Doğa insana çeşitli enerji kaynakları verdi: güneş, rüzgar, nehirler ve diğerleri. Bu serbest enerji jeneratörlerinin dezavantajı, kararlılık eksikliğidir. Bu nedenle, fazla enerjinin olduğu dönemlerde depolama cihazlarında depolanır ve geçici durgunluk dönemlerinde harcanır. Enerji depolama cihazları aşağıdaki parametrelerle karakterize edilir:
- depolanan enerji miktarı;
- birikme ve geri dönüş hızı;
- özgül ağırlık;
- enerji depolama süresi;
- güvenilirlik;
- üretim ve bakım maliyeti ve diğerleri.
Sürücüleri düzenlemenin birçok yolu vardır. En uygun olanlardan biri, depolama cihazında kullanılan enerji türüne göre ve biriktirme ve geri dönüş yöntemine göre sınıflandırmadır. Enerji depolama cihazları aşağıdaki ana türlere ayrılır:
- mekanik;
- termal;
- elektrik;
- kimyasal.
Potansiyel enerji birikimi
Bu cihazların özü basittir. Bir yük kaldırıldığında potansiyel enerji birikir, indirildiğinde faydalı işler yapar. Tasarım özellikleri kargo tipine bağlıdır. Katı, sıvı veyagevşek madde. Kural olarak, bu tür cihazların tasarımları son derece basittir, dolayısıyla yüksek güvenilirlik ve uzun hizmet ömrü. Depolanan enerjinin depolama süresi, malzemelerin dayanıklılığına bağlıdır ve bin yıllara ulaşabilir. Ne yazık ki, bu tür cihazların enerji yoğunluğu düşüktür.
Kinetik enerjinin mekanik depolanması
Bu cihazlarda enerji vücudun hareketinde depolanır. Genellikle bu bir salınım veya öteleme hareketidir.
Salınım sistemlerindeki kinetik enerji, vücudun ileri geri hareketinde yoğunlaşır. Enerji zamanla vücudun hareketi ile sağlanır ve porsiyonlar halinde tüketilir. Mekanizma ayarında oldukça karmaşık ve kaprislidir. Mekanik saatlerde yaygın olarak kullanılır. Depolanan enerji miktarı genellikle küçüktür ve yalnızca cihazın kendi çalışması için uygundur.
Jiroskopla çalışan depolama cihazları
Kinetik enerji deposu dönen bir volanda yoğunlaşmıştır. Bir volanın özgül enerjisi, benzer bir statik yükün enerjisini önemli ölçüde aşar. Kısa bir süre içinde önemli miktarda güç almak veya vermek mümkündür. Enerji depolama süresi kısadır ve çoğu tasarım için birkaç saat ile sınırlıdır. Modern teknolojiler, enerji depolama süresini birkaç aya çıkarmayı mümkün kılar. Volanlar darbeye karşı çok hassastır. Cihazın enerjisi doğrudan dönüş hızına bağlıdır. Bu nedenle, enerji birikimi ve geri dönüşü sürecinde, volanın dönüş hızında bir değişiklik meydana gelir. Ve gibi bir yük içinkural olarak sabit, düşük bir dönüş hızı gereklidir.
Daha umut verici cihazlar süper çarklardır. Çelik bant, sentetik elyaf veya telden yapılırlar. Tasarım yoğun olabilir veya boş alana sahip olabilir. Boş alan varsa, bandın bobinleri dönme çevresine hareket eder, volanın atalet momenti değişir, enerjinin bir kısmı deforme olmuş yayda depolanır. Bu tür cihazlarda dönüş hızı katı yapılara göre daha kararlıdır ve enerji tüketimleri çok daha fazladır. Ayrıca daha güvenliler.
Modern süper volanlar Kevlar elyafından yapılmıştır. Manyetik bir süspansiyon üzerinde bir vakum odasında dönerler. Birkaç ay boyunca enerji depolayabilir.
Elastik kuvvetler kullanarak mekanik depolama
Bu tür bir cihaz, çok büyük bir spesifik enerjiyi depolayabilir. Mekanik tahrikler arasında, birkaç santimetre boyutlarındaki cihazlar için en yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir. Çok yüksek dönme hızlarına sahip büyük volanlar çok daha yüksek enerji içeriğine sahiptir, ancak dış etkilere karşı çok hassastırlar ve daha kısa enerji depolama süresine sahiptirler.
Bahar enerjisi mekanik depolama
Herhangi bir enerji depolama sınıfının en yüksek mekanik gücünü sağlama kapasitesine sahiptir. Sadece yayın çekme mukavemeti ile sınırlıdır. Sıkıştırılmış bir yaydaki enerji birkaç on yıl boyunca depolanabilir. Bununla birlikte, sürekli deformasyon nedeniyle metalde yorulma birikir ve yay kapasitesiazalır. Aynı zamanda, yüksek kaliteli çelik yaylar, uygun çalışma koşulları altında, kayda değer bir kapasite kaybı olmaksızın yüzlerce yıl çalışabilir.
Yay işlevleri, herhangi bir elastik eleman tarafından gerçekleştirilebilir. Örneğin lastik bantlar, birim kütle başına depolanan enerji açısından çelik ürünlerden onlarca kat daha üstündür. Ancak kimyasal yaşlanma nedeniyle kauçuğun hizmet ömrü sadece birkaç yıldır.
Sıkıştırılmış gazların enerjisini kullanan mekanik depolama cihazları
Bu tip cihazlarda gaz sıkıştırılarak enerji depolanır. Fazla enerjinin varlığında, gaz bir kompresör kullanılarak basınç altında silindire pompalanır. Gerektiğinde, bir türbini veya elektrik jeneratörünü döndürmek için sıkıştırılmış gaz kullanılır. Düşük kapasitelerde türbin yerine pistonlu motor kullanılması tavsiye edilir. Yüzlerce atmosfer basıncı altındaki bir kaptaki gaz, birkaç yıl boyunca ve yüksek kaliteli bağlantı parçalarıyla - onlarca yıldır yüksek bir özgül enerji yoğunluğuna sahiptir.
Isı enerjisi depolama
Ülkemizin topraklarının çoğu kuzey bölgelerinde yer aldığından, enerjinin önemli bir kısmı ısınma için harcanmak zorunda kalıyor. Bu bakımdan ısıyı sürücüde tutma ve gerekirse oradan çıkarma sorununu düzenli olarak çözmek gerekiyor.
Çoğu durumda, yüksek yoğunlukta depolanmış termal enerji ve bunun korunduğu önemli periyotlar elde etmek mümkün değildir. Mevcut etkin cihazlarbazı özellikleri ve yüksek fiyatı nedeniyle geniş uygulama için uygun değildir.
Isı kapasitesi nedeniyle depolama
Bu en eski yollardan biridir. Bir madde ısıtıldığında termal enerjinin birikmesi ve soğutulduğunda ısı transferi prensibine dayanır. Bu tür sürücülerin tasarımı son derece basittir. Herhangi bir katı madde parçası veya sıvı soğutuculu kapalı bir kap olabilir. Termal enerji akümülatörleri çok uzun bir hizmet ömrüne, neredeyse sınırsız sayıda enerji biriktirme ve serbest bırakma döngüsüne sahiptir. Ancak saklama süresi birkaç günü geçmez.
Elektrik enerjisi depolama
Elektrik enerjisi modern dünyada bunun en uygun şeklidir. Bu nedenle elektrikli depolama cihazları yaygın olarak kullanılmaktadır ve en çok geliştirilmiştir. Ne yazık ki, ucuz cihazların özgül kapasitesi küçüktür ve özgül kapasitesi yüksek olan cihazlar çok pahalı ve kısa ömürlüdür. Elektrik enerjisi depolama cihazları kapasitörler, iyonlaştırıcılar, pillerdir.
Kapasitörler
Bu, en büyük enerji depolama türüdür. Kondansatörler -50 ila +150 derece arasındaki sıcaklıklarda çalışabilir. Enerji birikim-dönüş döngülerinin sayısı saniyede on milyarlarcadır. Birkaç kondansatörü paralel bağlayarak gerekli kapasitansı kolayca elde edebilirsiniz. Ayrıca değişken kapasitörler vardır. Bu tür kapasitörlerin kapasitansının değiştirilmesi mekanik veya elektriksel olarak veya sıcaklıkla yapılabilir. Çoğu zaman, değişken kapasitörler bulunabilirsalınım devreleri.
Kapasitörler iki sınıfa ayrılır - polar ve polar olmayan. Polar (elektrolitik)lerin hizmet ömrü polar olmayanlara göre daha kısadır, dış koşullara daha fazla bağımlıdırlar, ancak aynı zamanda daha büyük bir özgül kapasiteye sahiptirler.
Enerji depolama kapasitörleri çok başarılı cihazlar değildir. Düşük kapasiteye ve önemsiz bir depolanmış enerji yoğunluğuna sahiptirler ve depolama süresi saniye, dakika, nadiren saat olarak hesaplanır. Kondansatörler, esas olarak elektronik ve güç elektrik mühendisliğinde uygulama bulmuştur.
Kondansatörün hesaplanması kural olarak zorluklara neden olmaz. Farklı kapasitör türleri hakkında gerekli tüm bilgiler teknik kılavuzlarda sunulmaktadır.
İyonistörler
Bu cihazlar, polar kapasitörler ve piller arasında bir ara konumda yer alır. Bazen "süper kapasitörler" olarak adlandırılırlar. Buna göre, çok sayıda şarj-deşarj aşamasına sahipler, kapasite kapasitörlerinkinden daha büyük, ancak küçük pillerinkinden biraz daha az. Enerji depolama süresi birkaç haftaya kadardır. İyonistörler sıcaklığa çok duyarlıdır.
Güç pilleri
Elektrokimyasal piller, çok fazla enerji depolamanız gerekiyorsa kullanılır. Kurşun asitli cihazlar bu amaç için en uygun olanlardır. Yaklaşık 150 yıl önce icat edildiler. Ve o zamandan beri, pil cihazına temelde yeni hiçbir şey dahil edilmedi. Birçok özel model ortaya çıktı, bileşenlerin kalitesi önemli ölçüde arttı,pil güvenilirliği. Farklı üreticiler tarafından oluşturulan bir pilin cihazının, farklı amaçlar için yalnızca küçük ayrıntılarda farklılık göstermesi dikkat çekicidir.
Elektrokimyasal piller, çekiş ve çalıştırma olarak ikiye ayrılır. Elektrikli ulaşımda, kesintisiz güç kaynaklarında, elektrikli el aletlerinde çekiş kullanılır. Bu tür piller, uzun homojen bir deşarj ve geniş derinliği ile karakterize edilir. Marş aküleri kısa sürede yüksek akım verebilir, ancak derin deşarj onlar için kabul edilemez.
Elektrokimyasal pillerin ortalama 250 ile 2000 arasında sınırlı sayıda şarj-deşarj döngüsü vardır. Kullanılmasalar bile birkaç yıl sonra arızalanırlar. Elektrokimyasal piller sıcaklığa duyarlıdır, uzun şarj süreleri gerektirir ve sıkı bakım gerektirir.
Cihazın periyodik olarak şarj edilmesi gerekiyor. Araca takılan akü, jeneratörden hareket halinde şarj edilir. Kışın bu yeterli değildir, soğuk bir akü şarjı iyi kabul etmez ve motoru çalıştırmak için elektrik tüketimi artar. Bu nedenle, pili ayrıca sıcak bir odada özel bir şarj cihazı ile şarj etmek gerekir. Kurşun asitli cihazların önemli dezavantajlarından biri de ağır olmalarıdır.
Düşük güçlü cihazlar için piller
Düşük ağırlıklı mobil cihazlar gerekiyorsa, aşağıdaki pil türlerini seçin: nikel-kadmiyum,lityum iyon, metal hibrit, polimer iyon. Daha yüksek bir özgül kapasiteye sahiptirler, ancak fiyat çok daha yüksektir. Cep telefonlarında, dizüstü bilgisayarlarda, kameralarda, kameralarda ve diğer küçük cihazlarda kullanılırlar. Farklı pil türleri parametrelerinde farklılık gösterir: şarj döngülerinin sayısı, raf ömrü, kapasite, boyut vb.
Yüksek güçlü lityum iyon piller elektrikli araçlarda ve hibrit araçlarda kullanılmaktadır. Bunlar hafif, yüksek özgül kapasite ve yüksek güvenilirliktir. Aynı zamanda, lityum iyon piller çok yanıcıdır. Ateşleme, kısa devre, kasanın mekanik deformasyonu veya tahribatı, pilin şarj veya deşarj modlarının ihlali nedeniyle oluşabilir. Yüksek lityum aktivitesi nedeniyle yangını söndürmek oldukça zordur.
Piller birçok cihazın bel kemiğidir. Örneğin, bir telefon için bir enerji depolama cihazı, dayanıklı, su geçirmez bir kutuya yerleştirilmiş kompakt bir harici pildir. Cep telefonunuzu şarj etmenizi veya açmanızı sağlar. Güçlü mobil enerji depolama cihazları, her türlü dijital cihazı, hatta dizüstü bilgisayarları şarj edebilir. Bu tür cihazlarda, kural olarak, yüksek kapasiteli lityum iyon piller kurulur. Ev için enerji depolama da piller olmadan tamamlanmaz. Ancak bunlar çok daha karmaşık cihazlardır. Bataryaya ek olarak, bir şarj cihazı, bir kontrol sistemi ve bir invertör içerirler. Cihazlar hem sabit bir ağdan hem de diğer kaynaklardan çalışabilir. Çıkış gücü ortalama 5 kW'dır.
Sürücülerkimyasal enerji
"Yakıt" ve "yakıt olmayan" sürücü türleri arasında ayrım yapın. Özel teknolojiler ve genellikle hantal yüksek teknoloji ekipman gerektirirler. Kullanılan süreçler, farklı şekillerde enerji elde etmeyi mümkün kılar. Termokimyasal reaksiyonlar hem düşük hem de yüksek sıcaklıklarda gerçekleşebilir. Yüksek sıcaklık reaksiyonları için bileşenler, yalnızca enerji elde edilmesi gerektiğinde tanıtılır. Bundan önce, farklı yerlerde ayrı ayrı saklanırlar. Düşük sıcaklık reaksiyonları için bileşenler genellikle aynı kaptadır.
Yakıt çalıştırarak enerji depolama
Bu yöntem tamamen bağımsız iki aşama içerir: enerji birikimi ("şarj") ve kullanımı ("boş altma"). Geleneksel yakıt, kural olarak, büyük bir spesifik enerji kapasitesine, uzun süreli depolama olasılığına ve kullanım kolaylığına sahiptir. Ama hayat durmuyor. Yeni teknolojilerin tanıtılması, yakıta olan talebi artırıyor. Görev, mevcutları iyileştirip yeni, yüksek enerjili yakıtlar yaratarak çözülür.
Teknolojik süreçlerin yetersiz gelişimi, işteki yüksek yangın ve patlama tehlikeleri, yüksek nitelikli personel ihtiyacı ve yüksek teknoloji maliyeti, yeni örneklerin geniş çapta tanıtılmasını engelliyor.
Yakıtsız kimyasal enerji depolama
Bu depolama türünde enerji, bazı kimyasalların diğerlerine dönüştürülmesiyle depolanır. Örneğin sönmüş kireç, ısıtıldığında sönmemiş kireç durumuna geçer. Boşalırken, depolanan enerjiısı ve gaz olarak açığa çıkar. Kireç suyla söndürüldüğünde tam olarak olan budur. Reaksiyonun başlaması için genellikle bileşenlerin birleştirilmesi yeterlidir. Özünde, bu bir tür termokimyasal reaksiyondur, sadece yüzlerce ve binlerce derecelik bir sıcaklıkta ilerler. Bu nedenle kullanılan ekipman çok daha karmaşık ve pahalıdır.
