Loodus andis inimesele mitmesuguseid energiaallikaid: päike, tuul, jõed ja muud. Nende tasuta energia generaatorite puuduseks on stabiilsuse puudumine. Seetõttu hoitakse seda liigse energia perioodidel salvestusseadmetes ja kulutatakse ajutise majanduslanguse perioodidel. Energiasalvestusseadmeid iseloomustavad järgmised parameetrid:
- salvestatud energia hulk;
- selle kogunemise ja tagastamise kiirus;
- erikaal;
- energia salvestamise aeg;
- usaldusväärsus;
- tootmis- ja hoolduskulud ja muud.
Sõite korraldamiseks on palju võimalusi. Üks mugavamaid on klassifitseerimine salvestusseadmes kasutatava energia tüübi ning selle kogumise ja tagastamise meetodi järgi. Energiasalvestusseadmed jagunevad järgmisteks põhitüüpideks:
- mehaaniline;
- termiline;
- elekter;
- keemiline.
Potentsiaalse energia kogunemine
Nende seadmete olemus on lihtne. Koorma tõstmisel akumuleerub potentsiaalne energia, langetamisel teeb kasulikku tööd. Disaini omadused sõltuvad lasti tüübist. See võib olla tahke, vedel võilahtine aine. Reeglina on seda tüüpi seadmete konstruktsioonid äärmiselt lihtsad, sellest ka kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga. Salvestatud energia säilivusaeg sõltub materjalide vastupidavusest ja võib ulatuda aastatuhandeteni. Kahjuks on sellistel seadmetel madal energiatihedus.
Kineetilise energia mehaaniline salvestamine
Nendes seadmetes salvestatakse energiat keha liikumises. Tavaliselt on see võnkuv või translatiivne liikumine.
Kineetiline energia võnkesüsteemides on koondunud keha edasi-tagasi liikumisele. Energia tarnitakse ja tarbitakse osade kaupa, keha liikumisega ajas. Mehhanism on seadistamisel üsna keeruline ja kapriisne. Laialdaselt kasutatav mehaanilistes kellades. Salvestatud energia hulk on tavaliselt väike ja sobib ainult seadme enda tööks.
Güroskoobiga salvestusseadmed
Kineetilise energia varu on koondunud pöörlevasse hoorattasse. Hooratta erienergia ületab oluliselt sarnase staatilise koormuse energiat. Lühikese aja jooksul on võimalik vastu võtta või väljastada märkimisväärset võimsust. Energia salvestamise aeg on lühike ja enamiku disainilahenduste puhul on see piiratud mõne tunniga. Kaasaegsed tehnoloogiad võimaldavad energia salvestamise aega viia mitme kuuni. Hoorattad on löökide suhtes väga tundlikud. Seadme energia sõltub otseselt selle pöörlemiskiirusest. Seetõttu muutub energia kogunemise ja tagastamise protsessis hooratta pöörlemiskiirus. Ja sellise koormuse jaoksreeglina on vajalik konstantne väike pöörlemiskiirus.
Lootavamad seadmed on superhoorattad. Need on valmistatud teraslindist, sünteetilisest kiust või traadist. Kujundus võib olla tihe või tühja ruumiga. Vaba ruumi olemasolul liiguvad lindi mähised pöörlemise perifeeriasse, muutub hooratta inertsimoment, osa energiast salvestub deformeerunud vedrusse. Sellistes seadmetes on pöörlemiskiirus stabiilsem kui tahkete konstruktsioonide puhul ja nende energiatarve on palju suurem. Need on ka turvalisemad.
Kaasaegsed superhoorattad on valmistatud kevlarkiust. Need pöörlevad vaakumkambris magnetsuspensioonil. Võimalik salvestada energiat mitu kuud.
Mehaaniline ladustamine elastsete jõudude abil
Seda tüüpi seade on võimeline salvestama tohutul hulgal erienergiat. Mehaanilistest ajamitest on sellel kõige suurem energiamahukus seadmete puhul, mille mõõtmed on mitu sentimeetrit. Väga suure pöörlemiskiirusega suurtel hooratastel on palju suurem energiasisaldus, kuid need on välismõjude suhtes väga tundlikud ja neil on lühem energia salvestamise aeg.
Kevadenergia mehaaniline salvestamine
Võimeline tagama mis tahes energiasalvestusklassi suurima mehaanilise võimsuse. Seda piirab ainult vedru tõmbetugevus. Kokkusurutud vedru energiat saab salvestada mitu aastakümmet. Pideva deformatsiooni tõttu koguneb aga metalli väsimus ja vedru kandevõimeväheneb. Samal ajal võivad kvaliteetsed terasvedrud õigetes töötingimustes töötada sadu aastaid ilma märkimisväärse võimsuse vähenemiseta.
Vedrufunktsioone saab täita mis tahes elastsete elementide abil. Näiteks kummiribad on kümneid kordi paremad kui terastooted, arvestades salvestatud energiat massiühiku kohta. Kuid keemilise vananemise tõttu on kummi kasutusiga vaid paar aastat.
Mehaanilised salvestusseadmed, mis kasutavad kokkusurutud gaaside energiat
Seda tüüpi seadmetes salvestatakse energiat gaasi kokkusurumisel. Üleliigse energia juuresolekul pumbatakse gaas surve all kompressori abil silindrisse. Vastav alt vajadusele kasutatakse surugaasi turbiini või elektrigeneraatori keeramiseks. Väikese võimsuse korral on soovitatav kasutada turbiini asemel kolbmootorit. Sadade atmosfääride rõhu all olevas anumas on gaasil kõrge erienergia tihedus mitu aastat ja kvaliteetsete liitmike korral aastakümneid.
Soojusenergia salvestamine
Suurem osa meie riigi territooriumist asub põhjapoolsetes piirkondades, seega on oluline osa energiast sunnitud kulutama küttele. Sellega seoses on vaja regulaarselt lahendada probleem, mis seisneb soojuse ajamis hoidmises ja vajadusel selle se alt väljavõtmises.
Enamikul juhtudel ei ole võimalik saavutada salvestatud soojusenergia suurt tihedust ja selle olulisi säilivusperioode. Olemasolevad tõhusad seadmedmõne selle funktsiooni ja kõrge hinna tõttu ei sobi laialdaseks kasutamiseks.
Soojusmahtuvuse tõttu hoiustamine
See on üks iidsemaid viise. See põhineb soojusenergia akumuleerumisel aine kuumutamisel ja soojusülekande põhimõttel selle jahutamisel. Selliste draivide disain on äärmiselt lihtne. See võib olla mis tahes tahke aine tükk või suletud anum vedela jahutusvedelikuga. Soojusakumulaatoritel on väga pikk kasutusiga, peaaegu piiramatu arv energia kogumise ja vabastamise tsükleid. Kuid säilitusaeg ei ületa mitut päeva.
Elektrienergia salvestamine
Elektrienergia on selle kõige mugavam vorm tänapäeva maailmas. Seetõttu on elektrilised salvestusseadmed laialdaselt kasutusel ja kõige enam arenenud. Kahjuks on odavate seadmete erivõimsus väike ning suure erivõimsusega seadmed liiga kallid ja lühiajalised. Elektrienergia salvestusseadmed on kondensaatorid, ionistorid, akud.
Kondensaatorid
See on kõige massiivsem energiasalvesti tüüp. Kondensaatorid on võimelised töötama temperatuuril -50 kuni +150 kraadi. Energia akumulatsiooni-tagasi tsüklite arv on kümneid miljardeid sekundis. Ühendades paralleelselt mitu kondensaatorit, saate hõlps alt vajaliku mahtuvuse. Lisaks on muutuvkondensaatorid. Selliste kondensaatorite mahtuvust saab muuta mehaaniliselt või elektriliselt või temperatuuri järgi. Kõige sagedamini võib muutujakondensaatoreid leidavõnkeahelad.
Kondensaatorid jagunevad kahte klassi – polaarsed ja mittepolaarsed. Polaarsete (elektrolüütiliste) kasutusiga on lühem kui mittepolaarsete, need sõltuvad rohkem välistingimustest, kuid samal ajal on neil suurem erivõimsus.
Kuna energiasalvestuskondensaatorid ei ole eriti edukad seadmed. Neil on väike mahutavus ja ebaoluline salvestatud energia eritihedus ning selle salvestusaega arvutatakse sekundites, minutites, harva tundides. Kondensaatorid on leidnud rakendust peamiselt elektroonikas ja energiaelektritehnikas.
Kondensaatori arvutamine reeglina raskusi ei tekita. Kogu vajalik teave eri tüüpi kondensaatorite kohta on toodud tehnilistes juhendites.
Ionistorid
Need seadmed asuvad polaarkondensaatorite ja patareide vahel. Neid nimetatakse mõnikord "superkondensaatoriteks". Sellest lähtuv alt on neil tohutul hulgal laadimis-tühjenemisetappe, võimsus on suurem kui kondensaatoritel, kuid veidi väiksem kui väikestel akudel. Energia salvestamise aeg on kuni mitu nädalat. Ionistorid on temperatuuri suhtes väga tundlikud.
Toiteakud
Elektrokeemilisi akusid kasutatakse siis, kui teil on vaja palju energiat salvestada. Selleks sobivad kõige paremini pliihappeseadmed. Need leiutati umbes 150 aastat tagasi. Ja sellest ajast peale pole akuseadmesse midagi põhimõtteliselt uut sisse viidud. Ilmunud on palju spetsiaalseid mudeleid, komponentide kvaliteet on märkimisväärselt tõusnud,aku töökindlus. Tähelepanuväärne on see, et erinevate tootjate loodud aku seade erineb erinevatel eesmärkidel vaid väikeste detailide poolest.
Elektrokeemiaakud jagunevad veo- ja käivitusakud. Veojõudu kasutatakse elektritranspordis, katkematutes toiteallikates, elektritööriistades. Selliseid akusid iseloomustab pikk ühtlane tühjenemine ja selle suur sügavus. Käivitusakud suudavad lühikese aja jooksul anda suure voolu, kuid sügavtühjenemine pole nende jaoks vastuvõetav.
Elektrokeemilistel akudel on piiratud arv laadimis-tühjenemistsükleid, keskmiselt 250 kuni 2000. Isegi kui neid ei kasutata, lähevad need mõne aasta pärast üles. Elektrokeemilised akud on temperatuuritundlikud, nõuavad pikki laadimisaega ja nõuavad ranget hooldust.
Seadet tuleb perioodiliselt laadida. Sõidukile paigaldatud akut laetakse liikumise ajal generaatorist. Talvel sellest ei piisa, külm aku ei võta laadimist hästi vastu ja elektrikulu mootori käivitamiseks suureneb. Seetõttu on vaja akut täiendav alt laadida soojas ruumis spetsiaalse laadijaga. Pliihappeseadmete üks olulisi puudusi on nende suur kaal.
Akud väikese võimsusega seadmetele
Kui vajate väikese kaaluga mobiilseadmeid, valige järgmist tüüpi akud: nikkel-kaadmium,liitiumioon, metall-hübriid, polümeerioon. Neil on suurem erivõimsus, kuid hind on palju kõrgem. Neid kasutatakse mobiiltelefonides, sülearvutites, kaamerates, videokaamerates ja muudes väikestes seadmetes. Erinevat tüüpi akud erinevad oma parameetrite poolest: laadimistsüklite arv, säilivusaeg, mahutavus, suurus jne.
Elektri- ja hübriidsõidukites kasutatakse suure võimsusega liitiumioonakusid. Need on kerged, suure erivõimsusega ja suure töökindlusega. Samas on liitiumioonakud väga tuleohtlikud. Süüte võib tekkida lühisest, korpuse mehaanilisest deformatsioonist või hävimisest, aku laadimis- või tühjendusrežiimide rikkumisest. Tulekahju kustutamine on liitiumi kõrge aktiivsuse tõttu üsna keeruline.
Akud on paljude seadmete selgroog. Näiteks telefoni energiasalvestusseade on kompaktne väline aku, mis on paigutatud vastupidavasse veekindlasse korpusesse. See võimaldab teil mobiiltelefoni laadida või toita. Võimsad mobiilsed energiasalvestusseadmed on võimelised laadima mis tahes digitaalseid seadmeid, isegi sülearvuteid. Sellistesse seadmetesse on reeglina paigaldatud suure võimsusega liitiumioonakud. Kodu energia salvestamine pole samuti täielik ilma akudeta. Kuid need on palju keerukamad seadmed. Lisaks akule sisaldavad need laadijat, juhtimissüsteemi ja inverterit. Seadmed võivad töötada nii püsivõrgust kui ka muudest allikatest. Väljundvõimsus on keskmiselt 5 kW.
Ajamidkeemiline energia
Eristage "kütusega" ja "mittekütusega" ajamitüüpe. Need nõuavad eritehnoloogiaid ja sageli mahukaid kõrgtehnoloogilisi seadmeid. Kasutatavad protsessid võimaldavad saada erineval kujul energiat. Termokeemilised reaktsioonid võivad toimuda nii madalal kui ka kõrgel temperatuuril. Kõrgtemperatuuriliste reaktsioonide komponendid võetakse kasutusele ainult siis, kui see on vajalik energia saamiseks. Enne seda hoitakse neid eraldi, erinevates kohtades. Madala temperatuuriga reaktsioonide komponendid on tavaliselt samas mahutis.
Energia salvestamine kütuse käivitamisel
See meetod sisaldab kahte täiesti sõltumatut etappi: energia kogunemine ("laadimine") ja selle kasutamine ("tühjenemine"). Traditsiooniline kütus on reeglina suure erienergiamahuga, pikaajalise ladustamise võimalusega ja kasutusmugavusega. Aga elu ei seisa paigal. Uute tehnoloogiate kasutuselevõtt seab kütusele suuremad nõudmised. Ülesanne lahendatakse olemasolevate täiustamise ja uute kõrge energiatarbega kütuste loomisega.
Uute näidiste laialdast kasutuselevõttu takistavad tehnoloogiliste protsesside ebapiisav areng, suur tule- ja plahvatusoht tööl, vajadus kõrgelt kvalifitseeritud personali järele ning tehnoloogia kõrge hind.
Kütuseta keemilise energia salvestamine
Seda tüüpi salvestusseadmetes salvestatakse energiat, muutes mõned kemikaalid teisteks. Näiteks kustutatud lubi läheb kuumutamisel kustutamata lubja olekusse. Tühjenemisel salvestatud energiavabaneb soojuse ja gaasina. Täpselt nii juhtub, kui lubi kustutatakse veega. Reaktsiooni alguseks piisab tavaliselt komponentide kombineerimisest. Sisuliselt on see omamoodi termokeemiline reaktsioon, ainult et see toimub sadade ja tuhandete kraadide temperatuuril. Seetõttu on kasutatavad seadmed palju keerukamad ja kallimad.
