Die natuur het die mens 'n verskeidenheid energiebronne gegee: die son, wind, riviere en ander. Die nadeel van hierdie gratis energie-opwekkers is die gebrek aan stabiliteit. Daarom word dit gedurende periodes van oortollige energie in bergingstoestelle gestoor en spandeer tydens periodes van tydelike resessie. Energiebergingstoestelle word gekenmerk deur die volgende parameters:
- hoeveelheid gestoorde energie;
- spoed van sy akkumulasie en opbrengs;
- spesifieke swaartekrag;
- energiebergingtyd;
- betroubaarheid;
- vervaardigings- en instandhoudingskoste en ander.
Daar is baie maniere om aandrywers te organiseer. Een van die gerieflikste is die klassifikasie volgens die tipe energie wat in die stoortoestel gebruik word, en volgens die metode van ophoping en terugkeer daarvan. Energiebergingstoestelle word in die volgende hooftipes verdeel:
- meganies;
- termiese;
- elektries;
- chemies.
Akkumulasie van potensiële energie
Die kern van hierdie toestelle is eenvoudig. Wanneer 'n vrag opgelig word, word potensiële energie opgehoop; wanneer dit verlaag word, verrig dit nuttige werk. Ontwerpkenmerke hang af van die tipe vrag. Dit kan solied, vloeibaar oflos stof. As 'n reël is die ontwerpe van toestelle van hierdie tipe uiters eenvoudig, vandaar die hoë betroubaarheid en lang lewensduur. Die bergingstyd van die gestoorde energie hang af van die duursaamheid van die materiale en kan millennia bereik. Ongelukkig het sulke toestelle 'n lae energiedigtheid.
Meganiese berging van kinetiese energie
In hierdie toestelle word energie in die beweging van 'n liggaam gestoor. Gewoonlik is dit 'n ossillerende of translatoriese beweging.
Kinetiese energie in ossillatoriese stelsels is gekonsentreer in die resiprokerende beweging van die liggaam. Energie word in porsies verskaf en verbruik, in tyd met die beweging van die liggaam. Die meganisme is redelik kompleks en wispelturig in opset. Word wyd gebruik in meganiese horlosies. Die hoeveelheid gestoorde energie is gewoonlik klein en is slegs geskik vir die werking van die toestel self.
Giroskoop-aangedrewe bergingstoestelle
Die stoor van kinetiese energie is gekonsentreer in 'n roterende vliegwiel. Die spesifieke energie van 'n vliegwiel oorskry aansienlik die energie van 'n soortgelyke statiese las. Dit is moontlik om aansienlike krag in 'n kort tydperk te ontvang of uit te voer. Die energiebergingstyd is kort, en vir die meeste ontwerpe is dit beperk tot 'n paar uur. Moderne tegnologieë maak dit moontlik om die energiebergingstyd tot 'n paar maande te bring. Vliegwiele is baie sensitief vir skok. Die energie van die toestel is direk afhanklik van die spoed van sy rotasie. Daarom vind 'n verandering in die spoed van rotasie van die vliegwiel plaas in die proses van ophoping en terugkeer van energie. En vir 'n vrag soosas 'n reël word 'n konstante, lae rotasiespoed vereis.
Meer belowende toestelle is supervliegwiele. Hulle is gemaak van staalband, sintetiese vesel of draad. Die ontwerp kan dig wees of leë spasie hê. As daar vrye spasie is, beweeg die spoele van die band na die omtrek van rotasie, die traagheidsmoment van die vliegwiel verander, 'n deel van die energie word in die vervormde veer gestoor. In sulke toestelle is die rotasiespoed meer stabiel as in soliede strukture, en hul energieverbruik is baie hoër. Hulle is ook veiliger.
Moderne supervliegwiele word van Kevlar-vesel gemaak. Hulle roteer in 'n vakuumkamer op 'n magnetiese suspensie. In staat om energie vir etlike maande te stoor.
Meganiese berging wat elastiese kragte gebruik
Hierdie tipe toestel is in staat om 'n groot spesifieke energie te stoor. Van die meganiese aandrywings het dit die hoogste energie-intensiteit vir toestelle met afmetings van etlike sentimeter. Groot vliegwiele met baie hoë rotasiespoed het 'n baie hoër energie-inhoud, maar hulle is baie kwesbaar vir eksterne invloede en het 'n korter energiebergingstyd.
Lente-energie meganiese berging
In staat om die hoogste meganiese krag van enige energiebergingsklas te lewer. Dit word slegs deur die treksterkte van die veer beperk. Die energie in 'n saamgeperste veer kan vir 'n paar dekades gestoor word. Maar as gevolg van konstante vervorming, moegheid ophoop in die metaal, en die veer kapasiteitafneem. Terselfdertyd kan staalvere van hoë geh alte, onder behoorlike bedryfstoestande, vir honderde jare werk sonder noemenswaardige verlies aan kapasiteit.
Lentefunksies kan deur enige elastiese elemente uitgevoer word. Rubberbande is byvoorbeeld dosyne kere beter as staalprodukte in terme van gestoorde energie per massa-eenheid. Maar die lewensduur van rubber as gevolg van chemiese veroudering is slegs 'n paar jaar.
Meganiese bergingstoestelle wat die energie van saamgeperste gasse gebruik
In hierdie tipe toestel word energie gestoor deur die gas saam te pers. In die teenwoordigheid van 'n oormaat energie word die gas onder druk in die silinder gepomp met behulp van 'n kompressor. Soos nodig, word saamgeperste gas gebruik om 'n turbine of elektriese kragopwekker te laat draai. By lae kapasiteit is dit raadsaam om 'n suiermotor in plaas van 'n turbine te gebruik. Gas in 'n vaartuig onder druk van honderde atmosfeer het 'n hoë spesifieke energiedigtheid vir etlike jare, en met hoë kwaliteit toebehore - vir dekades.
Hitte-energieberging
Die meeste van die grondgebied van ons land is in die noordelike streke geleë, so 'n aansienlike deel van die energie word gedwing om vir verhitting bestee te word. In hierdie verband is dit nodig om gereeld die probleem op te los om hitte in die aandrywing te hou en dit daaruit te onttrek indien nodig.
In die meeste gevalle is dit nie moontlik om 'n hoë digtheid van gestoorde termiese energie en enige beduidende tydperke van die bewaring daarvan te bereik nie. Bestaande effektiewe toestelle inas gevolg van sommige van sy kenmerke en hoë prys is dit nie geskik vir wye toepassing nie.
berging as gevolg van hittekapasiteit
Dit is een van die oudste maniere. Dit is gebaseer op die beginsel van ophoping van termiese energie wanneer 'n stof verhit word en hitte-oordrag wanneer dit afgekoel word. Die ontwerp van sulke aandrywers is uiters eenvoudig. Dit kan 'n stuk van enige vaste stof of 'n geslote houer met 'n vloeibare koelmiddel wees. Termiese energie-akkumulators het 'n baie lang dienslewe, 'n byna onbeperkte aantal siklusse van ophoping en vrystelling van energie. Maar die bergingstyd oorskry nie 'n paar dae nie.
Elektriese energieberging
Elektriese energie is die gerieflikste vorm daarvan in die moderne wêreld. Daarom word elektriese stoortoestelle wyd gebruik en die meeste ontwikkel. Ongelukkig is die spesifieke kapasiteit van goedkoop toestelle klein, en toestelle met 'n hoë spesifieke kapasiteit is te duur en van korte duur. Elektriese energiebergingstoestelle is kapasitors, ionistors, batterye.
Kapasitors
Dit is die mees massiewe tipe energieberging. Kapasitors is in staat om te werk by temperature van -50 tot +150 grade. Die aantal energieophoping-terugkeer-siklusse is tien biljoene per sekonde. Deur verskeie kapasitors parallel te koppel, kan jy maklik die vereiste kapasitansie verkry. Daarbenewens is daar veranderlike kapasitors. Die verandering van die kapasitansie van sulke kapasitors kan meganies of elektries of deur temperatuur gedoen word. Dikwels kan veranderlike kapasitors gevind word inossillatoriese stroombane.
Kapasitors word in twee klasse verdeel – polêr en nie-polêr. Die dienslewe van polêr (elektrolities) is korter as nie-polêr, hulle is meer afhanklik van eksterne toestande, maar terselfdertyd het hulle 'n groter spesifieke kapasiteit.
As energiebergingskapasitors nie baie suksesvolle toestelle is nie. Hulle het 'n lae kapasiteit en 'n onbeduidende spesifieke digtheid van gestoorde energie, en die bergingstyd daarvan word in sekondes, minute, selde ure bereken. Kapasitors het hoofsaaklik toepassing gevind in elektronika en krag elektriese ingenieurswese.
Die berekening van die kapasitor, as 'n reël, veroorsaak nie probleme nie. Al die nodige inligting oor verskillende tipes kapasitors word in tegniese handleidings aangebied.
Ionistors
Hierdie toestelle beklee 'n tussenposisie tussen polêre kapasitors en batterye. Daar word soms na hulle verwys as "superkapasitors". Gevolglik het hulle 'n groot aantal laai-ontladingsstadia, die kapasiteit is groter as dié van kapasitors, maar effens minder as dié van klein batterye. Die energiebergingstyd is tot etlike weke. Ionistors is baie sensitief vir temperatuur.
Kragbatterye
Elektrochemiese batterye word gebruik as jy baie energie moet stoor. Lood-suur toestelle is die beste geskik vir hierdie doel. Hulle is ongeveer 150 jaar gelede uitgevind. En sedertdien is niks fundamenteel nuuts in die batterytoestel bekendgestel nie. Baie gespesialiseerde modelle het verskyn, die kwaliteit van komponente het aansienlik toegeneem,battery betroubaarheid. Dit is opmerklik dat die toestel van 'n battery wat deur verskillende vervaardigers geskep is, slegs in klein besonderhede vir verskillende doeleindes verskil.
Elektrochemiese batterye word verdeel in traksie en begin. Trekkrag word gebruik in elektriese vervoer, ononderbroke kragbronne, kraggereedskap. Sulke batterye word gekenmerk deur 'n lang eenvormige ontlading en sy groot diepte. Aansitterbatterye kan hoë stroom in 'n kort tydjie lewer, maar diep ontlading is nie vir hulle aanvaarbaar nie.
Elektrochemiese batterye het 'n beperkte aantal laai-ontladingsiklusse, gemiddeld van 250 tot 2000. Selfs as dit nie gebruik word nie, misluk hulle na 'n paar jaar. Elektrochemiese batterye is temperatuursensitief, benodig lang laaitye en vereis streng instandhouding.
Die toestel moet periodiek herlaai word. Die battery wat op die voertuig geïnstalleer is, word in beweging vanaf die kragopwekker gelaai. In die winter is dit nie genoeg nie, 'n koue battery aanvaar nie 'n lading goed nie, en die verbruik van elektrisiteit om die enjin te begin neem toe. Daarom is dit nodig om die battery bykomend te laai in 'n warm kamer met 'n spesiale laaier. Een van die beduidende nadele van loodsuurtoestelle is hul swaar gewig.
Batterye vir laekragtoestelle
As mobiele toestelle met 'n lae gewig benodig word, kies dan die volgende tipes batterye: nikkel-kadmium,litium-ioon, metaal-hibriede, polimeer-ioon. Hulle het 'n hoër spesifieke kapasiteit, maar die prys is baie hoër. Hulle word gebruik in selfone, skootrekenaars, kameras, videokameras en ander klein toestelle. Verskillende tipes batterye verskil in hul parameters: die aantal laaisiklusse, raklewe, kapasiteit, grootte, ens.
Hoëkrag-litiumioonbatterye word in elektriese voertuie en hibriede voertuie gebruik. Hulle is liggewig, hoë spesifieke kapasiteit en hoë betroubaarheid. Terselfdertyd is litium-ioonbatterye baie vlambaar. Ontsteking kan voorkom as gevolg van 'n kortsluiting, meganiese vervorming of vernietiging van die behuizing, oortredings van die laai- of ontladingsmodusse van die battery. Dit is nogal moeilik om 'n vuur te blus weens die hoë aktiwiteit van litium.
Batterye is die ruggraat van baie toestelle. Byvoorbeeld, 'n energiebergingstoestel vir 'n foon is 'n kompakte eksterne battery wat in 'n duursame, waterdigte tas geplaas word. Dit laat jou toe om jou selfoon te laai of krag te gee. Kragtige mobiele energiebergingstoestelle is in staat om enige digitale toestelle, selfs skootrekenaars, te laai. In sulke toestelle word 'n hoë-kapasiteit litiumioonbatterye gewoonlik geïnstalleer. Energieberging vir die huis is ook nie volledig sonder batterye nie. Maar dit is baie meer komplekse toestelle. Benewens die battery, sluit hulle 'n laaier, 'n beheerstelsel en 'n omskakelaar in. Die toestelle kan beide vanaf 'n vaste netwerk en vanaf ander bronne werk. Die uitsetkrag is gemiddeld 5 kW.
Driveschemiese energie
Ontskei tussen "brandstof" en "nie-brandstof" tipes aandrywings. Hulle benodig spesiale tegnologieë en dikwels lywige hoëtegnologie-toerusting. Die prosesse wat gebruik word maak dit moontlik om energie in verskillende vorme te verkry. Termochemiese reaksies kan by beide lae en hoë temperature plaasvind. Komponente vir hoë-temperatuur reaksies word slegs ingebring wanneer dit nodig is om energie te verkry. Voor dit word hulle afsonderlik op verskillende plekke gestoor. Komponente vir laetemperatuurreaksies is gewoonlik in dieselfde houer.
Energieberging deur brandstof te laat loop
Hierdie metode sluit twee heeltemal onafhanklike stadiums in: die ophoping van energie ("laai") en die gebruik daarvan ("ontlaai"). Tradisionele brandstof het as 'n reël 'n groot spesifieke energiekapasiteit, die moontlikheid van langtermynberging en gemak van gebruik. Maar die lewe staan nie stil nie. Die bekendstelling van nuwe tegnologieë stel groter eise aan brandstof. Die taak word opgelos deur bestaande te verbeter en nuwe hoë-energiebrandstowwe te skep.
Die wye bekendstelling van nuwe monsters word belemmer deur onvoldoende ontwikkeling van tegnologiese prosesse, hoë brand- en ontploffingsgevare in werk, die behoefte aan hoogs gekwalifiseerde personeel en die hoë koste van tegnologie.
Brandstoflose chemiese energieberging
In hierdie tipe berging word energie gestoor deur sommige chemikalieë in ander om te skakel. Byvoorbeeld, gebluste kalk, wanneer dit verhit word, gaan in 'n ongebluste kalktoestand. Wanneer ontlading, die gestoorde energievrygestel as hitte en gas. Dit is presies wat gebeur wanneer kalk met water geblust word. Om die reaksie te laat begin, is dit gewoonlik genoeg om die komponente te kombineer. In wese is dit 'n soort termochemiese reaksie, net dit gaan voort by 'n temperatuur van honderde en duisende grade. Daarom is die toerusting wat gebruik word baie meer kompleks en duurder.
