Классификация по методу отдачи и накопления и по типу энергии, «закачиваемой» в накопитель и «выкачиваемой» оттуда была отмечена как самая подходящая. Исходя из этого особенности способов аккумуляции энергии будут рассмотрены подробнее на примере этой классификации.
1) Механические накопители энергии. Они стали применяться весьма в далеком прошлом, в то время, когда доисторический человек в первый раз затащил камень на гору, дабы обрушить его на мамонта. Вот еще пример – в древности накопление энергии в скрученных пучках тетивы употреблялось в катапультах для метания снарядов. Дальнобойность таких автомобилей доходила до 350 м при массе ядра до 1,5 кг. [25] Многие виды таких конструкций отличаются предельной простотой и фактически неограниченным сроком хранения и службы запасенной энергии. Но удельная плотность запасенной энергии довольно часто мала, и в то время, когда появляется необходимость запасти энергии побольше, то это сходу ведет к необходимости создания громоздких и, следовательно, дорогих сооружений.
1. Гравитационные механические накопители. Сущность гравитационных накопителей несложна. На этапе накопления энергии груз поднимается на нужную высоту, а после этого опускается обратно, возвращая эту энергию. Применение в качестве груза жёстких тел либо жидкостей вносит собственные особенности в конструкции каждого типа. Промежуточное положение между ними занимает применение сыпучих веществ (песка, небольших металлических шариков и т.п.). Фактически все накопители этого типа отличаются простотой конструкции, а, следовательно, большим сроком и высокой надёжностью работы. Время хранения в один раз запасенной энергии кроме этого ограниченно только долговечностью использованных материалов и может исчисляться тысячелетиями. Но удельная емкость таких устройств мала и определяется формулой E = m · g · h. Исходя из этого, дабы запасти энергию для нагрева 1 литра воды от 20°С до 100°С, нужно поднять тонну груза как минимум на высоту 35 метров. [26]
Гравитационные механические накопители, со своей стороны, подразделяются на гравитационные твердотельные механические накопители и гравитационные жидкостные механические накопители.
1.1. Гравитационные твердотельные механические накопители.
Энергию, запасенную при поднятии жёстких тел, возможно высвободить за весьма маленькое время. Ограничение на приобретаемую посредством таких устройств мощность накладывает лишь ускорение свободного падения, определяющее большой темп нарастания скорости падающего груза. Время хранения в один раз запасенной энергии фактически неограниченно, в случае если лишь груз либо элементы конструкции с течением времени не рассыплются от старости либо коррозии. Недочёт таких совокупностей – необходимость в вертикальной либо наклонной шахте на всю высоту подъема груза, причем размеры шахты на всем ее протяжении должны снабжать проход этого груза по габаритам. [27]
Пример: ворота с противовесом.
1.2. Гравитационные жидкостные механические накопители.
В отличие от твердотельных грузов, при применении жидкостей нет необходимости в создании прямых шахт громадного сечения на всю высоту подъема – жидкость перемещается и по изогнутым трубам, сечение которых должно быть только достаточным для прохождения по ним большого расчетного потока. Исходя из этого верхний и нижний резервуары необязательно должны размещаться приятель под втором, а смогут отстоять один от другого на большом расстоянии.
Но срок хранения «заряженной» энергии в жидкостных накопителях в большинстве случаев значительно меньше и на практике в большинстве случаев образовывает от нескольких суток до нескольких лет. Это связано с испарением рабочей жидкости из резервуаров, и с большей чувствительностью совокупности к состоянию всех ее частей, в первую очередь это относится герметичности резервуаров и исправности и трубопроводов запорного и перекачивающего оборудования. Помимо этого, в использования энергии и моменты накопления рабочее тело (по крайней мере, его достаточно большинство) должно быть в жидком агрегатном состоянии, а не пребывать в виде льда либо пара.
В некоторых случаях в аналогичных накопителях вероятно и получение дополнительной даровой энергии, – к примеру, при пополнении верхнего резервуара талыми либо дождевыми водами. [28]
Пример: гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) – употребляется для выравнивания дневной неоднородности графика электрической нагрузки. На протяжении ночного провала энергопотребления ГАЭС приобретает из энергосети недорогую электричество и расходует ее на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим). На протяжении утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, производя наряду с этим дорогую пиковую электричество, которую отдает в энергосеть. [29]
2. Кинетические механические накопители. В кинетических накопителях энергия запасается в движении рабочего тела. Вероятны два типа перемещения – колебательное и поступательное (в большинстве случаев вращательное).
2.1. Колебательные (резонансные) накопители энергии. В них кинетическая энергия накапливается в возвратно-поступательном перемещении груза за счет резонанса. Наряду с этим энергия обязана как подаваться, так и расходоваться порциями, попадая «в такт» с перемещением груза. Это сходу усложняет механизм совершает его достаточно сложным в настройке. Но, такие узлы уже большое количество столетий употребляются во всех механических часах с балансировочным либо гравитационным маятником. Частенько такие часы для начала работы нужно легко встряхнуть либо толкнуть маятник рукой – в целях экономии завода пружины за один такт энергии подается на маятник только столько, дабы ее хватило для компенсации утрат на протяжении работы, но не для запуска «с нуля», из неподвижного состояния.
В большинстве случаев, главная цель аналогичных устройств – не фактически накопление энергии, а стабилизация во времени работы каких-либо устройств, потому, что безотносительные значения запасаемой энергии в большинстве случаев очень мелки и годятся лишь для «внутреннего потребления» при работе самого устройства. [30]
Пример: пружинный маятник в часах.
2.2. Гироскопические накопители энергии. В них энергия запасается в виде кинетической энергии скоро вращающегося маховика. Удельная энергия, запасаемая на любой килограмм веса маховика, намного больше той, что возможно запасти в килограмме статического груза, кроме того подняв его на громадную высоту. Еще одно преимущество маховика – возможность мгновенной передачи либо приема фактически любой мощности, которая не имеет принципиальных ограничений, не считая предела прочности материалов при механической передачи либо «пропускной способности» электрической, пневматической и гидравлической передач.
Но маховики чувствительны к поворотам и сотрясениям в плоскостях, хороших от плоскости вращения, потому, что наряду с этим появляются огромные гироскопические нагрузки, стремящиеся погнуть ось. Помимо этого, время хранения накопленной энергии довольно мало и в большинстве случаев образовывает от нескольких секунд до нескольких часов.
И еще один недочёт – запасенная маховиком энергия прямо зависит от его скорости вращения, исходя из этого по мере накопления либо отдачи энергии скорость вращения все время изменяется и может быть около десятков тысяч оборотов в 60 секунд. Одновременно с этим в нагрузке частенько требуется стабильная скорость вращения, в большинстве случаев не превышающая нескольких тысяч оборотов в 60 секунд. Исходя из этого чисто механические совокупности энергопередачи на маховик и обратно могут быть через чур сложными. Упростить обстановку может электромеханическая передача с применением мотор-генератора, размещенного на одном валу с маховиком либо связанного с ним твёрдым редуктором. Имеется и другие, более экзотические, но и более действенные способы передачи, в частности вариаторные. [31]
Особенно перспективны супермаховики. Супермаховик является барабаном , намотанный из узких витков металлической, пластиковой ленты, стекловолкна. За счет этого обеспечивается большая прочность на разрыв, исходя из этого современные маховики, изготовленные из углеродных композитов, возможно раскручивать до 22,5 тысяч оборотов в 60 секунд при радиусе около полуметра. [32] Кроме большей энергоемкости, они более надёжны при разных аварий, поскольку в отличие от осколков монолитного маховика, по собственной энергии и разрушительной силе сравнимых с пушечными ядрами, обломки пружины владеют намного меньшей «поражающей свойством» и в большинстве случаев достаточно действенно тормозят лопнувший маховик за счет трения о стены корпуса.
Современные конструкции маховиков с вакуумной магнитным подвесом и камерой вращения супермаховика из кевларового волокна снабжают плотность запасенной энергии до 5 МДж/кг и более, причем смогут сохранять кинетическую энергию семь дней и месяцами. Но до тех пор пока они существуют только в виде экспериментальных экземпляров либо умелых партий. Применение для навивки сверхпрочного «суперкарбонового» волокна разрешит расширить скорость вращения и удельную плотность запасаемой энергии до 2-3 ГДж/кг. Одной раскрутки для того чтобы маховика весом 100-150 кг хватит для пробега в миллион километров и более, т.е. практически на все время судьбы автомобиля. Но цена для того чтобы волокна до тех пор пока многократно превышает цена золота. [33]
Пример: инерционный аккумулятор Уфимцева с механическим приводом, либо легко накопитель Уфимцева (Рисунок 1.3.1), что используется на транспорте.
Что такое геотермальная энергетика??Говорим о геотермальной энергетике??Геотермальная энергия
