à des fins différentes que par des détails mineurs.
Les batteries électrochimiques sont classées entraction et démarrage. Les véhicules de traction sont utilisés dans les véhicules électriques, les alimentations sans interruption et les outils électriques. Ces batteries se caractérisent par une longue décharge uniforme et une grande profondeur. Les batteries de démarrage peuvent fournir un courant important en peu de temps, mais une décharge profonde est inacceptable pour elles.
Les batteries électrochimiques ont desle nombre de cycles charge-décharge, en moyenne, de 250 à 2000. Même en l'absence de fonctionnement, ils échouent après quelques années. Les batteries électrochimiques sont sensibles à la température, nécessitent de longs temps de charge et un strict respect des règles de fonctionnement.
L'appareil doit être rechargé périodiquement. La batterie, installée sur le véhicule, est chargée en mouvement à partir du générateur. En hiver, cela ne suffit pas, une batterie froide ne se charge pas bien, et la consommation d'électricité pour démarrer le moteur augmente. Par conséquent, il est nécessaire de charger en plus la batterie dans une pièce chaude avec un chargeur spécial. L'un des inconvénients importants des dispositifs au plomb-acide est leur poids élevé.
Si vous avez besoin d'appareils mobiles avecpoids, puis choisissez les types de batteries suivants: nickel-cadmium, lithium-ion, métal-hybride, polymère-ion. Ils ont une capacité spécifique plus élevée, mais le prix est beaucoup plus élevé. Ils sont utilisés dans les téléphones mobiles, les ordinateurs portables, les appareils photo, les caméscopes et autres petits appareils. Différents types de batteries diffèrent dans leurs paramètres: le nombre de cycles de charge, la durée de conservation, la capacité, la taille, etc.
Batteries lithium-ion haute puissanceutilisé dans les véhicules électriques et les voitures hybrides. Ils ont un faible poids, une capacité spécifique élevée et une fiabilité élevée. Dans le même temps, les batteries lithium-ion sont hautement inflammables. Un incendie peut survenir à cause d'un court-circuit, d'une déformation mécanique ou d'une destruction du boîtier, de violations des modes de charge ou de décharge de la batterie. Il est difficile d'éteindre un incendie en raison de la forte activité du lithium.
Les batteries sont l'épine dorsale de nombreux instruments. Par exemple, une batterie de stockage pour un téléphone est une batterie externe compacte logée dans un boîtier robuste et étanche. Il vous permet de charger ou d'alimenter votre téléphone portable. Les puissants appareils mobiles de stockage d'énergie peuvent charger n'importe quel appareil numérique, même les ordinateurs portables. Dans de tels appareils, en règle générale, des batteries lithium-ion de grande capacité sont installées. Dispositifs de stockage d'énergie pour la maison pas aussi se passer de piles. Mais ce sont des appareils beaucoup plus complexes. En plus de la batterie, ils comprennent un chargeur, un système de contrôle, un onduleur. Les appareils peuvent fonctionner à la fois à partir d'un réseau fixe et à partir d'autres sources. La puissance de sortie moyenne est de 5 kW.
Distinguer les types «carburant» et «non carburant»disques. Ils nécessitent des technologies spéciales et des équipements high-tech souvent encombrants. Les procédés utilisés permettent d'obtenir de l'énergie sous différentes formes. Les réactions thermochimiques peuvent avoir lieu à des températures aussi bien basses que élevées. Les composants pour les réactions à haute température ne sont ajoutés que lorsque l'énergie est nécessaire. Avant cela, ils sont stockés séparément, à différents endroits. Les composants pour les réactions à basse température sont généralement dans un seul récipient.
Cette méthode comprend deuxétapes: stockage d'énergie («charge») et son utilisation («décharge»). Le carburant traditionnel, en règle générale, a une grande capacité énergétique spécifique, la possibilité de stockage à long terme et une facilité d'utilisation. Mais la vie ne s'arrête pas. L'introduction de nouvelles technologies impose des exigences élevées au carburant. Le problème est résolu en améliorant les combustibles existants et en créant de nouveaux types de combustibles à haute énergie.
L'introduction généralisée de nouveaux modèles est entravée pardéveloppement insuffisant des processus technologiques, risque élevé d'incendie et d'explosion au travail, besoin de personnel hautement qualifié, coût élevé de la technologie.
Dans ce type de stockage, l'énergie est stockée pouren convertissant certains produits chimiques en d'autres. Par exemple, la chaux éteinte, lorsqu'elle est chauffée, entre dans un état de chaux vive. Lors de la "décharge", l'énergie stockée est libérée sous forme de chaleur et de gaz. C'est exactement ce qui se passe lors de l'extinction de la chaux avec de l'eau. Pour que la réaction démarre, il suffit généralement de combiner les composants. En substance, il s'agit d'un type de réaction thermochimique, mais elle a lieu à une température de centaines et de milliers de degrés. Par conséquent, l'équipement utilisé est beaucoup plus compliqué et coûteux.
