První ruské zařízení pro ukládání energie. Obecné informace o mechanických zařízeních pro ukládání energie

Dne 10. listopadu 2015 oznámila ruská společnost Ekomotors vytvoření prvního ruského zařízení pro ukládání energie pro domácnost a podnikání. Pomocí tohoto zařízení můžete snížit náklady na elektřinu a akumulovat „zelenou“ energii ze solárních panelů a větrných generátorů. Vývoj od Ekomotors má řadu unikátních vlastností a svými vlastnostmi je schopen konkurovat známým světovým produktům, jako je Tesla Powerwall.

První domácí zařízení pro ukládání energie (foto: www.ecomotors.ru)

Zařízení pro ukládání energie jsou potřebná pro nepřerušované a vysoce kvalitní dodávky energie do domácností, kanceláří a průmyslových zařízení. S jejich pomocí můžete snížit náklady na energii: akumulujte elektřinu v noci za nízké noční sazby a přes den ji utrácejte z úložného zařízení, nikoli ze sítě. Nový vývoj Ekomotors ve spojení se solárními panely nebo větrným generátorem umožní efektivně akumulovat „zelenou“ energii a využívat ji, když ji spotřebitelé potřebují, a ne když svítí slunce nebo fouká vítr.

Tato zařízení budou také zajímavá pro podniky pro autonomní napájení různých mobilních kanceláří, dílen, prodejních míst a veřejného stravování. Pro energetické společnosti tento produkt může být užitečný pro vytváření místních systémů skladování energie a vyrovnávání špičkových zátěží v rozvodné síti.

Pohon Ekomotors je svými vlastnostmi schopen konkurovat zahraničním analogům, zejména široce propagovanému Powerwallu od Tesla Motors. Nový produkt od Ecomotors akumuluje 7,7 kWh elektřiny, výkon zátěže může dosáhnout 7,5 kW a jeho životnost je denní použití je 10 let. Stejně jako Powerwall umožňuje ruský vývoj připojit několik disků do jednoho systému a tím zvýšit kapacitu. Pouzdro pohonu je určeno pro montáž na stěnu ve dvou polohách – horizontální a vertikální. Toto řešení šetří místo a poskytuje uživatelům více možností umístění zařízení.

Vývoj Ekomotors má přitom vlastnosti, které podobné produkty zatím nemají. K zobrazení informací o aktuálním stavu a provozním režimu disku slouží například běžný tablet s Androidem. Prostřednictvím USB nebo Bluetooth můžete přijímat informace o provozu disku na libovolných zařízeních Android (smartphony, tablety atd.). To zvyšuje použitelnost zařízení a usnadňuje jeho kombinaci s dalšími systémy chytré domácnosti.

Další zajímavostí je koncept vyměnitelných předních panelů, které pasují na hlavní napájecí tělo. Pomocí takových panelů můžete z brutálně vyhlížejícího pohonu udělat designový umělecký objekt. Plánuje se vyvinout a vyrobit několik verzí panelů, které uspokojí vkus různých skupin spotřebitelů. Také výrobci třetích stran mohou začít vyrábět takové panely, které zákazníkům poskytnou více více možností výběr designu vašeho disku.

Zde je to, co o novém produktu řekl Oleg Kononenko, ředitel vývoje společnosti Ekomotors:

„V poslední době jsme zaznamenali nárůst zájmu o malá zařízení pro ukládání energie pro domácí a firemní použití. Proto se v naší společnosti zrodila myšlenka vytvořit produkt, který by tuto potřebu uspokojil. Snažili jsme se pro tento projekt co nejvíce využít ruské komponenty. Zejména baterie hlavním prvkem drive - rozhodli jsme se jej převzít od našeho dlouholetého partnera, ruské společnosti Liotech. Náš produkt ale podle mě není o nic horší, než co předvádějí naši zahraniční kolegové. A v některých ohledech je to ještě lepší."

Elena Davydová, výkonný ředitel Ecomotors poznamenal, že „...takové produkty nejen zlepší naši kvalitu života, energetickou účinnost ruských podniků a podniků, ale také přispějí k rozvoji domácí výroby moderních baterií, výkonové elektroniky a vzniku nových podniků. pomocí zařízení pro ukládání energie nové generace."

V současné době se Ekomotors připravuje na sériovou výrobu nového produktu, která je naplánována na začátek roku 2016. Zájemci z řad kupujících si mohou pohon u Ecomotors předobjednat již nyní a obdrží jej, jakmile začne výroba.

O společnosti "Ekomotors"

Skupina společností Ekomotors vyrábí a prodává elektrická vozidla a zařízení pro zelenou energii od roku 2007. V současné době je skupina Ecomotors jedním z lídrů na ruském trhu elektrické dopravy, který svým zákazníkům a partnerům nabízí široký výběr elektrických vozidel – od elektrokol po elektrobusy. Společnost je oficiálním distributorem a partnerem řady známých zahraničních výrobců elektromobilů a zařízení pro „zelenou“ energii.

Web společnosti: http://www.ecomotors.ru.

Příroda dala člověku různé zdroje energie: slunce, vítr, řeky a další. Nevýhodou těchto generátorů volné energie je nedostatek stability. Proto se v období přebytku energie ukládá do skladovacích zařízení a spotřebovává se v období dočasného poklesu. Zařízení pro ukládání energie se vyznačují následujícími parametry:

  • objem akumulované energie;
  • rychlost jeho akumulace a návratu;
  • specifická gravitace;
  • doby skladování energie;
  • spolehlivost;
  • náklady na výrobu a údržbu a další.

Existuje mnoho způsobů organizace úložných zařízení. Jednou z nejpohodlnějších je klasifikace podle druhu energie použité v akumulačním zařízení a způsobu její akumulace a uvolňování. Zařízení pro ukládání energie jsou rozdělena do následujících hlavních typů:

  • mechanické;
  • tepelný;
  • elektrický;
  • chemikálie.

Potenciální úložiště energie

Podstata těchto zařízení je jednoduchá. Při zvedání břemene dochází k akumulaci potenciální energie, při spouštění dělá užitečná práce. Konstrukční prvky závisí na typu nákladu. Může to být pevná, kapalná nebo granulovaná látka. Konstrukce zařízení tohoto typu je zpravidla extrémně jednoduchá, a proto je vysoká spolehlivost a dlouhá životnost. Doba skladování akumulované energie závisí na trvanlivosti materiálů a může dosáhnout tisíců let. Bohužel taková zařízení mají nízkou měrnou spotřebu energie.

Zařízení pro ukládání mechanické kinetické energie

Ty se ukládají v pohybu jakéhokoli těla. Obvykle se jedná o oscilační nebo translační pohyb.

V oscilačních systémech se soustřeďuje do vratného pohybu těla. Energie je dodávána a vydávána po částech, v čase s pohybem těla. Mechanismus je poměrně složitý a jeho nastavení je vrtkavé. Široce používané v mechanických hodinkách. Množství akumulované energie je obvykle malé a je vhodné pouze pro provoz samotného zařízení.

Úložná zařízení využívající energii gyroskopu

Skladem Kinetická energie soustředěný v rotujícím setrvačníku. Měrná energie setrvačníku výrazně převyšuje energii podobného statického zatížení. Je možné přijímat nebo vysílat významný výkon v krátkém časovém úseku. Doba skladování energie je krátká, u většiny návrhů je omezena na několik hodin. Moderní technologie umožňují prodloužit dobu skladování energie na několik měsíců. Setrvačníky jsou velmi citlivé na otřesy. Energie zařízení je přímo závislá na rychlosti jeho otáčení. Proto se v procesu akumulace a uvolňování energie mění rychlost otáčení setrvačníku. A zatížení zpravidla vyžaduje konstantní nízkou rychlost otáčení.

Slibnějšími zařízeními jsou supersetrvačníky. Jsou vyrobeny z ocelové pásky, syntetického vlákna nebo drátu. Struktura může být hustá nebo mít prázdný prostor. Pokud je volný prostor, závity pásku se posouvají k okraji rotace, mění se moment setrvačnosti setrvačníku a část energie se ukládá do pružiny, která prošla deformací. V takových zařízeních je rychlost otáčení stabilnější než u pevných konstrukcí a jejich energetická náročnost je mnohem vyšší. Navíc jsou bezpečnější.

Moderní setrvačníky jsou vyrobeny z kevlarových vláken. Otáčejí se ve vakuové komoře na magnetickém závěsu. Dokáže udržet energii několik měsíců.

Mechanická úložná zařízení využívající elastické síly

Tento typ zařízení je schopen uchovat obrovskou specifickou energii. Z mechanických pohonů má nejvyšší energetickou náročnost pro zařízení o rozměrech několika centimetrů. Velké setrvačníky s velmi vysokou rychlostí otáčení mají mnohem vyšší energetickou kapacitu, ale jsou velmi zranitelné vnější faktory a mají kratší dobu skladování energie.

Mechanická akumulační zařízení využívající pružinovou energii

Schopný dodat nejvyšší mechanický výkon ze všech tříd ukládání energie. Je omezena pouze silou pružiny. Energie ve stlačené pružině může být uložena po několik desetiletí. V důsledku neustálé deformace se však v kovu hromadí únava a snižuje se kapacita pružiny. Přitom vysoce kvalitní ocelové pružiny mohou za provozních podmínek fungovat stovky let bez znatelné ztráty kapacity.

Funkce pružiny mohou být vykonávány libovolnými elastickými prvky. například jsou desítkykrát lepší než ocelové výrobky, pokud jde o akumulovanou energii na jednotku hmotnosti. Životnost gumy je ale jen pár let kvůli chemickému stárnutí.

Mechanická akumulační zařízení využívající energii stlačených plynů

V tomto typu zařízení se energie ukládá prostřednictvím stlačování plynu. V případě přebytku energie se plyn čerpá pod tlakem do válce pomocí kompresoru. Podle potřeby se stlačený plyn používá k otáčení turbíny nebo elektrického generátoru. Při nízkém výkonu je vhodné místo turbíny použít pístový motor. Plyn v nádobě pod tlakem stovek atmosfér má vysokou měrnou hustotu energie po několik let a za přítomnosti vysoce kvalitních armatur po celá desetiletí.

Skladování tepelné energie

Většina území naší země se nachází v severních oblastech, takže značná část energie je nucena vynakládat na vytápění. V tomto ohledu je nutné pravidelně řešit problém s ukládáním tepla do akumulačního zařízení a jeho v případě potřeby odtud odebírat.

Ve většině případů není možné dosáhnout vysoké hustoty akumulované tepelné energie a nějaké významné doby jejího skladování. Vzhledem k řadě jejich vlastností a vysoké ceně nejsou stávající efektivní zařízení vhodná pro široké použití.

Akumulace díky tepelné kapacitě

Jedná se o jednu z nejstarších metod. Je založen na principu akumulace tepelné energie při zahřívání látky a uvolňování tepla při ochlazení. Konstrukce takových pohonů je extrémně jednoduchá. Může to být kus jakékoli pevné látky nebo uzavřená nádoba s chladicí kapalinou. Akumulátory tepelné energie mají velmi dlouhou životnost, téměř neomezený počet cyklů akumulace a uvolňování energie. Doba skladování však nepřesáhne několik dní.

Skladování elektrické energie

Elektrická energie je její nejpohodlnější formou v moderním světě. Proto se elektrická akumulační zařízení rozšířila a největší rozvoj. Bohužel měrná kapacita levných zařízení je malá a zařízení s velkou měrnou kapacitou jsou příliš drahá a mají krátkou životnost. Zásobníky elektrické energie jsou kondenzátory, ionistory a baterie.

Kondenzátory

Jedná se o nejrozšířenější typ skladování energie. Kondenzátory jsou schopny pracovat při teplotách od -50 do +150 stupňů. Počet cyklů akumulace a uvolňování energie je desítky miliard za sekundu. Zapojením několika kondenzátorů paralelně snadno získáte požadovanou kapacitu. Kromě toho existují proměnné kondenzátory Kapacita těchto kondenzátorů se může měnit mechanicky nebo elektricky nebo teplotou. Nejčastěji lze variabilní kondenzátory nalézt v oscilačních obvodech.

Kondenzátory jsou rozděleny do dvou tříd - polární a nepolární. Životnost polárních (elektrolytických) je kratší než nepolárních jsou více závislé na vnějších podmínkách, ale zároveň mají vyšší měrnou kapacitu.

Jako zařízení pro ukládání energie nejsou kondenzátory příliš úspěšnými zařízeními. Mají malou kapacitu a nízkou měrnou hustotu akumulované energie a doba jejího uložení se počítá v sekundách, minutách, zřídka v hodinách. Kondenzátory se používají především v elektronice a silové elektrotechnice.

Výpočet kondenzátoru obvykle není obtížný. Všechny potřebné informace o různých typech kondenzátorů jsou uvedeny v technických příručkách.

Ionizátory

Tato zařízení zaujímají mezilehlé místo mezi polárními kondenzátory a bateriemi. Někdy se jim říká „superkondenzátory“. V souladu s tím mají obrovský počet stupňů nabíjení a vybíjení, kapacita je větší než kapacita kondenzátorů, ale o něco menší než kapacita malých baterií. Doba skladování energie je až několik týdnů. Ionistory jsou velmi citlivé na teplotu.

Napájecí baterie

Elektrochemické baterie se používají, pokud potřebujete skladovat velké množství energie. Pro tento účel jsou nejvhodnější zařízení na bázi olova. Byly vynalezeny asi před 150 lety. A od té doby k designu baterie nepřibylo nic zásadně nového. Objevilo se mnoho specializovaných modelů, výrazně se zvýšila kvalita komponent a zvýšila se spolehlivost baterie. Je pozoruhodné, že konstrukce baterií vytvořených různými výrobci pro různé účely se liší pouze v drobných detailech.

Elektrochemické baterie se dělí na trakční a startovací. Trakční se používají v elektrických vozidlech, zdrojích nepřerušitelného napájení a elektrickém nářadí. Takové baterie se vyznačují dlouhým, rovnoměrným vybíjením a velkou hloubkou vybíjení. Startovací baterie mohou během krátké doby produkovat vysoký proud, ale hluboké vybití je pro ně nepřijatelné.

Elektrochemické baterie mají omezený počet cyklů nabití a vybití, v průměru od 250 do 2000. I bez použití po několika letech selhávají. Elektrochemické baterie jsou citlivé na teplotu, vyžadují dlouhou dobu nabíjení a přísné dodržování provozních pravidel.

Zařízení je nutné pravidelně dobíjet. Baterie instalovaná ve vozidle se nabíjí za jízdy z generátoru. V zimě to nestačí, studená baterie špatně přijímá náboj a nastartování motoru trvá déle. Proto je nutné baterii dodatečně nabíjet v teplé místnosti speciální nabíječkou. Jednou z významných nevýhod olověných zařízení je jejich velká hmotnost.

Baterie pro zařízení s nízkou spotřebou

Pokud jsou vyžadována lehká mobilní zařízení, pak volte následující typy baterií: nikl-kadmiové, lithium-iontové, metal-hybridní, polymer-iontové. Mají vyšší měrnou kapacitu, ale cena je mnohem vyšší. Používají se v mobilní telefony, notebooky, fotoaparáty, videokamery a další malá zařízení. Odlišné typy baterie se liší svými parametry: počtem nabíjecích cyklů, životností, kapacitou, velikostí atd.

Vysoce výkonné lithium-iontové baterie se používají v elektrických vozidlech a hybridních automobilech. Mají nízkou hmotnost, vysokou specifickou kapacitu a vysokou spolehlivost. Současně jsou lithium-iontové baterie velmi nebezpečné požárem. K požáru může dojít v důsledku zkratu, mechanické deformace nebo zničení pouzdra, porušení podmínek nabíjení nebo vybití baterie. Kvůli vysoké aktivitě lithia je docela obtížné požár uhasit.

Baterie jsou základem mnoha zařízení. Například zařízení pro ukládání energie pro telefon je kompaktní zařízení umístěné v odolném vodotěsném pouzdře. Umožňuje vám nabíjet nebo napájet váš mobilní telefon. Výkonná mobilní úložiště energie jsou schopna nabíjet jakákoli digitální zařízení, dokonce i notebooky. V takových zařízeních jsou zpravidla instalovány vysokokapacitní lithium-iontové baterie. Domácí zařízení pro ukládání energie také vyžadují baterie. Ale to jsou mnohem složitější zařízení. Kromě baterie obsahují nabíječku, řídicí systém a měnič. Zařízení mohou pracovat jak z pevné sítě, tak z jiných zdrojů. Průměrný výstupní výkon je 5 kW.

Zařízení pro skladování chemické energie

Existují „palivo“ a „bezpalivové“ typy úložných zařízení. Vyžadují speciální technologie a často objemné high-tech vybavení. Použité procesy umožňují získávat energii v různých formách. Termochemické reakce mohou probíhat při nízkých i vysokých teplotách. Komponenty pro vysokoteplotní reakce se zavádějí pouze tehdy, když je potřeba získat energii. Před tím jsou uloženy odděleně, na různých místech. Komponenty pro nízkoteplotní reakce jsou obvykle umístěny ve stejné nádobě.

Akumulace energie při výrobě paliva

Tato metoda zahrnuje dvě zcela nezávislé fáze: akumulaci energie („nabíjení“) a její využití („vybíjení“). Tradiční paliva mají zpravidla vysokou měrnou energetickou kapacitu, možnost dlouhodobého skladování a snadné použití. Ale život nestojí na místě. Zavádění nových technologií klade zvýšené nároky na palivo. Problém je řešen zlepšováním stávajících a vytvářením nových, vysokoenergetických druhů paliva.

Plošnému zavádění nových modelů brání nedostatečný vývoj technologických postupů, vysoké nebezpečí požáru a výbuchu v provozu, potřeba vysoce kvalifikovaného personálu, vysoké náklady na technologii.

Skladování chemické energie bez paliva

V tomto typu akumulačního zařízení se energie ukládá přeměnou jedné chemické látky na jinou. Například při zahřátí přechází do nezhašeného stavu. Během „vybíjení“ se nahromaděná energie uvolňuje ve formě tepla a plynu. Přesně to se děje při hašení vápna vodou. K tomu, aby reakce mohla začít, obvykle stačí komponenty spojit. V podstatě se jedná o typ termochemické reakce, pouze k ní dochází při teplotách stovek a tisíců stupňů. Proto je použité zařízení mnohem složitější a dražší.

Strana 10 z 23

Všechny výše diskutované NE měly elektromechanické ovládací zařízení, které určovalo jejich nízkou manévrovatelnost.

Rýže. 2.7. Schémata zapojení NEE:
a - zkrat; b - lineární
Akumulátory elektrické energie (EES) jsou připojeny k EPS přes řízený ventilový měnič*, jehož doba reverzace výkonu je 0,01 s, což určuje jejich vysokou manévrovatelnost a tím i možnost integrovaného použití v EPS.

*Protože akumulace elektrické energie je možná pouze při konstantním proudu.

Mezi zařízení pro ukládání elektrické energie patří:
palivové články (FC);
elektrochemické baterie (EAB);
supravodivá indukční paměťová zařízení (SPIN);
kapacitní paměťová zařízení (EN).
Existují dva způsoby připojení NEI k napájecímu systému - bočníkové a lineární, odpovídající schémata jsou znázorněna na Obr. 2,7, a, b.
Podívejme se blíže na zásobníky elektrické energie.

ovládací zařízení NEE.

Lze jej realizovat pomocí třífázového můstkového obvodu, který má vysokou technickou výkonnost a osvědčil se při provozu stávajících vysokovýkonových měničů. Počet můstků v řídicím zařízení NEE je určen jak skutečně proveditelným výkonem tyristorového můstku, tak provozními úvahami diskutovanými níže.


Rýže. 2.8. Schéma sekvenčního zapojení modulů 12-pulzních měničů, které tvoří řídicí jednotku:
1 - úložný prvek; 2 - spínač; 3- mezifázový reaktor; 4 - můstek převodníku; 5- transformátor; 6 - třífázová síť
Každý most je připojen k AC síti přes samostatný transformátor. Aby byl zajištěn 12pulzní režim konverze, který má oproti šestipulznímu řadu výhod (menší pulsace stejnosměrného napětí, lepší harmonické složení střídavého napětí atd.), sekundární vinutí jedné poloviny el. transformátory jsou zapojeny do „trojúhelníku“ a druhé do „hvězdy“ (obr. 2.8).
Pro zvýšení účiníku napájecího zdroje, určeného úhly regulace a spínání převádějícího zařízení, a také mírou zkreslení průběhu střídavého napětí, jsou na střídavé sběrnice stanice připojena různá kompenzační zařízení - synchronní kompenzátory, synchronní kompenzátory. statické tyristorové kompenzátory, filtrační kompenzační zařízení. Spotřebu jalového výkonu lze snížit rozdělením převodníku na řadu modulů.

Během provozu jsou ovládací úhly všech modulů kromě jednoho udržovány na 0°. Jeden z nich má úhel určený požadovaným napětím. Všechny moduly s nulovým úhlem vyžadují pro spínání pouze minimální jalový výkon.
Na Obr. 2.8 ukazuje možné schéma měniče určeného ke snížení spotřeby jalového výkonu. Převodník je sériové zapojení 12-pulzních modulů obsahujících výkonové transformátory. Každý modul je dimenzován na 4,5 kV a skládá se ze dvou 6-pulzních můstků paralelně propojených s fázově sdruženým reaktorem, který vyrovnává proud. Dva moduly mají proudové hodnoty 50 kA, další dva - 30 a 20 kA. Například při maximálním proudu paměťového zařízení AE poskytuje každý 6-pulzní můstek konstantní proud 25 kA. Pokud je 12pulzní modul zkratován mechanickým spínačem při nulovém napětí a poté odpojen od třífázové sítě, zlepší se celková účinnost měniče, protože bude eliminován úbytek napětí v propustném směru na čtyřech tyristorech zapojených do série. .
Hodnota výstupního činného výkonu NEE musí být určena ve všech režimech jeho provozu systémovými požadavky a nezávisí na měnícím se napětí na samotném AE. Jedním ze způsobů, jak zajistit splnění této podmínky, je nastavení ovládacích úhlů ventilů. Použití řízených měničů jako spojení mezi AE a AC sítí umožňuje, odpovídající změnou úhlů sepnutí ventilů během cyklu nabíjení-vybíjení NEE, implementovat téměř jakýkoli zákon o regulaci výkonu. V tomto případě bude výkon na střídavých napěťových sběrnicích záviset na vztahu mezi napětím na AE a zadním EMF převodníku, určeném hodnotou řídicích úhlů. Tento způsob ovládání má však řadu omezení. Protože výkon konvertorového zařízení NEE může dosáhnout několika stovek megawattů, musí být ramena můstku sestavena ze sériově paralelně zapojených ventilů. Pro omezení přepětí je nutné k nim paralelně zapojit aktivní kapacitní tlumicí obvody. Při hluboké regulaci měničů se na ramenech můstku a jeho jednotlivých ventilech objevují zpětné napěťové rázy. Parametry tlumicích řetězů nutné k jejich omezení se stávají nepřijatelnými kvůli ztrátám výkonu v nich. Při použití jiných ochranných zařízení (například lavinové diody) tento problém Zůstává. Použití tyristorů ve výkonných měničových instalacích dále zvyšuje počet ventilů v ramenech můstku a klade přísnější požadavky na jejich ochranná zařízení.


Rýže. 2.9. Spínací obvod měničů řídící jednotky


Rýže. 2.10. Vnější charakteristiky měniče
Naproti tomu u hluboké symetrické regulace vlivem fázového posunu proudu vůči napětí na staničních sběrnicích převažuje jalová složka výkonu.

K jeho kompenzaci je potřeba nepřijatelně velký výkon kompenzačních zařízení (v limitu rovnající se výkonu stanice). Tyto okolnosti znesnadňují regulaci v širokém rozsahu ovládacích úhlů. Jejich hodnoty lze zvýšit použitím střídavého řízení měničů, kdy jedna část můstků pracuje v usměrňovacím režimu a druhá v invertorovém režimu. S takto asymetrickým regulačním zákonem je možné rozšířit regulační mez výstupního napětí měniče při přijatelném staničním účiníku. Je však zřejmě nemožné zcela přiřadit regulační funkci NEE k regulaci úhlů sepnutí ventilů. Je vhodné jej kombinovat s jinými způsoby zajištění nezávislosti napájení na sběrnicích EE na napětí na AE.
Na Obr. Na obrázku 2.9 je schéma řídicí jednotky NEE (pro případ, kdy se převodník stanice skládá ze dvou můstků), která umožňuje přepínáním můstků měnit zadní EMF převodníku (v závislosti na napětí na AE). z paralelního připojení na sériové připojení při nabíjení NEE a naopak při jeho hodnost. Je použitelný pro libovolný počet převaděčových můstků ve stanici. Anoda každého můstku musí být připojena přes spínací zařízení k anodě a katodě předchozího můstku podél proudové cesty a anodě následujícího a katoda - k anodě a katodě dalšího můstku podél proudové dráhy a katoda předchozí.
Uvažujme provoz NEE v inverzním režimu, protože právě v tomto režimu je důležité zajistit, aby napájení na sběrnicích pohonu bylo nezávislé na napětí na AE.
Uvažujme vnější charakteristiku měniče pro případ, kdy je hodnota činného výkonu na střídavých sběrnicích udržována blízko konstantní. V počátečním okamžiku (při maximálním AE napětí) převodník pracuje se sériově zapojenými můstky. Udržení daného vybíjecího proudu je zajištěno úpravou úhlů ovládání měniče (body 1-2 na obr. 2.10). V okamžiku, kdy napětí na AE poklesne na hodnotu, na které je možné tuto hodnotu proudu udržet provozem jednoho můstku (bod 2), jsou můstky přepnuty ze sériového zapojení na paralelní, což odpovídá přechod z bodu 2 vnější charakteristiky měničů do bodu 3. V tomto případě se proudy protékající měničovými můstky a následně ani proud a výkon stanice na střídavých sběrnicích nemění, protože primární vinutí transformátory jsou zapojeny paralelně. Poloha bodu 4 je určena procentem nedostatečného využití AE.
Celkový počet můstků stanic by měl být určen přípustným limitem pro nastavení regulačních úhlů ventilů a stanoveným faktorem využití AE. Obvod (viz obr. 2.9) je konstruován tak, že v inverzním režimu při spínání nedochází k odpojování stanic od EPS a spínací zařízení nepřerušují provozní stejnosměrný proud. Proto jejich výroba nezpůsobí další potíže. Krátkodobá přetížení můstků při spínání nepřekračuje přípustná pro stejnosměrné převodníky.
Popsané schéma v kombinaci s regulací úhlů ovládání ventilů umožňuje udržovat požadovaný činný výkon dodávaný stanicí až do úplného vybití aktivního prvku bez přerušení napájení. S jeho pomocí je možné zajistit nezávislost odebíraného činného výkonu na napětí na AE a v jeho nabíjecím režimu (kdy můstky pracují v režimu usměrňovače), avšak s odpojenou stanicí od EPS po dobu rekomutací. .
Další možností, jak regulovat výkon OZE, je připojení AE k měniči stanice po částech. K tomu musí být AE rozdělen na sekce, z nichž každá je nezávisle na sobě připojena ke stejnosměrným sběrnicím převodníku. V tomto případě výkon stanice kolísá kolem dané průměrné hodnoty; plně nabité nebo vybité sekce je nutné před opětovným připojením od měniče odpojit. Dostatečně jemná fragmentace AE na sekce v kombinaci s regulací regulačních úhlů převodníku sníží na přijatelnou úroveň nerovnoměrnou změnu činného výkonu AE v průběhu pracovního cyklu.
Další známé způsoby regulace nabíjecích a vybíjecích obvodů kondenzátorových baterií (použití transformátorů s regulací napětí pod zátěží, přepínání bateriových kondenzátorů ze sériového na paralelní zapojení a naopak, připojení měničů k AC síti přes indukčně-kapacitní statické měniče, použití kompenzovaných měničů jako převodní zařízení s umělým spínáním ventilového proudu atd.) vyžadují zvláštní pozornost.
NPS s řídicím zařízením na bázi 12pulzního měniče tedy při použití výše diskutovaných metod splní všechny požadavky na špičkové zdroje výkonu v EPS.
Přejděme nyní k úvahám o možných typech akumulačních zařízení pro neelektrické zdroje energie.
Elektrochemická zařízení pro ukládání energie. Elektrochemické zásobníky energie nebo elektrochemické baterie jsou jedním z nejběžnějších typů zásobníků.
Elektrochemická baterie (ECB) se skládá z mnoha článků zapojených sériově a paralelně. Nabíjí se mimo špičku a vybíjí se během špičky. Během nabíjecího procesu se elektrická energie přeměňuje elektrochemicky na chemickou energii. Při vybíjení se nahromaděná energie uvolňuje v reverzní reakci. Pro zlepšení EAB bylo vykonáno mnoho práce. Ukázalo se, že olověné baterie lze použít i v elektrárnách. Náklady na takové prvky jsou však vysoké. Nové typy baterií jsou založeny na využití chemických reakcí materiálů jako zinek, síra, sodík atd., které jsou dostupné v dostatečném množství a jsou relativně levné. Testy zinkochloridových baterií pracujících při nízkých teplotách poskytují povzbudivé výsledky. Baterie, které ke svému provozu vyžadují vyšší teploty, zahrnují sodík-síru a lithium-síru. Zvláště úspěšné jsou laboratorní testy sodno-sírové EAB.
Charakteristiky perspektivních typů baterií pro vyrovnávání zátěžových špiček jsou uvedeny v tabulce. 2.3.
Elektrochemické baterie mají účinnost dosahující 65-70%. Očekává se, že perspektivní baterie budou mít životnost cca 20 let s konkrétními kapitálovými investicemi do instalace cca 150 dolarů/kW a měrnou energetickou náročností 250 kWh/m3.
Nevýhody EAB jsou omezený počet cyklů nabití a vybití (ne více než 500), krátká doba skladování energie a negativní dopad na životní prostředí.
Tabulka 2.3


Materiál použitý jako katoda, anoda

Elektrolyt

Teplota, °C

Možný
hustota
energie,
Wh/kg

Možný
hustota
Napájení,
W/kg

Oxid olovnatý

Zinek - chlór

Vodní roztok

Sodík - síra

Lithium - síra

Ekologie vědění a technologie: V souvislosti s aktivním rozvojem nových technologií v energetice jsou akumulační zařízení elektřiny známým trendem. Jedná se o kvalitní řešení problému s výpadky elektřiny nebo úplným nedostatkem energie.

Je tu otázka: "Jaký způsob skladování energie je v dané situaci výhodnější?". Jaký způsob skladování energie bych si měl například vybrat pro soukromý dům nebo chatu vybavenou solární nebo větrnou instalací? Je zřejmé, že v tomto případě nikdo nepostaví velkou přečerpávací stanici, ale je možné nainstalovat velkou nádrž a zvýšit ji do výšky 10 metrů. Bude však taková instalace stačit k udržení stálého napájení při nepřítomnosti slunce?

Pro zodpovězení otázek, které vyvstávají, je nutné vyvinout některá kritéria pro hodnocení baterií, která nám umožní získat objektivní hodnocení. A k tomu je třeba vzít v úvahu různé parametry pohonu, které vám umožní získat číselné odhady.

Kapacita nebo akumulovaný poplatek?

Když se mluví nebo píše o autobateriích, často zmiňují hodnotu zvanou kapacita baterie a vyjádřenou v ampérhodinách (u malých baterií - v miliampérhodinách). Ale přísně vzato, ampérhodina není jednotkou kapacity. V elektrické teorii se kapacita měří ve faradech. A ampérhodina je jednotka měření náboje! To znamená, že akumulovaný náboj by měl být považován (a nazýván tak) jako charakteristika baterie.

Ve fyzice se náboj měří v coulombech. Coulomb je množství náboje procházejícího vodičem při proudu 1 ampér za jednu sekundu. Protože 1 C/s se rovná 1 A, pak převodem hodin na sekundy zjistíme, že jedna ampérhodina bude rovna 3600 C.

Je třeba poznamenat, že i z definice coulombu je zřejmé, že náboj charakterizuje určitý proces, a to proces průchodu proudu vodičem. Totéž dokonce vyplývá z názvu další veličiny: jedna ampérhodina je, když vodičem po dobu jedné hodiny protéká proud o velikosti jednoho ampéru.

Na první pohled se může zdát, že je zde nějaká nesrovnalost. Koneckonců, pokud mluvíme o úsporách energie, pak by se energie nahromaděná v jakékoli baterii měla měřit v joulech, protože joule ve fyzice je jednotka měření energie. Ale připomeňme si, že proud ve vodiči vzniká pouze tehdy, když je na koncích vodiče rozdíl potenciálů, to znamená, že na vodič je přivedeno napětí. Pokud je napětí na svorkách baterie 1 volt a vodičem protéká náboj o velikosti jedné ampérhodiny, zjistíme, že baterie dodala energii 1 V · 1 Ah = 1 Wh.

Ve vztahu k bateriím je tedy správnější mluvit o akumulované energii (uložená energie) nebo akumulovaném (uloženém) náboji. Nicméně, protože termín „kapacita baterie“ je rozšířený a jaksi známější, budeme ho používat, ale s určitým upřesněním, konkrétně budeme hovořit o energetické kapacitě.

Energetická kapacita - energie vydávaná plně nabitou baterií při vybití na nejnižší přípustnou hodnotu.

Pomocí tohoto konceptu se pokusíme přibližně vypočítat a porovnat energetickou kapacitu různé typy zařízení pro ukládání energie.

Energetická kapacita chemických baterií

Plně nabitá elektrická baterie s udávanou kapacitou (nabitím) 1 Ah je teoreticky schopna dodávat proud 1 ampér po dobu jedné hodiny (nebo např. 10 A po dobu 0,1 hodiny nebo 0,1 A po dobu 10 hodin) . Příliš velký vybíjecí proud baterie však vede k méně účinnému dodávání energie, což nelineárně zkracuje dobu provozu s takovým proudem a může vést k přehřátí. V praxi se kapacita baterie vypočítává na základě 20hodinového vybíjecího cyklu na konečné napětí. U autobaterií je to 10,8 V. Například nápis na štítku baterie „55 Ah“ znamená, že je schopna dodávat proud 2,75 ampér po dobu 20 hodin a napětí na svorkách neklesne pod 10,8 IN .

Výrobci baterií často v technických specifikacích svých produktů uvádějí uloženou energii ve Wh (Wh), spíše než uloženou energii v mAh (mAh), což obecně řečeno není správné. Výpočet akumulované energie z akumulovaného náboje není v obecném případě snadný: vyžaduje integraci okamžitého výkonu dodávaného baterií po celou dobu jejího vybití. Pokud není potřeba větší přesnost, můžete místo integrace použít průměrné hodnoty spotřeby napětí a proudu a použít vzorec:

1 Wh = 1 V 1 Ah.

To znamená, že uložená energie (ve Wh) se přibližně rovná součinu uloženého náboje (v Ah) a průměrného napětí (ve voltech): E = q · U. Pokud je například kapacita (v obvyklém smyslu) 12voltové baterie uváděna na 60 Ah, pak bude akumulovaná energie, tedy její energetická kapacita, 720 W hodin.

Energetická kapacita gravitačních zásobníků energie

V jakékoli učebnici fyziky se můžete dočíst, že práce A vykonaná nějakou silou F při zvednutí tělesa o hmotnosti m do výšky h se vypočítá podle vzorce A = m · g · h, kde g je tíhové zrychlení. Tento vzorec nastává v případě, kdy se těleso pohybuje pomalu a třecí síly lze zanedbat. Práce proti gravitaci nezávisí na tom, jak tělo zvedáme: vertikálně (jako závaží na hodinkách), podél nakloněné roviny (jako když táhneme saně na horu) nebo jakkoli jinak.

Ve všech případech je práce A = m · g · h. Při spouštění tělesa do původní úrovně vyvine gravitační síla stejnou práci, jakou vynaložila síla F na zvednutí tělesa. To znamená, že při zvedání tělesa jsme nastřádali práci rovnou m · g · h, tj. zvednuté těleso má energii rovnou součinu gravitační síly působící na toto těleso a výšky, do které je zvednuto. Tato energie nezávisí na dráze, po které se vzestup uskutečnil, ale je určena pouze polohou těla (výškou, do které je zvednuto nebo rozdílem výšek mezi počáteční a konečnou polohou těla) a je tzv. potenciální energie.

Pomocí tohoto vzorce odhadněme energetickou kapacitu masy vody načerpané do nádrže o objemu 1000 litrů, vyvýšené 10 metrů nad úrovní terénu (nebo nad úrovní hydrogenerátorové turbíny). Předpokládejme, že nádrž má tvar krychle o délce hrany 1 m. Pak podle vzorce v Landsbergově učebnici A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/. s2. Ale 1 kg m2/s2 se rovná 1 joulu a po přepočtu na watthodiny dostaneme pouze 28,583 watthodin. To znamená, že pro získání energetické kapacity rovnající se kapacitě běžné elektrické baterie 720 watthodin je třeba zvýšit objem vody v nádrži 25,2krát.

Nádrž bude muset mít délku žebra přibližně 3 metry. Jeho energetická kapacita se přitom bude rovnat 845 watthodinám. To je více než kapacita jedné baterie, ale instalační objem je výrazně větší než velikost běžné olověno-zinkové autobaterie. Toto srovnání naznačuje, že má smysl uvažovat nikoli uloženou energii v určitém systému – energii jako takovou, ale ve vztahu k hmotnosti nebo objemu daného systému.

Specifická energetická kapacita

Došli jsme tedy k závěru, že je vhodné korelovat energetickou kapacitu s hmotností nebo objemem akumulačního zařízení, případně samotného nosiče, například vody nalité do nádrže. Lze uvažovat o dvou ukazatelích tohoto druhu.

Hmotnostně specifickou energetickou kapacitu budeme označovat jako energetickou kapacitu úložného zařízení dělenou hmotností tohoto úložného zařízení.

Objemová měrná energetická kapacita bude energetická kapacita akumulačního zařízení dělená objemem tohoto akumulačního zařízení.

Příklad. Olověný akumulátor Panasonic LC-X1265P, určený pro 12 voltů, má nabíjení 65 ampérhodin, váží 20 kg. a rozměry (DxŠxV) 350 · 166 · 175 mm. Jeho životnost při t = 20 C je 10 let. Jeho hmotnostně měrná energetická náročnost tedy bude 65 · 12 / 20 = 39 watthodin na kilogram a objemová měrná energetická náročnost bude 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 watthodin na decimetr krychlový resp. 0,0767 kWh na metr krychlový.

Pro gravitační akumulační zařízení založené na vodní nádrži o objemu 1000 litrů, diskutované v předchozí části, bude měrná hmotnostní energetická náročnost pouze 28,583 watthodin/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, což je 1363krát méně než je hmotnostní energetická náročnost olovo-zinkové baterie. A přestože může být životnost gravitačního zásobníku výrazně delší, z praktického hlediska se zásobník jeví jako méně atraktivní než akumulátor.

Podívejme se ještě na pár příkladů zařízení pro ukládání energie a zhodnoťme jejich měrnou energetickou náročnost.

Energetická kapacita tepelného akumulátoru

Tepelná kapacita je množství tepla, které těleso absorbuje, když se zahřeje o 1 °C. Podle toho, ke které kvantitativní jednotce tepelná kapacita náleží, se rozlišuje tepelná kapacita hmotnostní, objemová a molární.

Hmotnostní měrná tepelná kapacita, také jednoduše nazývaná měrná tepelná kapacita, je množství tepla, které musí být dodáno na jednotku hmotnosti látky, aby se zahřálo na jednotku teploty. V SI se měří v joulech děleno kilogramy na kelvin (J kg−1 K−1).

Objemová tepelná kapacita je množství tepla, které musí být dodáno jednotkovému objemu látky, aby se zahřála na jednotku teploty. V SI se měří v joulech na metr krychlový na kelvin (J m−3 K−1).

Molární tepelná kapacita je množství tepla, které musí být dodáno 1 molu látky, aby se zahřálo na jednotku teploty. V SI se měří v joulech na mol na kelvin (J/(mol K)).

Krtek je jednotka měření množství látky v mezinárodní soustavě jednotek. Mol je množství látky v systému obsahujícím stejný počet strukturních prvků, jako je atomů v uhlíku-12 o hmotnosti 0,012 kg.

Měrná tepelná kapacita je ovlivněna teplotou látky a dalšími termodynamickými parametry. Například měření měrné tepelné kapacity vody poskytne různé výsledky při 20 °C a 60 °C. Kromě toho měrná tepelná kapacita závisí na tom, jak se termodynamické parametry látky (tlak, objem atd.) mohou měnit; například měrná tepelná kapacita při konstantním tlaku (CP) a při konstantním objemu (CV) se obecně liší.

Přechod látky z jednoho stavu agregace do druhého je doprovázen náhlou změnou tepelné kapacity v určitém teplotním bodě přeměny pro každou látku - bod tání (přechod pevné látky v kapalinu), bod varu (přechod kapalina na plyn) a podle toho teploty obrácených přeměn: mrazu a kondenzace .

Specifické tepelné kapacity mnoha látek jsou uvedeny v referenčních knihách, obvykle pro proces při konstantním tlaku. Například měrná tepelná kapacita kapalné vody za normálních podmínek je 4200 J/(kg K); led - 2100 J/(kg K).

Na základě prezentovaných údajů můžete zkusit odhadnout tepelnou kapacitu vodního akumulátoru tepla (abstrakt). Předpokládejme, že hmotnost vody v něm je 1000 kg (litrů). Zahřejeme na 80 °C a necháme vydávat teplo, dokud nevychladne na 30 °C. Pokud si nelámete hlavu s tím, že tepelná kapacita je při různých teplotách různá, můžeme předpokládat, že tepelný akumulátor vydá 4200 * 1000 * 50 J tepla. To znamená, že energetická kapacita takového tepelného akumulátoru je 210 megajoulů nebo 58,333 kilowatthodin energie.

Porovnáme-li tuto hodnotu s energetickým nabitím běžné autobaterie (720 watthodin), vidíme, že energetická kapacita příslušného tepelného akumulátoru se rovná energetické kapacitě přibližně 810 elektrických baterií.

Měrná hmotnostní energetická náročnost takového tepelného akumulátoru (i bez zohlednění hmotnosti nádoby, ve které bude ohřátá voda skutečně akumulována, a hmotnosti tepelné izolace) bude 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. To se již ukázalo být vyšší než hmotnostní energetická náročnost olověně-zinkové baterie, která se rovná, jak bylo vypočteno výše, 39 Wh/kg.

Objemovou měrnou energetickou kapacitou je tepelný akumulátor podle hrubých propočtů srovnatelný s běžnou autobaterií, jelikož kilogram vody je decimetr objemu, proto je jeho objemová měrná energetická kapacita rovněž rovna 76,7 Wh/kg, což přesně se shoduje s objemovou měrnou tepelnou kapacitou olověného akumulátoru. Pravda, při výpočtu pro akumulátor tepla jsme brali v úvahu pouze objem vody, i když by bylo potřeba počítat i s objemem nádrže a tepelnou izolací. Ale v žádném případě nebude ztráta tak velká jako u gravitačního úložiště.

Jiné typy zařízení pro ukládání energie

V článku „Přehled zásobníků energie (akumulátorů)“ jsou uvedeny výpočty měrné energetické náročnosti některých dalších zásobníků energie. Vypůjčíme si odtud několik příkladů

Skladování kondenzátoru

Při kapacitě kondenzátoru 1 F a napětí 250 V bude akumulovaná energie: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 W h. Pokud použijete elektrolytické kondenzátory, jejich hmotnost může být 120 kg. Měrná energie akumulačního zařízení je 0,26 kJ/kg nebo 0,072 W/kg. Během provozu může pohon poskytnout zátěž nejvýše 9 W po dobu jedné hodiny. Životnost elektrolytických kondenzátorů může dosáhnout 20 let. Z hlediska hustoty energie se ionistory blíží chemickým bateriím. Výhody: akumulovaná energie může být využita během krátké doby.

Akumulátory s gravitačním pohonem

Nejprve zvedneme těleso o hmotnosti 2000 kg do výšky 5 m. Poté se těleso působením gravitace spustí dolů a roztočí elektrický generátor. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 W h. Měrná energetická kapacita 0,0138 W h/kg. Během provozu může pohon poskytnout zátěž nejvýše 28 W po dobu jedné hodiny. Životnost pohonu může být 20 let i více.

výhody: akumulovaná energie může být během krátké doby využita.

Setrvačník

Energii uloženou v setrvačníku zjistíme pomocí vzorce E = 0,5 J w2, kde J je moment setrvačnosti rotujícího tělesa. Pro válec o poloměru R a výšce H:

J = 0,5 pr R4H

kde r je hustota materiálu, ze kterého je válec vyroben.

Limitní lineární rychlost na obvodu setrvačníku Vmax (přibližně 200 m/s pro ocel).

Vmax = wmax R nebo wmax = Vmax /R

Potom Emax = 0,5 J w2max = 0,25 p r R2 H V2max = 0,25 M V2max

Měrná energie bude: Emax /M = 0,25 V2max

Pro ocelový válcový setrvačník je maximální měrný energetický obsah přibližně 10 kJ/kg. Pro setrvačník o hmotnosti 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m) může být maximální akumulovaná energie 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,278 kW Během provozu může pohon poskytnout zátěž nejvýše 280 W po dobu jedné hodiny. Životnost setrvačníku může být 20 let i více. Výhody: naakumulovanou energii lze krátkodobě využít, lze výrazně zlepšit výkon.

Super setrvačník

Super setrvačník na rozdíl od běžných setrvačníků umí Designové vlastnosti teoreticky uložit až 500 Wh na kilogram hmotnosti. Z nějakého důvodu se však vývoj supersetrvačníků zastavil.

Pneumatický akumulátor

Vzduch pod tlakem 50 atmosfér je čerpán do ocelové nádrže o objemu 1 m3. Aby tento tlak vydržel, musí mít stěny nádrže tloušťku přibližně 5 mm. K práci se používá stlačený vzduch. V izotermickém procesu je práce A vykonaná ideálním plynem během expanze do atmosféry určena vzorcem:

A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1)

kde M je hmotnost plynu, m je molární hmotnost plynu, R je univerzální plynová konstanta, T je absolutní teplota, V1 je počáteční objem plynu, V2 je konečný objem plynu. Vezmeme-li v úvahu stavovou rovnici pro ideální plyn (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) pro tuto implementaci zásobníku V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol deg), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, práce na plynu při expanzi 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · hodina za cyklus. Hmotnost pohonu je přibližně 250 kg. Měrná energie bude 80 kJ/kg. Během provozu může pneumatické akumulační zařízení poskytnout zatížení nejvýše 5,5 kW po dobu jedné hodiny. Životnost pneumatického akumulátoru může být 20 let i více.

Výhody: zásobník lze umístit pod zemí, standardní plynové lahve v požadovaném množství s příslušným vybavením lze použít jako zásobník, při použití větrného motoru může tento přímo pohánět čerpadlo kompresoru, je dostatek velký počet zařízení, která přímo využívají energii stlačeného vzduchu.

Srovnávací tabulka některých zařízení pro ukládání energie

Shrňme všechny výše uvedené hodnoty parametrů akumulace energie do souhrnné tabulky. Nejprve si ale všimněme, že měrná energetická náročnost nám umožňuje porovnávat akumulační zařízení s klasickým palivem.

Hlavní charakteristikou paliva je jeho spalné teplo, tzn. množství tepla uvolněného během úplného spalování. Rozlišuje se měrné spalné teplo (MJ/kg) a objemové teplo (MJ/m3). Přepočtem MJ na kWh dostaneme:

Palivo Energetická kapacita (kWh/kg)
Palivové dříví 2,33-4,32
Roponosná břidlice 2,33 – 5,82
Rašelina 2,33 – 4,66
Hnědé uhlí 2,92 -5,82
Uhlí OK. 8.15
Antracit 9,08 – 9,32
Olej 11,63
Benzín 12,8 kWh/kg, 9,08 kWh/litr

Jak vidíme, měrná energetická náročnost paliva výrazně převyšuje energetickou náročnost energetických zásobníků. Vzhledem k tomu, že dieselagregáty jsou často využívány jako záložní zdroj energie, zahrneme do výsledné tabulky energetickou náročnost motorové nafty, která se rovná 42624 kJ/kg nebo 11,84 kW-hod/kg. A pro srovnání přidejte zemní plyn a vodík, protože ten může také sloužit jako základ pro vytváření zařízení pro skladování energie.

Měrný hmotnostní energetický obsah lahvového plynu (propan-butan) je 36 mJ/kg. nebo 10 kWh/kg a pro vodík - 33,58 kWh/kg.

Výsledkem je následující tabulka s parametry uvažovaných zařízení pro ukládání energie (poslední dva řádky v této tabulce byly přidány pro srovnání s tradičními nosiči energie):

Zásobárna energie Charakteristika možného
implementace pohonu
Naskladněno
energie, kWh
Specifická energetická kapacita,
W h/kg
Maximální provozní doba
pro zátěž 100 W, minut
Objemová měrná energetická náročnost,
W h/dm3
Život,
let
Koprovy Hmotnost beranidla 2 t, výška
zdvih 5m
0,0278 0.0139 16,7 2,78/objem beranidla v dm více než 20
Hydraulická gravitace Hmotnost vody 1000 kg, čerpací výška 10 m 0,0286 0,0286 16,7 0,0286 více než 20
Kondenzátor Kapacita baterie 1 F,
napětí 250 V, hmotnost 120 kg
0,00868 0.072 5.2 0,0868 až 20
Setrvačník Ocelový setrvačník o hmotnosti 100 kg, průměr 0,4 m, tloušťka 0,1 m 0,278 2,78 166,8 69,5 více než 20
Olověná baterie Kapacita 190 Ah, výstupní napětí 12 V, hmotnost 70 kg 1,083 15,47 650 60-75 3 … 5
Pneumatický Ocelová nádrž o objemu 1 m3 o hmotnosti 250 kg se stlačeným vzduchem pod tlakem 50 atmosfér 0,556 22,2 3330 0,556 více než 20
Tepelný akumulátor Objem vody 1000 l., ohřátá na 80 °C, 58,33 58,33 34998 58,33 až 20
Vodíkový válec Objem 50 l., hustota 0,09 kg/m³, kompresní poměr 10:1 (hmotnost 0,045 kg) 1,5 33580 906,66 671600 více než 20
Propan-butanová láhev Objem plynu 50 l, hustota 0,717 kg/m³, kompresní poměr 10:1 (hmotnost 0,36 kg) 3,6 10000 2160 200000 více než 20
Kanystr na naftové palivo Objem 50 l. (= 40 kg) 473,6 11840 284160 236800 více než 20

Údaje uvedené v této tabulce jsou velmi přibližné, výpočty nezohledňují mnoho faktorů, například účinnost generátoru, který využívá uloženou energii, objem a hmotnost potřebného zařízení a podobně. Tyto údaje však podle mého názoru umožňují provést prvotní posouzení potenciální energetické náročnosti různých typů zásobníků energie.

A jak vyplývá z tabulky výše, nejvíce efektní vzhled Zásobník představuje válec s vodíkem. Pokud se k výrobě vodíku použije „volná“ (přebytečná) energie z obnovitelných zdrojů, pak se jako nejslibnější může ukázat zásobník vodíku.

Vodík lze použít jako palivo v běžném spalovacím motoru, který bude pohánět elektrický generátor, nebo ve vodíkových palivových článcích, které přímo vyrábějí elektřinu. Otázka, která metoda je ziskovější, vyžaduje samostatné posouzení. Bezpečnostní otázky při výrobě a používání vodíku mohou být upraveny při zvažování proveditelnosti použití jednoho nebo druhého typu zařízení pro skladování energie. zveřejněno

Přidejte se k nám



Líbil se vám článek? Sdílej se svými přáteli!