Qué tipo de almacenamiento de energía más энергоемкий Bashny.Net

Hay una pregunta: "¿Qué método de almacenamiento de energía es preferible que en una u otra situación?". Por ejemplo, ¿qué método de acumulación de energía para seleccionar privado de la casa o de la casa de campo, equipadas solar o eólica de instalar? Es evidente que una gran гидроаккумулирующую estación en este caso, construir nadie, sin embargo, establecer una mayor capacidad de elevándola a la altura de 10 metros, es posible. Pero si este tipo de instalación es suficiente para mantener constante el suministro de electricidad cuando no hay sol?

Para responder a las preguntas, es necesario establecer algunos criterios de evaluación de las baterías para obtener los objetivos de la evaluación. Y para ello es necesario considerar diferentes opciones de almacenamiento, que permiten obtener valores numéricos de evaluación.

La capacidad o adquirida de la carga?Cuando hablan o escriben sobre las baterías, a menudo se refieren a la cantidad, lo que se conoce como la capacidad de la batería y se expresan en amperios-hora (para pequeñas baterías en miliamperios-hora). Pero, estrictamente hablando, amperios-hora es una unidad de capacidad. La capacidad de la teoría de la electricidad se mide en фарадах. Y amperios-hora es una unidad de medición de la carga! Es decir, la característica de la batería debe ser considerada (y así llamar) acumulado de la carga.

En física, la carga se miden en кулонах. El colgante es el valor de la carga transmitida a través de explorador de intensidad de corriente de 1 amperio por segundo. Dado que 1 Kl/c es igual a 1 Y, entonces, poner el reloj en el segundo, tenemos que de un ampere-hora es de 3600 Kl.Tenga en cuenta que incluso a partir de la definición de coulomb se ve que la carga caracteriza un proceso, es decir, el proceso del paso de la corriente por el conductor. Lo mismo cabe incluso el nombre de la otra magnitud: un amperio hora es cuando una corriente de un amperio fluye por el conductor en el plazo de una hora.

A primera vista puede parecer que hay algún hueco aquí. Después de todo, si hablamos de la conservación de la energía acumulada en cualquier acumulador de energía debe ser medida en julios, ya que es el joule en la física sirve como unidad de medida de energía. Pero recordemos que la corriente en el explorador de windows, sólo se produce cuando hay una diferencia de potencial en los extremos de un conductor, es decir, al conductor bajo tensión. Si la tensión en los terminales de la batería es igual a 1 вольту y por el conductor fluye la carga en uno de los amperios-hora, tenemos que la batería ha dado 1 A · 1 A·h = 1 w·h de energía.

Por lo tanto, con respecto a las baterías más correcto hablar de la energía acumulada (energía almacenada) o adquirida (запасенном) de la carga. Sin embargo, dado que el término "capacidad de la batería" se encuentra ampliamente distribuido y es algo más habitual, vamos a utilizar, pero con un poco de refinamiento, es decir, vamos a hablar de la capacidad energética.

La capacidad de la energía — la energía, la salida de la batería totalmente cargada si se agotan antes de la de menor valor válido.Utilizando este concepto, trataremos de aproximadamente calcular y comparar la capacidad energética de diferentes tipos de unidades de energía.

Energía capacidad químicos аккумуляторовПолностью con carga eléctrica de la batería con la capacidad de carga de 1 A·h en teoría, es capaz de proporcionar la energía de la corriente de 1 amperio durante una hora (o, por ejemplo, de 10 A durante 0,1 horas, o de 0,1 A 10 horas). Pero es demasiado grande la corriente de la descarga de la batería lleva a la menos efectiva de los rendimientos de la electricidad, que no es lineal reduce el tiempo de trabajo con tal de corriente y puede dar lugar a un sobrecalentamiento. En la práctica, la capacidad de las baterías generan a partir de las 20 horas, el ciclo de descarga hasta el final de la tensión.


Para batería de automóvil es de 10,8 S. por Ejemplo, la indicación en la etiqueta de la batería "55 A·h" significa que él es capaz de emitir corriente 2,75 amperios durante 20 horas, y la tensión en los bornes no es inferior a 10,8 S.

Los fabricantes de baterías a menudo indican en las especificaciones técnicas de sus productos запасаемую energía en vatios hora (Wh), y no запасаемый carga en mah (mAh), que, en general, no es correcta. Calcular запасаемую la energía de запасаемому de la carga en el caso general no es fácil: requiere la integración de la potencia instantánea, cuando se trate de la batería durante todo el tiempo de su categoría. Si la precisión no es necesaria, puede en lugar de la integración de utilizar la media de los valores de la tensión y la corriente de línea y utilizar la fórmula:

 

1 w·h = 1 A · 1 A·h.

Es decir, abastecida de energía (w·h) es aproximadamente igual a la multiplicación de запасаемого de carga de la batería (ah) en media tensión (en Voltios): E = q · U. por Ejemplo, si se especifica que la capacidad (en el sentido habitual) 12-вольтового de la batería es de 60 A·h, abastecida de energía, es decir, su capacidad energética, será de 720 w · horas.

 

Energética de la capacidad de almacenamiento de la energía gravitacionalEn cualquier tutorial de la física se puede leer que el trabajo A realizada cierta fuerza F al levantar un cuerpo de masa m a una altura h, se calcula por la fórmula A = m · g · h, donde g es la aceleración de la gravedad. Esta fórmula tiene lugar cuando el movimiento del cuerpo es lento y las fuerzas de fricción se puede despreciar. El trabajo contra la fuerza de la gravedad no depende de cómo levantamos el cuerpo: vertical (como гирю en horas), por el plano inclinado, como si втаскивании trineos en la montaña) o aún de algún modo.

En todos los casos el trabajo A = m · g · h. Al dejar el cuerpo en el nivel de la fuerza de la gravedad hará el mismo trabajo, ¿qué fue invertido por la fuerza F en la recuperación del cuerpo. Entonces, levantando el cuerpo, nos запасли trabajo, que es igual a m · g · h, es decir, la criada cuerpo tiene una energía igual a la multiplicación de la fuerza de gravedad que actúa sobre el cuerpo, y la altura a la que se plantearon. Esta energía no depende del camino que se produzca la subida, y se determina sólo en la posición de un cuerpo (la altura a la que se plantearon o la diferencia de alturas entre la inicial y la final la posición de un cuerpo) y se denomina energía potencial.





Ponemos la siguiente fórmula energética de la capacidad de la masa de agua, закачанной en el tanque con una capacidad de 1000 litros, elevada a 10 metros sobre el nivel del suelo (o el nivel de la turbina гидрогенератора). Vamos a suponer que el tanque tiene la forma de un cubo con una longitud de la aleta de la 1 pm Entonces, según la fórmula, en el tutorial de landsberg, A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10.5 m = 102900 kg · m2/s2. Pero 1 kg · m2/c2 es igual a 1 джоулю, y que convierte en vatios-hora, obtenemos el total de 28,583 vatios-hora. Es decir, para conseguir energética de capacidad igual a la capacidad normal de электроаккумулятора 720 vatios-hora, es necesario incrementar la cantidad de agua en el tanque de 25,2 veces.

El tanque deberá tener una longitud de la aleta de aproximadamente 3 metros. Su capacidad energética será igual a 845 watt-horas. Es la capacidad de una batería, pero el tamaño de la instalación es mucho mayor que el tamaño normal de plomo-zinc de la batería del coche. Esta comparación sugiere que tiene el sentido de considerar que no запасенную energía en un cierto sistema de energía en sí mismo, sino con respecto a la masa o el volumen del sistema.

La densidad de energía de capacidadasí hemos llegado a la conclusión de que la capacidad energética es oportuno relacionar con la masa o el volumen de la unidad, o de la realidad del medio, por ejemplo, el agua, empapado en el tanque. Se pueden considerar dos indicadores de este tipo.

Medios de la densidad de энергоемкостью vamos a llamar energética de la capacidad de la unidad, relacionado a la masa de esta unidad.

Volumen unitario de энергоемкостью vamos a llamar energética de la capacidad de la unidad, relacionado al volumen de esta unidad.

Ejemplo. De plomo-ácido de la batería Panasonic LC-X1265P, con una tensión de 12 voltios, tiene una carga de 65 amperios-horas, el peso es de 20 kg y dimensiones (Lxwxh) 350 · 166 · 175 mm. de su Vida útil cuando t = 20 ° C — 10 años. Por lo tanto, su masa densidad energética será de 65 · 12 / 20 = 39 vatios-hora por kilogramo, mientras que la fracción de volumen de la densidad energética de— 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 vatios-hora en el decímetro cúbico o 0,0767 kw-hora por metro cúbico.


Para examinado en la sección anterior de la unidad gravitacional de la energía en la base del tanque de agua de 1000 litros de densidad de masa de la intensidad energética asciende a tan sólo 28,583 vatios-horas/1000 kg = 0, 0286 w-h/kg, que en 1363 veces menor que la masa de la intensidad energética de plomo-zinc de la batería. Y aunque la vida de servicio de la gravedad de la unidad puede ser mucho más, todo desde el punto de vista práctico, la cisterna parece menos atractivo que la batería recargable.Veamos algunos ejemplos de unidades de energía y medir su intensidad la intensidad energética.

La intensidad de la energía теплоаккумулятораel calor específico es la cantidad de calor absorbida por el cuerpo cuando se calienta en el 1 °C. dependiendo de a qué cuantitativa se refiere a la unidad de calor específico, puede distinguir entre masa, volumen y молярную capacidad calorífica.

Masiva de capacidad calorífica, también llamado simplemente específica de calor es la cantidad de calor que hay que colocar a la unidad de masa de una sustancia para que el calor por unidad de temperatura. En el SI se mide en julios, determinadas en kilogramos por kelvin (j·kg−1·k−1).

La fracción de volumen de capacidad calorífica es la cantidad de calor que hay que colocar a la unidad de volumen de la sustancia, para que el calor por unidad de temperatura. En el SI se mide en julios por metro cúbico en kelvin (j·m−3·A−1).

La capacidad calorífica molar es la cantidad de calor que hay que colocar a 1 pido la sustancia, para que el calor por unidad de temperatura. En el SI se mide en julios por la polilla en kelvin (j/(mol·K).

Mol es la unidad de medida de la cantidad de sustancia en el sistema Internacional de unidades. Mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene la misma cantidad de elementos estructurales, cuánto contiene átomos de carbono-12 peso 0,012 kg En el valor del calor específico afecta la temperatura de la sustancia y otros termodinámicas opciones. Por ejemplo, la medición del calor específico del agua dará resultados diferentes a 20 °C y 60 °C. Además, la capacidad calorífica depende de la manera en que se permite variar termodinámico parámetros de la sustancia la presión, el volumen, etc.); por ejemplo, la capacidad calorífica a presión constante (CP) y al constante el volumen (CV), en general, son diferentes.

La transición de la sustancia de un estado de agregación a otro acompañado de скачкообразным el cambio en la capacidad calorífica específica para cada sustancia temperatura del punto de transformación — temperatura de fusión (la transición de sólido a líquido), la temperatura de ebullición (la transición de líquido a gas) y, en consecuencia, la temperatura de retroceso de las transformaciones: de congelación y de la condensación.

Unitarios en la capacidad calorífica de muchas de las sustancias se presentan en los directorios normalmente para un proceso a presión constante. Por ejemplo, el calor específico del agua líquida en condiciones normales — 4200 j/(kg·K); hielo — 2100 j/(kg·K).

Según los datos, se trata de evaluar la capacidad de calor de agua теплоаккумулятора (abstracto). Suponga que la masa de agua no es igual a 1000 kg (litros). Calentamos hasta 80 °C y se deja de calor, hasta que no se enfríe a 30 °C. Si no se toman la molestia el hecho de que el calor específico es diferente a distintas temperaturas, se puede considerar que теплоаккумулятор dará 4200 * 1000 * 50 j de calor. Es decir, la capacidad energética de este теплоаккумулятора es de 210 мегаджоулей o 58,333 de kilovatios-hora de energía.

Si se compara este valor con la carga de energía normal de la batería del coche (720 vatios-hora), vemos que para la capacidad energética del теплоаккумулятора es igual a la energía de capacidad aproximadamente 810 baterías eléctricas.

Densidad de masa de la intensidad energética de este теплоаккумулятора (incluso sin tener en cuenta la masa del vaso, en el que en realidad se almacenará el agua calentada y de la masa de aislamiento térmico) es de 58,3 kw-h/1000 kg = 58,3 w-h/kg de Esto ya resulta más que la masa de la intensidad energética de plomo-zinc de la batería, igual, como se calculó anteriormente, 39 w-h/kg.

Se estima que теплоаккумулятор es comparable con la habitual kit de batería y por volumen unitario de la intensidad energética, ya que el kilogramo de agua es la cantidad de decímetro, por lo tanto su aparente la densidad energética también es de 76,7 w-h/kg, que coincide exactamente con el volumen unitario de calor de plomo-ácido de la batería. La verdad es que en el cálculo para теплоаккумулятора tomamos en cuenta sólo la cantidad de agua, aunque habría que considerar también la cantidad de combustible y el aislamiento térmico. Pero, en cualquier caso, la pérdida no es tan grande como para граыитационного de la unidad.

Otros tipos de unidades de energíaEn un artículo de Revisión de almacenamiento (baterías) de la energía" muestra los cálculos de costos unitarios энергоемкостей aún algunas unidades de energía. Позаимствуем de allí algunos ejemplos

Condensador накопительПри de la capacidad del condensador 1 f y la tensión de 250 v almacenada la energía será: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31.25 kj ~ 8.69 w · h. Si el uso de los condensadores electrolíticos, que su peso podría ascender a 120 kg de Densidad de energía de la unidad durante este 0.26 kj/kg o 0,072 w/kg Cuando se trabaja, el lector puede, en el plazo de una hora de garantizar la carga de trabajo de no más de 9 vatios. La vida de servicio de los condensadores electrolíticos puede alcanzar los 20 años. Ионисторы de la densidad de запасаемой de energía se acercan a los químicos por acumulador de baterías. Ventajas: la energía acumulada puede ser utilizado dentro de un periodo corto de tiempo.

Gravitacionales unidades копрового tipoPrimero levantamos el cuerpo de una masa de 2000 kg a una altura de 5 m. Luego el cuerpo se sitúa por debajo de la fuerza de la gravedad, girando el generador eléctrico. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kj ~ 27.8 w · h. La densidad energética de la capacidad de 0.0138 w · h/kg Al trabajo, el lector puede, en el plazo de una hora de garantizar la carga de trabajo de no más de 28 vatios. La vida de servicio de la unidad puede ser de 20 y más años de edad.

Ventajas: la energía acumulada puede ser utilizado dentro de un periodo corto de tiempo.

El volante dela Energía almacenada en el volante, puede ser encontrado en la fórmula E = 0.5 J w2 , donde J es el momento de inercia de la rotación del cuerpo. Para un cilindro de radio R y altura H:

J = 0.5 p r R4 H

donde r es la densidad del material del que está hecho el cilindro.

El límite de la velocidad lineal de la periferia de la rueda volante Vmax (es de alrededor de 200 m/s para el acero).

Vmax = wmax R o wmax = Vmax /R

Entonces Emax = 0.5 J w2max = 0.25 p r R2 H V2max = 0.25 M V2max

La energía específica es la siguiente: Emax /M = 0.25 V2max

De acero cilíndrico del volante máxima densidad energética es de aproximadamente 10 kj/kg. Para el volante de inercia de una masa de 100 kg (R = 0.2 m, H = 0.1 m) máxima de la energía acumulada puede ser 0.25 ∙ 3.14 ∙ 8000 ∙ 0.22 ∙ 0.1 ∙ 2002 ~ 1 Mj ~ 0.278 kw · h. Cuando el trabajo de la unidad durante la hora de garantizar la carga de trabajo de no más de 280 vatios. La vida de servicio del volante puede ser de 20 y más años de edad. Ventajas: la energía acumulada puede ser utilizado dentro de un corto periodo de tiempo, las características pueden ser sustancialmente mejorado.

СупермаховикСупермаховик a diferencia de los volantes es capaz por cuenta de las características de diseño en teoría, la capacidad de almacenar hasta 500 w·h por kilogramo de peso. Sin embargo, el desarrollo de супермаховиков ¿por qué lo dejó.

Neumático de la unidadEn depósito de acero con una capacidad de 1 m3 que se inyecta aire a presión de 50 atm. Para soportar esta presión, la pared del tanque deben tener un grosor de unos 5 mm. de aire Comprimido se utiliza para realizar el trabajo. Cuando изотермическом el proceso de trabajo A, realizada ideal el gas durante la expansión de la atmósfera, se determina por la fórmula:

A = (M / M ) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1 )

donde M es la masa del gas, m es la masa molar del gas, R — universal constante, T es la temperatura absoluta, V1 — inicial, el volumen del gas, V2, el volumen de un gas. Teniendo en cuenta la ecuación de estado para un gas perfecto (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2 ) para la implementación de la unidad V2 / V1 = 50, R = 8.31 j/(mol · granizo), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0.0224 ~ 2232, el trabajo de gas en expansión 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 Mj ~ 5.56 kwh por ciclo. Peso de la unidad es aproximadamente igual a 250 kg de Densidad de energía es de 80 kj/kg. Cuando se trabaja neumática de la unidad durante la hora de garantizar la carga de trabajo de no más de 5.5 kw. La vida de servicio de neumática de la unidad puede ser de 20 y más años de edad.

Dignidad: el depósito puede estar debajo de la tierra, en calidad de depósito pueden utilizar el estándar de bombonas de gas en la cantidad necesaria, con el equipo, cuando se utiliza ветродвигателя la reserva directamente puede accionar la bomba del compresor, hay suficiente cantidad de dispositivos que utilizan directamente la energía del aire comprimido.

Cuadro comparativo de algunas unidades de la energíarecibida por encima de los valores de los parámetros de almacenamiento de energía сведем en обобщающую la tabla. Pero primero, tenga en cuenta que la intensidad de la intensidad energética permiten comparar las unidades con los combustibles convencionales.

La principal característica de combustible es su calor de combustión, es decir, la cantidad de calor liberado cuando se completa su combustión. Distinguen calor de combustión específica (Mj/kg) y volumen (Mj/m3). Que convierte Mj en kw-reloj obtenemos:

El combustible de Energía de capacidad (kw-h /kg) Leña 2,33-4,32 esquisto bituminoso 2,33 – 5,82 Turba 2,33 – 4,66 lignito 2,92 -5,82 el carbón de Piedra aceptar 8,15 Antracita 9,08 – 9,32 Petróleo 11,63 Gasolina 12,8 kw-h/kg, 9,08 kw-h/litro

Como vemos, la intensidad de la intensidad de energía de combustible superan considerablemente la intensidad de la energía de las unidades de energía. Ya que como fuente de energía a menudo se utilizan generadores de diesel, pagaremos al final de la tabla de la intensidad de la energía de combustible diesel, que es el 42624 kj/kg o 11,84 kw-hora/kg. Y añadir para comparar aún el gas natural y el hidrógeno, ya que el último también puede servir de base para la creación de unidades de energía.

 

Densidad de masa de la intensidad energética de gas envasado (propano-butano) es de 36 mj/kg o 10 Kw-h/kg, y el hidrógeno — 33,58 Kw-h/kg.

Como resultado obtenemos la siguiente tabla con los parámetros considerados unidades de energía (los dos últimos de la fila en esta tabla agregado para la comparación con los tradicionales de energía portadores):

La unidad de energía de las Características de la posible
la implementación de la unidad Almacenada
la energía Kw*h de la Densidad energética de la capacidad,de
W · h/kg el tiempo Máximo de trabajo
en una carga de 100 w, minutos Aparente la densidad energética,
W · h/dm3 Vida de servicio,
años Копровый Peso del martinete de 2 toneladas, altura de la
la elevación de 5 m 0,0278 0.0139 16,7 2,78/la cantidad de copra en el dm de más de 20 Hidráulico de gravitación de la Masa de agua 1000 kg, altura de bombeo de 10 m 0,0286 0,0286 16,7 0,0286 más de 20 Condensador capacidad de la Batería 1 f,
la tensión de 250 v, la masa de 120 kg 0,00868 0.072 5.2 0,0868 hasta el 20 de Volante de inercia de Acero de volante de inercia de masa de 100 kg, un diámetro de 0.4 m, grueso de 0.1 m 0,278 2,78 166,8 69,5 más de 20 de Plomo-ácido de la batería la Capacidad de 190 A·h, la tensión de salida De 12 v, la masa de 70 kg 1,083 15,47 650 60-75 3 ... 5 Neumática de Acero recipiente de 1 м3массой 250 kg de aire comprimido, bajo la presión de 50 atm 0,556 22,2 3330 0,556 más de 20 Теплоаккумулятор el Volumen de agua de 1000 litros, calentada a 80 °C, Con 58,33% con 58,33% 34998 con 58,33% hasta el 20 de globo con hidrógeno Volumen de 50 litros, la densidad de 0,09 kg/m3, la relación de compresión de 10:1 (peso 0,045 kg) 1,5 33580 906,66 671600 más de 20 tanque de propano-bhután la Cantidad de gas de 50 l, la densidad de 0,717 kg/m3, la relación de compresión de 10:1 (peso de 0,36 kg) 3,6 10000 2160 200000 más de 20 Bidón con combustible diesel Volumen de 50 litros (=40кг) 473,6 11840 284160 236800 más de 20

Figuran en esta tabla, las cifras son muy aproximados, en el cálculo no se tiene en cuenta multitud de factores, por ejemplo, коэффициэнт eficiencia, además de un generador, que usará la energía, el volumen y el peso de la maquinaria necesaria y así sucesivamente. Sin embargo, estas cifras permiten, en mi opinión, dar una estimación inicial del potencial de la intensidad energética de diferentes tipos de unidades de energía.

Y, como se desprende de la tabla, el más eficaz vistas de la unidad parece un tanque de hidrógeno. Si para obtener el hidrógeno se utiliza "дармовая" (exceso de) la energía de fuentes renovables, es el estado físico, el lector puede llegar a ser el más prometedor.

El hidrógeno puede ser utilizado como combustible en la normal de un motor de combustión interna, que va a girar el generador eléctrico, o en las celdas de combustible de hidrógeno, que al producir directamente electricidad. La pregunta sobre cuál es la manera más rentable, requiere ya de una consideración. Bueno, y las cuestiones de seguridad en la producción y el uso de hidrógeno pueden hacer ajustes al considerar la viabilidad de la aplicación de uno u otro tipo de almacenamiento de energía. publicado

 

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Fuente: altenergiya.ru/accumulator/kakoj-nakopitel-energii-samyj-energoemkij.html