Альтернативная батарейка

Тема альтернативной энергетики сейчас популярна. Разработано много оригинальных способов извлечения энергии ветра, солнца, приливов, тепловой энергии Земли. Но помимо получения энергии, необходимо её как-то накопить и сохранить. Это особенно актуально для источников, которые не действуют постоянно. Рассмотрим ряд способов накопления энергии с точки зрения типа энергии и запасаемого количества, высвобождаемой мощности, габаритов и обслуживания.

Аккумуляторы

Наиболее очевидный и привычный обывателю способ накопления электрической энергии. Реализуется с использованием готовых блоков, которые подключаются к источнику. Промышленно выпускаемые аккумуляторы практически не требуют обслуживания и удобны с точки зрения потребления накопленной энергии. Высвобождаемая единичным блоком мощность ограничена, но суммарная может быть очень большой. Блоки сравнительно компактны, но отличаются немалой массой. Свинцовый автомобильный аккумулятор массой 20 кг запасает 60 – 70 А/ч. При использовании литиевых батарей показатели значительно лучше (та же ёмкость обеспечивается при массе батареи около 2 кг), но они существенно дороже.

Конденсаторы

Немного менее очевидный способ накопления электрической энергии. Система принципиально очень проста и реализуется с использованием готовых блоков. Конденсаторы не требуют обслуживания и весьма долговечны. Запасаемая энергия сравнительно невелика, но режим её высвобождения позволяет получать огромную мощность.

Ротор (маховик)

Суть данного метода состоит в накоплении кинетической энергии, которая запасается в массивном вращающемся роторе. Чем больше масса и скорость вращения ротора, тем больше энергии он запасает и при определённых параметрах его “энергоёмкость” превосходит аккумуляторы. Энергия легко преобразуется в механическую (например, вращение узлов станка) или электрическую. Высвобождаемая мощность, в принципе ограничена только пределом прочности конструкции и может быть очень большой. Ротор с массой обода 10 кг и радиусом 1 метр, вращающийся со скоростью 3000 оборотов в минуту, имеет кинетическую энергию равную 493,5 кДж. При увеличении скорости вращения до 5000 об/мин запасаемая энергия возрастает до 1370,1 кДж. Обслуживания ротор не требует, но он должен иметь очень надёжные механизмы самоконтроля и системы торможения. Размеры ротора сравнительно велики, но он может быть изготовлен из дешёвых материалов. Важной особенностью изготовления ротора является тщательная балансировка, что может быть трудно реализуемо при его больших размерах и массе. Серьёзным недостатком является то, что в случае аварии ротор мгновенно остановить невозможно и вся запасённая энергия выделится либо в виде одного мощнейшего удара, либо в виде серии ударов меньшей мощности.

ГЭС (бассейн)

Этот тип накопителя запасает энергию в виде потенциальной энергии воды, поднятой на высоту. Количество запасаемой энергии на единицу массы мало: при массе 1 кг, поднятой на высоту 10 метров система запасает всего 98,1 Дж энергии. В качестве рабочего тела чаще всего используется вода. Подобные накопители обычно используются на крупных электростанциях как системы утилизации/накопления избыточной электроэнергии, которая появляется на спаде пика потребления энергии (например, городом) Система имеет очень большие размеры и является малоэффективной. Обслуживания требуют только механизмы преобразования энергии (турбины) и насосы, закачивающие воду на высоту.

Водород + топливный элемент

Очень популярный и широко обсуждаемый способ накопления энергии. Запасается химическая энергия, которая при работе элемента конвертируется в электрическую. Для безопасности вся система должна работать при низком давлении и иметь немалые размеры. КПД данной системы ниже, чем аккумулятора или конденсатора, она сложнее в эксплуатации и требует драгметаллов. Количество запасаемой энергии на единицу массы очень велико, на единицу объёма – достаточно мало. Принципиально реализуема без движущихся частей, что является несомненным плюсом. Мощность системы может быть большой.

Сжатый воздух

Редко применяемый и достаточно неудобный способ накопления механической энергии, которая может быть конвертирована в кинетическую и затем в электрическую. Для эффективной работы требует высокого давления и, следовательно, громоздкой системы хранения. Компрессоры высокого давления требуют присмотра и регулярных профилактических работ. Запасаемая энергия невелика и очень сильно зависит от температуры. В принципе, это может быть использовано в сочетании с нагревательными элементами, что сильно увеличит “энергоёмкость”, но в чистом виде это скорее минус. Высвобождаемая мощность может быть очень большой, но при этом работа устройства нестабильна, так как расширяющийся газ сильно охлаждается и содержащиеся пары воды могут замёрзнуть. При сжатии воздуха будет конденсироваться вода, что потребует системы её отвода из накопителя. Возникнут и проблемы коррозии.

Пружины типа часового механизма

В принципе, возможный способ накопления механической энергии, но сейчас он вызовет разве что улыбку. Низкая ёмкость, высвобождаемая мощность, необходимость присмотра и использования высококачественной стали. Сравнительно большие габариты.

Сброс в общую энергетическую сеть

Реализуемый и пропагандируемый способ, но он очень плох с точки зрения стабильного энергоснабжения. Связано это с тем, что альтернативные источники энергии непостоянны, и на случай прекращения их работы необходимо иметь стабильную резервную мощность равную соответствующему альтернативному источнику. Необходимость содержания одновременно и тепловой энергостанции и альтернативной системы сильно снижает ценность последней.

Расход энергии и накопление необходимого в быту продукта или создание специфических условий

Помимо традиционных способов накопления и утилизации энергии можно развивать и нетрадиционные. Это может быть накопление тепла или холода, накопление конденсата, выполнение определённой работы (например, периодическая откачка воды), изготовление востребованного продукта, освещение или вентиляция теплиц. Здесь практически нет ограничений фантазии и можно использовать практически любую мощность. Некоторый недостаток заключается в том, что эти способы не запасают энергию, которую затем можно использовать, но производят продукты или условия, которые могут требовать обычной энергии.

В вопросе альтернативных накопителей готовых решений ещё мало, и есть масса вариантов полёта фантазии…

По материалам одноименной статьи А. Р. Набиуллина

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.8 (8 votes)
Источник(и):

1. nanometer.ru



deamont аватар

Главная проблема человечества в отсутствии хорошей батарейки…