Priroda je čovjeku dala razne izvoreenergije: sunce, vjetar, rijeke i druge. Nedostatak ovih generatora besplatne energije je nedostatak stabilnosti. Stoga se tijekom razdoblja viška energije pohranjuje u uređaje za pohranu i troši tijekom razdoblja privremenog pada. Uređaji za spremanje energije karakteriziraju sljedeće parametre:
Postoji mnogo načina organiziranja pogona.Jedna od najpovoljnijih je klasifikacija prema vrsti energije koja se koristi u pogonu i po načinu njegovog akumuliranja i povratka. Uređaji za skladištenje energije dijele se u sljedeće glavne vrste:
Bit ovih uređaja je jednostavna.Pri podizanju tereta akumulira se potencijalna energija, a prilikom spuštanja korisno djeluje. Karakteristike dizajna ovise o vrsti tereta. To može biti kruta, tekuća ili rastresita tvar. U pravilu su dizajni uređaja ove vrste vrlo jednostavni, stoga je visoka pouzdanost i dug radni vijek. Vrijeme skladištenja uskladištene energije ovisi o trajnosti materijala i može doseći tisućljeća. Nažalost, takvi uređaji imaju malu specifičnu potrošnju energije.
U tim se uređajima energija pohranjuje u pokretu tijela. Obično je to oscilatorno ili translacijsko gibanje.
Kinetička energija u vibracijskim sustavimakoncentrirani u povratnom pokretu tijela. Energija se isporučuje i troši u obrocima, u vremenu s kretanjem tijela. Mehanizam je prilično složen i raspoložen u postavljanju. Široko se koristi u mehaničkim satovima. Količina uskladištene energije obično je mala i pogodna je samo za rad samog uređaja.
Rezerva kinetičke energije koncentrirana je urotacijski zamašnjak. Specifična energija zamašnjaka značajno nadmašuje energiju sličnog statičkog opterećenja. Postoji mogućnost da u kratkom vremenu primite ili vratite značajnu snagu. Vrijeme skladištenja energije je kratko i za većinu je dizajna ograničeno na nekoliko sati. Suvremene tehnologije omogućuju skraćivanje vremena skladištenja energije na nekoliko mjeseci. Zamašnjaci su vrlo osjetljivi na šok. Energija uređaja izravno ovisi o brzini njegove rotacije. Stoga se u procesu akumulacije i oslobađanja energije događa promjena brzine rotacije zamašnjaka. A za opterećenje je u pravilu potrebna stalna, mala brzina vrtnje.
Obećavaniji su uređajisuper zamašnjaci. Izrađeni su od čelične trake, sintetičkih vlakana ili žice. Dizajn može biti gust ili imati prazan prostor. Ako ima slobodnog prostora, zavoji trake pomiču se prema periferiji rotacije, mijenja se trenutak inercije zamašnjaka, dio energije se skladišti u oprugu podvrgnut deformaciji. U takvim je uređajima brzina rotacije stabilnija nego u čvrstim strukturama, a njihova potrošnja energije je puno veća. Uz to, sigurniji su.
Moderni super-zamašnjaci izrađeni su od vlakana Kevlar. Rotiraju se u vakuumskoj komori s magnetskom suspenzijom. Sposoban uštedjeti energiju nekoliko mjeseci.
Ova vrsta uređaja može pohraniti ogromanspecifična energija. Od mehaničkih pogona ima najveću potrošnju energije za uređaje dimenzija nekoliko centimetara. Veliki zamašnjaci s vrlo velikom brzinom vrtnje imaju puno veći energetski intenzitet, ali su vrlo osjetljivi na vanjske čimbenike i imaju kraće vrijeme skladištenja energije.
U mogućnosti pružiti najveće mehaničkesnaga iz svih klasa skladištenja energije. Ograničena je samo zateznom čvrstoćom opruge. Energija u komprimiranom oprugu može se pohraniti nekoliko desetljeća. Međutim, zbog stalne deformacije, umor se nakuplja u metalu, a kapacitet opruge smanjuje se. Istovremeno, visokokvalitetne čelične opruge, pod uvjetima rada, mogu raditi stotinama godina bez primjetnog gubitka kapaciteta.
Opružne funkcije može obavljati bilo koja elastikaelementi. Gumene vuče, na primjer, u desecima su puta veće u odnosu na čelične proizvode po skladištenju energije po jedinici mase. No, vijek trajanja gume zbog kemijskog starenja je samo nekoliko godina.
U ovoj vrsti uređaja pohrana energijenastaje uslijed kompresije plina. U prisustvu viška energije, plin se pod pritiskom pumpa u cilindar pomoću kompresora. Prema potrebi komprimirani plin koristi se za okretanje turbine ili generatora energije. Pri maloj snazi preporučljivo je koristiti klipni motor umjesto turbine. Plin u spremniku pod tlakom stotina atmosfera ima visoku specifičnu gustoću energije tijekom nekoliko godina, a u nazočnosti visokokvalitetne armature i desetljećima.
Smješten je veći dio teritorija naše zemljeu sjevernim regijama, stoga se značajan dio energije prisilno troši za grijanje. S tim u vezi, potrebno je redovito rješavati problem zadržavanja topline u uređaju za skladištenje i odvođenja odatle, ako je potrebno.
U većini slučajeva nije moguće postići visokegustoća pohranjene toplinske energije i svi značajni uvjeti njezina očuvanja. Postojeći učinkoviti uređaji zbog niza svojih značajki i visokih cijena nisu prikladni za široku upotrebu.
Ovo je jedan od najdrevnijih načina.Temelji se na principu nakupljanja toplinske energije kada se tvar zagrijava i prijenosa topline kada se hladi. Dizajn takvih pogona izuzetno je jednostavan. To može biti komad bilo koje krute tvari ili zatvorena posuda s tekućim nosačem topline. Uređaji za pohranu toplinske energije imaju vrlo dug radni vijek, gotovo neograničen broj ciklusa skladištenja i ispuštanja energije. Ali vrijeme skladištenja ne prelazi nekoliko dana.
Najprikladnija je električna energijaoblik u suvremenom svijetu. Zbog toga su električni uređaji za pohranu postali rašireni i najrazvijeniji. Na žalost, specifični kapacitet jeftinih uređaja je mali, a uređaji velikog specifičnog kapaciteta preskupi su i kratkotrajni. Uređaji za pohranu električne energije su kondenzatori, superkondenzatori, baterije.
Ovo je najrasprostranjenija vrsta skladištenja energije.Kondenzatori mogu raditi na temperaturama u rasponu od -50 do +150 stupnjeva. Broj ciklusa skladištenja i oslobađanja energije je desetak milijardi u sekundi. Paralelnim spajanjem nekoliko kondenzatora može se lako dobiti kapacitet potrebne vrijednosti. Uz to postoje i promjenjivi kondenzatori. Promjena kapacitivnosti takvih kondenzatora možebiti proizvedeni mehanički ili električno ili temperaturno. Najčešće se promjenjivi kondenzatori mogu naći u oscilacijskim krugovima.
Kondenzatori su podijeljeni u dvije klase - polarne inepolarni. Životni vijek polarnih (elektrolitičkih) kraći je od nepolarnih, oni više ovise o vanjskim uvjetima, ali istodobno imaju veći specifični kapacitet.
Kao kondenzatori za pohranu energije - ne bašdobri uređaji. Imaju mali kapacitet i beznačajnu specifičnu gustoću uskladištene energije, a vrijeme skladištenja izračunava se u sekundama, minutama, rijetko u satima. Kondenzatori se uglavnom koriste u elektronici i energetskoj elektrotehnici.
Izračun kondenzatora obično je jednostavan. Sve potrebne informacije o različitim vrstama kondenzatora predstavljene su u tehničkim priručnicima.
Ovi uređaji zauzimaju srednji položaj izmeđupolarni kondenzatori i baterije. Ponekad se nazivaju "superkondenzatorima". Sukladno tome, imaju ogroman broj stupnjeva pražnjenja, kapacitet je veći od kapaciteta kondenzatora, ali nešto manji od kapaciteta malih baterija. Vrijeme skladištenja energije je do nekoliko tjedana. Superkondenzatori su vrlo osjetljivi na temperaturu.
Elektrokemijske baterije koriste se akotrebate pohraniti puno energije. U tu svrhu najbolje odgovaraju uređaji s olovnom kiselinom. Izumljeni su prije otprilike 150 godina. I od tada, ništa bitno novo nije uvedeno u baterijski uređaj. Pojavili su se mnogi specijalizirani modeli, kvaliteta komponenata se znatno povećala i povećala je pouzdanost baterije. Važno je napomenuti da se uređaj baterije, stvoren od različitih proizvođača, razlikuje u različite svrhe samo u manjim detaljima.
Elektrokemijske baterije su razvrstane uvuča i pokretanje. Vučne jedinice koriste se u električnim vozilima, izvorima neprekidnog napajanja i električnim alatima. Takve baterije karakterizira dugo ujednačeno pražnjenje i velika dubina. Starterske baterije u kratkom vremenskom razdoblju mogu isporučiti veliku struju, ali duboko pražnjenje za njih je neprihvatljivo.
Elektrokemijske baterije su ograničenebroj ciklusa pražnjenja i pražnjenja, u prosjeku, od 250 do 2000. Čak i u odsutnosti rada, nakon nekoliko godina ne uspiju. Elektrokemijske baterije su osjetljive na temperaturu, zahtijevaju dugo vrijeme punjenja i strogo poštivanje radnih pravila.
Uređaj se mora povremeno puniti.Baterija, ugrađena u vozilo, puni se u pokretu od generatora. Zimi to nije dovoljno, hladna baterija se ne puni dobro, a potrošnja energije za pokretanje motora se povećava. Stoga je potrebno dodatno puniti bateriju u toploj sobi s posebnim punjačem. Jedan od značajnih nedostataka uređaja s olovnom kiselinom je njihova velika težina.
Ako su vam potrebni mobilni uređaji s malimtežine, zatim odaberite sljedeće vrste baterija: nikal-kadmijeve, litij-ionske, metal-hibridne, polimer-ionske. Imaju veći specifični kapacitet, ali cijena je puno veća. Koriste se u mobilnim telefonima, prijenosnim računalima, fotoaparatima, videokamerama i drugim malim uređajima. Različite vrste baterija razlikuju se po svojim parametrima: broju ciklusa punjenja, vijeku trajanja, kapacitetu, veličini itd.
Litij-ionske baterije velike snagekoristi se u električnim vozilima i hibridnim automobilima. Imaju malu težinu, visoki specifični kapacitet i visoku pouzdanost. Istodobno, litij-ionske baterije su vrlo zapaljive. Požar može nastati zbog kratkog spoja, mehaničkih deformacija ili uništenja kućišta, kršenja načina punjenja ili pražnjenja baterije. Prilično je teško ugasiti požar zbog velike aktivnosti litija.
Baterije su okosnica mnogih instrumenata.Na primjer, uređaj za pohranu energije za telefon je kompaktna banka energije smještena u robusnom, vodootpornom kućištu. Omogućuje vam punjenje ili napajanje mobitela. Moćni mobilni uređaji za pohranu energije mogu puniti bilo koji digitalni uređaj, čak i prijenosna računala. U takve uređaje, u pravilu, ugrađuju se litij-ionske baterije velikog kapaciteta. Uređaji za pohranu energije za dom također ne izdati punjive baterije.Ali to su puno složeniji uređaji. Uz bateriju uključuju punjač, upravljački sustav, pretvarač. Uređaji mogu raditi i iz fiksne mreže i iz drugih izvora. Prosječna izlazna snaga je 5 kW.
Razlikovati vrste "goriva" i "negoriva"pogoni. Potrebne su posebne tehnologije i često glomazna visokotehnološka oprema. Korišteni procesi omogućuju dobivanje energije u različitim oblicima. Termokemijske reakcije mogu se odvijati i na niskim i na visokim temperaturama. Komponente za reakcije na visokoj temperaturi uvode se samo kada je potrebno dobiti energiju. Prije toga čuvaju se odvojeno, na različitim mjestima. Komponente za reakcije na niskim temperaturama obično se nalaze u istom spremniku.
Ova metoda uključuje dvije potpuno neovisnefaze: skladištenje energije ("punjenje") i njegovo korištenje ("pražnjenje"). Tradicionalno gorivo u pravilu ima veliki specifični energetski kapacitet, mogućnost dugotrajnog skladištenja i jednostavnost upotrebe. Ali život ne stoji mirno. Uvođenje novih tehnologija postavlja visoke zahtjeve za gorivom. Problem se rješava poboljšanjem postojećih i stvaranjem novih, visokoenergetskih vrsta goriva.
Rašireno uvođenje novih dizajna ometanedovoljan razvoj tehnoloških procesa, velika opasnost od požara i eksplozije u radu, potreba za visokokvalificiranim osobljem, visoka cijena tehnologije.
U ovoj vrsti skladišta energija se čuva zapretvaranjem nekih kemikalija u druge. Na primjer, gašeno vapno, kada se zagrije, prelazi u živo vapno. Pri "pražnjenju" uskladištena energija oslobađa se u obliku topline i plina. Upravo se to događa kod gašenja vapna vodom. Da bi reakcija započela, obično je dovoljno kombinirati komponente. U osnovi, ovo je vrsta termokemijske reakcije, samo što se odvija na temperaturi od stotina i tisuća stupnjeva. Stoga je oprema koja se koristi mnogo složenija i skuplja.
