Priroda je čovjeku dala razne izvore energije: sunce, vjetar, rijeke i druge. Nedostatak ovih generatora besplatne energije je nedostatak stabilnosti. Stoga se u periodima viška energije pohranjuje u skladišnim uređajima i troši u periodima privremene recesije. Uređaje za skladištenje energije karakteriziraju sljedeći parametri:
- količina pohranjene energije;
- brzina njegovog akumulacije i povrata;
- specifična težina;
- vrijeme skladištenja energije;
- pouzdanost;
- troškovi proizvodnje i održavanja i ostalo.
Postoji mnogo načina da organizujete diskove. Jedna od najpogodnijih je klasifikacija prema vrsti energije koja se koristi u uređaju za skladištenje, te prema načinu njenog akumuliranja i povrata. Uređaji za skladištenje energije dijele se na sljedeće glavne tipove:
- mehanički;
- termalni;
- električni;
- chemical.
Akumulacija potencijalne energije
Suština ovih uređaja je jasna. Kada se teret podigne, potencijalna energija se akumulira, a kada se spusti, obavlja koristan rad. Karakteristike dizajna zavise od vrste tereta. Može biti čvrsta, tečna ilirastresite supstance. U pravilu, dizajn uređaja ovog tipa je izuzetno jednostavan, a time i visoka pouzdanost i dug vijek trajanja. Vrijeme skladištenja uskladištene energije ovisi o trajnosti materijala i može doseći milenijume. Nažalost, takvi uređaji imaju nisku gustinu energije.
Mehaničko skladištenje kinetičke energije
U ovim uređajima, energija se pohranjuje u kretanju tijela. Obično je ovo oscilatorno ili translatorno kretanje.
Kinetička energija u oscilatornim sistemima je koncentrisana u povratnom kretanju tela. Energija se opskrbljuje i troši u porcijama, u vremenu sa kretanjem tijela. Mehanizam je prilično složen i hirovit u podešavanju. Široko se koristi u mehaničkim satovima. Količina pohranjene energije je obično mala i prikladna je samo za rad samog uređaja.
Uređaji za pohranu na žiroskop
Skladište kinetičke energije je koncentrisano u rotirajućem zamašnjaku. Specifična energija zamašnjaka značajno premašuje energiju sličnog statičkog opterećenja. Moguće je primiti ili proizvesti značajnu snagu u kratkom vremenskom periodu. Vrijeme skladištenja energije je kratko, a za većinu dizajna ograničeno je na nekoliko sati. Savremene tehnologije omogućavaju da se vrijeme skladištenja energije svede na nekoliko mjeseci. Zamašnjaci su vrlo osjetljivi na udarce. Energija uređaja direktno ovisi o brzini njegove rotacije. Stoga u procesu akumulacije i povrata energije dolazi do promjene brzine rotacije zamašnjaka. I za takvo opterećenjepo pravilu je potrebna konstantna, mala brzina rotacije.
Uređaji koji više obećavaju su superzamajci. Izrađuju se od čelične trake, sintetičkih vlakana ili žice. Dizajn može biti gust ili imati prazan prostor. Ako ima slobodnog prostora, zavojnice trake se pomiču na periferiju rotacije, mijenja se moment inercije zamašnjaka, dio energije se pohranjuje u deformiranoj oprugi. U takvim uređajima brzina rotacije je stabilnija nego u čvrstim konstrukcijama, a njihova potrošnja energije je mnogo veća. Oni su i sigurniji.
Moderni super zamašnjaci su napravljeni od kevlarskog vlakna. Rotiraju se u vakuumskoj komori na magnetnoj suspenziji. Sposoban da skladišti energiju nekoliko mjeseci.
Mehaničko skladištenje koristeći elastične sile
Ova vrsta uređaja je sposobna da skladišti ogromnu specifičnu energiju. Od mehaničkih pogona, ima najveći energetski intenzitet za uređaje dimenzija nekoliko centimetara. Veliki zamašnjaci sa vrlo velikim brzinama rotacije imaju mnogo veći sadržaj energije, ali su vrlo osjetljivi na vanjske utjecaje i imaju kraće vrijeme skladištenja energije.
Mehaničko skladištenje opružne energije
Mogu da isporuči najveću mehaničku snagu bilo koje klase skladištenja energije. Ograničena je samo zateznom čvrstoćom opruge. Energija u komprimovanoj oprugi može se skladištiti nekoliko decenija. Međutim, zbog stalne deformacije, zamor se nakuplja u metalu i kapacitet oprugesmanjuje se. Istovremeno, visokokvalitetne čelične opruge, pod odgovarajućim radnim uslovima, mogu raditi stotinama godina bez značajnog gubitka kapaciteta.
Funkcije opruge mogu se izvoditi bilo kojim elastičnim elementima. Gumene trake su, na primjer, desetine puta superiornije od čeličnih proizvoda u smislu pohranjene energije po jedinici mase. Ali vijek trajanja gume zbog kemijskog starenja je samo nekoliko godina.
Mehanički uređaji za skladištenje koji koriste energiju komprimovanih gasova
U ovom tipu uređaja, energija se skladišti kompresijom gasa. U prisustvu viška energije, plin se pumpa pod pritiskom u cilindar pomoću kompresora. Po potrebi se komprimirani plin koristi za okretanje turbine ili električnog generatora. Kod malih kapaciteta preporučljivo je koristiti klipni motor umjesto turbine. Plin u posudi pod pritiskom stotina atmosfera ima visoku specifičnu gustinu energije nekoliko godina, a sa visokokvalitetnim spojnicama - decenijama.
Skladištenje toplotne energije
Najveći dio teritorije naše zemlje nalazi se u sjevernim krajevima, pa se značajan dio energije prinudno troši za grijanje. S tim u vezi, potrebno je redovno rješavati problem održavanja topline u pogonu i izvlačenja je odatle po potrebi.
U većini slučajeva nije moguće postići visoku gustinu uskladištene toplotne energije i značajnije periode njenog očuvanja. Postojeći efikasni uređaji uzbog nekih svojih karakteristika i visoke cijene nisu pogodni za široku primjenu.
Skladištenje zbog toplotnog kapaciteta
Ovo je jedan od najstarijih načina. Zasnovan je na principu akumulacije toplotne energije kada se supstanca zagreva i prenosa toplote kada se ohladi. Dizajn takvih pogona je izuzetno jednostavan. To može biti komad bilo koje čvrste tvari ili zatvorena posuda s tekućim rashladnim sredstvom. Akumulatori toplotne energije imaju veoma dug radni vek, gotovo neograničen broj ciklusa akumulacije i oslobađanja energije. Ali vrijeme skladištenja ne prelazi nekoliko dana.
Skladištenje električne energije
Električna energija je njen najpogodniji oblik u modernom svijetu. Zbog toga su električni uređaji za skladištenje u širokoj upotrebi i najrazvijeniji. Nažalost, specifični kapacitet jeftinih uređaja je mali, a uređaji sa visokim specifičnim kapacitetom su preskupi i kratkotrajni. Uređaji za skladištenje električne energije su kondenzatori, jonistori, baterije.
Kondenzatori
Ovo je najmasovniji tip skladištenja energije. Kondenzatori mogu da rade na temperaturama od -50 do +150 stepeni. Broj ciklusa akumulacije i povratka energije je desetine milijardi u sekundi. Paralelnim povezivanjem nekoliko kondenzatora možete lako dobiti potrebnu kapacitivnost. Osim toga, postoje varijabilni kondenzatori. Promjena kapacitivnosti takvih kondenzatora može se vršiti mehanički ili električno ili temperaturom. Najčešće se mogu naći promjenjivi kondenzatorioscilatorna kola.
Kondenzatori se dijele u dvije klase - polarne i nepolarne. Vek trajanja polarnih (elektrolitičkih) je kraći od nepolarnih, više zavise od spoljašnjih uslova, ali u isto vreme imaju i veći specifični kapacitet.
Kao što kondenzatori za skladištenje energije nisu baš uspješni uređaji. Imaju mali kapacitet i neznatnu specifičnu gustinu uskladištene energije, a vreme skladištenja se računa u sekundama, minutama, ređe satima. Kondenzatori su našli primenu uglavnom u elektronici i energetskoj elektrotehnici.
Proračun kondenzatora, po pravilu, ne izaziva poteškoće. Sve potrebne informacije o različitim tipovima kondenzatora predstavljene su u tehničkim priručnicima.
Ionistors
Ovi uređaji zauzimaju srednju poziciju između polarnih kondenzatora i baterija. Ponekad se nazivaju "superkondenzatori". Shodno tome, imaju ogroman broj faza punjenja-pražnjenja, kapacitet je veći od kondenzatora, ali nešto manji od onih malih baterija. Vrijeme skladištenja energije je do nekoliko sedmica. Ionistori su vrlo osjetljivi na temperaturu.
Baterije
Elektrohemijske baterije se koriste ako trebate pohraniti puno energije. Uređaji sa olovnom kiselinom su najprikladniji za ovu svrhu. Izmišljeni su prije otprilike 150 godina. I od tada ništa suštinski novo nije uvedeno u baterijski uređaj. Pojavili su se mnogi specijalizirani modeli, kvaliteta komponenti se značajno povećala,pouzdanost baterije. Važno je napomenuti da se uređaj baterije različitih proizvođača razlikuje samo u manjim detaljima za različite svrhe.
Elektrohemijske baterije se dijele na vučne i startne. Trakcija se koristi u električnom transportu, besprekidnim izvorima napajanja, električnim alatima. Takve baterije karakteriziraju dugo ravnomjerno pražnjenje i velika dubina. Starter baterije mogu isporučiti veliku struju u kratkom vremenskom periodu, ali duboko pražnjenje za njih nije prihvatljivo.
Elektrohemijske baterije imaju ograničen broj ciklusa punjenja-pražnjenja, u prosjeku od 250 do 2000. Čak i ako se ne koriste, otkazuju nakon nekoliko godina. Elektrohemijske baterije su osetljive na temperaturu, zahtevaju dugo vreme punjenja i zahtevaju strogo održavanje.
Uređaj je potrebno periodično puniti. Akumulator instaliran na vozilu puni se u pokretu iz generatora. Zimi to nije dovoljno, hladna baterija ne prihvata dobro punjenje, a potrošnja električne energije za pokretanje motora se povećava. Stoga je potrebno dodatno napuniti bateriju u toploj prostoriji posebnim punjačem. Jedan od značajnih nedostataka uređaja s olovnom kiselinom je njihova velika težina.
Baterije za uređaje male snage
Ako su potrebni mobilni uređaji male težine, odaberite sljedeće vrste baterija: nikl-kadmijum,litijum-jonski, metal-hibrid, polimer-jonski. Imaju veći specifični kapacitet, ali je cijena znatno veća. Koriste se u mobilnim telefonima, laptopima, fotoaparatima, kamkorderima i drugim malim uređajima. Različite vrste baterija se razlikuju po svojim parametrima: broju ciklusa punjenja, vijeku trajanja, kapacitetu, veličini, itd.
Litijum-jonske baterije velike snage koriste se u električnim i hibridnim vozilima. Male su težine, visokog specifičnog kapaciteta i visoke pouzdanosti. Istovremeno, litijum-jonske baterije su veoma zapaljive. Do paljenja može doći zbog kratkog spoja, mehaničke deformacije ili uništenja kućišta, kršenja načina punjenja ili pražnjenja baterije. Gašenje požara je prilično teško zbog visoke aktivnosti litijuma.
Baterije su okosnica mnogih uređaja. Na primjer, uređaj za skladištenje energije za telefon je kompaktna vanjska baterija smještena u izdržljivu, vodootpornu futrolu. Omogućava vam da punite ili napajate svoj mobilni telefon. Snažni mobilni uređaji za skladištenje energije sposobni su za punjenje svih digitalnih uređaja, čak i prijenosnih računala. U takvim se uređajima u pravilu ugrađuju litijum-jonske baterije velikog kapaciteta. Skladištenje energije za dom također nije potpuno bez baterija. Ali ovo su mnogo složeniji uređaji. Pored baterije, oni uključuju punjač, kontrolni sistem i inverter. Uređaji mogu raditi i iz fiksne mreže i iz drugih izvora. Izlazna snaga je u prosjeku 5 kW.
Driveshemijska energija
Razlikujte tipove pogona na "gorivo" i "bez goriva". Zahtijevaju posebne tehnologije i često glomaznu opremu visoke tehnologije. Korišteni procesi omogućavaju dobijanje energije u različitim oblicima. Termohemijske reakcije se mogu odvijati i na niskim i na visokim temperaturama. Komponente za visokotemperaturne reakcije uvode se samo kada je potrebno dobiti energiju. Prije toga se čuvaju odvojeno, na različitim mjestima. Komponente za reakcije na niskim temperaturama se obično nalaze u istom kontejneru.
Skladištenje energije pomoću goriva
Ova metoda uključuje dvije potpuno nezavisne faze: akumulaciju energije ("punjenje") i njeno korištenje ("pražnjenje"). Tradicionalno gorivo, po pravilu, ima veliki specifični energetski kapacitet, mogućnost dugotrajnog skladištenja i jednostavnost upotrebe. Ali život ne miruje. Uvođenje novih tehnologija postavlja povećane zahtjeve za gorivom. Zadatak je riješen poboljšanjem postojećih i stvaranjem novih, visokoenergetskih goriva.
Široko uvođenje novih uzoraka ometa nedovoljna razvijenost tehnoloških procesa, velika opasnost od požara i eksplozija u radu, potreba za visokokvalifikovanim osobljem i visoka cijena tehnologije.
Skladištenje hemijske energije bez goriva
U ovoj vrsti skladištenja, energija se skladišti pretvaranjem nekih hemikalija u druge. Na primjer, gašeno vapno, kada se zagrije, prelazi u stanje živog vapna. Prilikom pražnjenja, uskladištena energijaoslobađaju se kao toplota i gas. Upravo to se dešava kada se kreč gasi vodom. Da bi reakcija započela, obično je dovoljno spojiti komponente. U suštini, ovo je neka vrsta termohemijske reakcije, samo što se odvija na temperaturi od stotina i hiljada stepeni. Stoga je oprema koja se koristi mnogo složenija i skuplja.
