1286
Що таке енергосховище
Є питання: «Який тип зберігання енергії краще в даній ситуації? ?й Наприклад, який спосіб зберігання енергії вибрати для приватного будинку або дачі, обладнаного сонячною або вітровою установкою? Очевидно, що ніхто не побудує велику насосну станцію в цьому випадку, але можна встановити велику ємність, піднявши її до висоти 10 метрів. Але буде така установка достатня для підтримки постійного джерела живлення при відсутності сонця?
Щоб відповісти на питання, які виникають, необхідно розробити деякі критерії оцінювання батарей, які дозволяють отримати об'єктивні оцінки. І для цього потрібно враховувати різні параметри дисків, які дозволяють отримати чисельні оцінки.
Ємність або накопичується плата?При спілкуванні або письмі про автомобільні акумулятори часто згадують значення, яке називається ємністю акумулятора і виражається в годинах ампера (для малих батарей – в міліампер-години). Але, строго кажучи, година ампера не є блоком ємності. Місткість в теорії електрики вимірюється в далекосі. Amp-годинний блок вимірювання заряду! Тобто характеристика акумулятора повинна бути розглянута (і так це називається) накопичений заряд.
При фізиці вимірюється заряд в педанах. Коломба - це кількість заряду, що пропущена через провідник на струм 1 амперів на секунду. З 1 Кл/с дорівнює 1 А, потім, переклав годинник на секунди, ми отримуємо, що одна година ампера буде дорівнює 3600 Кл. Слід зазначити, що навіть з визначення педанту зрозуміло, що заряд охарактеризує певний процес, а саме процес переходу через провідник. Так само це правда навіть від імені іншої величини: одна година ампера є коли струм одного ампера протікає через провідник протягом години.
На перший погляд може здатися, що є деякі невідповідності. Якщо мова йде про енергозбереження, то енергія, що зберігається в будь-якому акумуляторі, повинна бути вимірена в джоулі, так як вона є джоулом в фізиці, яка служить блоком вимірювання енергії. Але нехай ми пам'ятаємо, що струм в провіднику відбувається тільки тоді, коли є потенційна відмінність в кінцях провідника, тобто напруга наноситься на провідник. Якщо напруга в терміналах акумулятора становить 1 вольт і заряд одного ампер-годинного протікає через провідник, ми отримуємо, що акумулятор дав 1 В · 1 А·год = 1 Вт енергії.
Таким чином, по відношенню до акумуляторів, більш правильно говорити про збережену енергію (зберігати енергію) або заряджати. Тим не менш, оскільки термін «потужності» поширений і якось більш знайомий, ми використовуємо його, але з деякою чіткістю, а саме, ми будемо говорити про енергоємність.
Ємність енергії - енергія, що надається повністю зарядженим акумулятором при розрядженні до найнижчого допустимого значення. Використовуючи цю концепцію, ми спробуємо приблизно розрахувати та порівняти енергоємність різних типів пристроїв зберігання енергії.
Повністю заряджений електричний акумулятор з заявленою потужністю (заряджається) 1 А·г теоретично здатний забезпечити струм 1 ампер за одну годину (або, наприклад, 10 А за 0,1 годин або 0,1 А за 10 годин). Але занадто багато струму розряду акумулятора призводить до менш ефективного повернення електроенергії, яка нелінійно знижує час його роботи з таким струмом і може призвести до перегріву. На практиці потужність батарей на основі 20-годинного циклу розряду до кінцевої напруги.
Для автомобільних батарей, це 10.8 В. Наприклад, маркування акумулятора "55 A·h" означає, що він здатний виробляти струм 2.75 амперів протягом 20 годин, а напруга в терміналах не падає нижче 10.8 В.
Виробники акумуляторів часто вказують на характеристики своїх продуктів, що зберігають енергію в Вт (Вт), а не зберігають заряд в мАг (мАг), які, як правило, говорять, не є правильним. Непросто розрахувати збережену енергію від залишеного заряду в цілому: вона вимагає інтеграції миттєвої потужності, випущеної акумулятором протягом усього часу її розряду. Якщо більша точність не потрібна, замість інтеграції можна використовувати середні значення напруги і споживаної струму і використовувати формулу:
1 Вт = 1 В · 1 Ач.
Що таке, що збережена енергія (в Х) приблизно дорівнює добутку збереженого заряду (в Ах) на середню напругу (в Вольтах): E = q · U. Наприклад, якщо йдеться про те, що потужність (в звичайному розумінні) 12-вольтового акумулятора становить 60 Ач, потім збережена енергія, тобто його потужність буде 720 Вт.
Енергоємність накопичувальних пристроївУ будь-якому фізичному підручнику можна прочитати, що робота А, виконана деякою силою Ф, коли тіло маси м піднімається до висоти h, обчислюється формулою A = m · h, де г є прискоренням вільного падіння. Ця формула виникає, коли рух тіла повільно і сили тертя можуть бути нехтовані. Робота проти тяжіння не залежить від того, як ми піднімаємо тіло: вертикально (як вага в годиннику), від нахиленої площини (як драпірування шишки гори), або будь-яким іншим чином.
У всіх випадках роботи А = м · г · ч. Коли тіло опускається до початкового рівня, сила тяжіння буде виконувати однакову роботу, яка була відхилена силою Ф для підйому тіла. Таким чином, при піднятті тіла ми зберігали роботу, що дорівнює м · г, тобто вирощений організм має енергію, що дорівнює продукту сили тяжіння, що діє на цьому тілі і висоти, до якого він піднімається. Ця енергія не залежить від того, яким чином відбувалася сходження, але визначаються тільки положенням тіла (висота до якої вона піднімається або різниця висоти між початковою і кінцевою позицією тіла) і називається потенційною енергією.
Ми оцінюємо цю формулу потужність маси води, що перекачується в бак з потужністю 1000 літрів, піднімається на 10 метрів над рівнем землі (або рівнем турбіни водню). Припустимо, що бак має форму куба довжиною 1 м. Потім, згідно з формулою в підручнику Landsberg, A = 1000 кг · (9.8 м/с2) · 10.5 м = 102900 кг · м2/с2. Але 1 кг · м2 / с2 дорівнює 1 джоулу, і переведений в ват години, ми отримуємо лише 28.583 ват годин. Це, щоб отримати енергоємність, що дорівнює потужності звичайної електричної батареї 720 Вт-години, потрібно збільшити обсяг води в резервуарі на 25.2 рази.
У баку буде довжина ребра близько 3 метрів. Енергоємністю буде 845 Вт-год. Це більше, ніж ємність одного акумулятора, але об'єм установки значно більше, ніж розмір звичайної автомобільної батареї свинцю. У зв'язку з тим, що в системі немає енергії, але в зв'язку з масою або об'ємом системи.
Особлива потужність енергіїТак ми прийшли до висновку, що енергоємність доцільна кореляти з масою або об'ємом пристрою зберігання, або самим перевізником, наприклад, вода заливається в бак. Розглянуто два показники цього виду.
Масова специфічна інтенсивність енергії буде викликана енергетичною потужністю приводу, зазначеною масою даного приводу.
Об'ємна специфічна інтенсивність енергії буде викликана енергією ємності диска, приписаний на об'єм цього приводу.
Приклад. Ведучий Panasonic LC-X1265P акумулятор, призначений для напруги 12 вольт, має заряд 65 amp-годинних, вага 20 кг і розміри (DhShV) 350 · 166 · 175 мм. Термін служби в т = 20 С - 10 років. Таким чином, його масова специфічна інтенсивність енергії буде 65 · 12 / 20 = 39 Вт годин на кілограм, а його об'ємна специфічна інтенсивність енергії буде 65 · 12 / (3,5 · 1.66 · 1.75) = 76.7 Вт годин на кубічний дециметр або 0.0767 кВт•год за куб.м.
9547565р.
Для зберігання гравітаційної енергії на основі резервуара для води з об'ємом 1000 літрів розглядається в попередньому розділі, специфічна інтенсивність енергії маси становитиме лише 28,583 Вт-год / 1000 кг = 0.0286 Wh / кг, що становить 1363 разів менше, ніж інтенсивність масової енергії свинцевої батареї. І хоча термін служби гравітаційного приводу може бути значно довше, від практичної точки зору, бак виглядає менш привабливим, ніж акумулятор. Розглянемо кілька прикладів зберігання енергії і оцінити їх специфічну інтенсивність енергії.
Енергетична інтенсивність теплообмінникаТеплоємність – це кількість тепла, що поглинається організмом, коли нагрівається на 1 ° С. Залежно від того, яка кількісна частина теплоємності належить до, маси, сипучих і мілярних теплових потужностей.
Масова специфічна теплоємність, також називається просто специфічною теплоємністю, є кількістю тепла, яка повинна бути доведена до одиниці маси речовини, щоб нагрівати її на одиницю температури. У SI вимірюється в джоулах, розділених на кілограм на кевін (J·kg−1·K−1).
Об'єм теплоємності - це кількість тепла, яка повинна бути доведена до одиниці об'єму речовини, щоб нагріти його за допомогою температури агрегату. У SI вимірюється в джоулах на кубічний метр за келвін (J·m−3·K−1).
Сонячна теплоємність - це кількість тепла, яка повинна бути доведена до 1 моль речовини, щоб нагрівати її на одиницю температури. У SI, вимірюється в джоулах за кевін (J/(mole·K)).
Моль - це одиниця вимірювання кількості речовини в міжнародній системі одиниць. Моль - це кількість матерії в системі, що містить в собі стільки структурних елементів, як атоми в вуглецевому 12 вагою 0,12 кг. Значення специфічної теплоємності впливає на температуру речовини та інші термодинамічні параметри. Наприклад, міркування специфічної теплоємності води дасть різні результати при 20 °C і 60 °C. Крім того, специфічна теплоємність залежить від того, як термодинамічні параметри речовини (пресур, об'єм і т.д.) допускаються зміни; наприклад, специфічна теплоємність при постійному тиску (CP) і при постійному об'ємі (CV) зазвичай різні.
Перехід речовини з одного агрегатного стану в інший супроводжується стрибкоподібною зміною теплоємності при певній температурі точки для кожної речовини - точки плавлення (перенесення твердої речовини в рідину), точкою кипіння (перенесення рідини в газ) і, відповідно, температурою зворотних трансформацій: заморожування і конденсація.
Особлива теплоємність багатьох речовин дається в довідкових книгах, як правило, для процесу в постійному тиску. Наприклад, специфічна теплоємність рідкої води в нормальних умовах становить 4200 J/(кг·K); лід 2100 J/(кг·K).
На основі вищевказаних даних можна спробувати оцінити теплоємність водонагрівача (абстракт). Припустимо, що маса води в ній дорівнює 1000 кг (ліфери). Зігрівайте його до 80 °C і дайте нагрів до 30 °C. Якщо ви не турбуєте, що теплоємність відрізняється при різних температурах, ми можемо припустити, що теплоаккумулятор дасть 4200 * 1000 * 50 J тепла. Що таке теплоаккумулятор потужністю 210 мегаполісів або 58,333 кВт-год електроенергії.
Якщо порівняти це значення з енергоспоживанням звичайного автомобільного акумулятора (720 Вт-години), ми бачимо, що для енергоємності теплоаккумулятора в питанні дорівнює потужності близько 810 електричних батарей.
Особлива інтенсивність енергії маси такого теплоакумулятора (навіть без врахування маси судна, в якому вода з підігрівом буде фактично зберігатися, а маса теплоізоляції) становитиме 58.3 кВт•год / 1000 кг = 58.3 Вт / кг. Це вже виходить, щоб бути більш, ніж масове споживання енергії свинцево-зінцевої батареї, рівні, як розраховані вище, 39 Вт / кг.
За грубими оцінками теплоаккумулятор можна порівняти зі звичайною автомобільною батареєю і з точки зору об'ємної специфічної інтенсивності енергії, так як кілограм води є дециметром обсягу, тому його об'ємна специфічна інтенсивність енергії також 76.7 Wh / кг, що точно збігається з об'ємом специфічної теплоємності провідної батареї. Однак в розрахунку на теплоаккумулятор ми враховували тільки обсяг води, хоча необхідно враховувати обсяг резервуара і теплоізоляції. Але в будь-якому випадку втрата не буде настільки великим, як для гравітаційного приводу.
Інші види зберігання енергіїУ статті «Огляд енергосховища (батарі) наведено розрахунки специфічних енергетичних потужностей деяких пристроїв зберігання енергії. Запозичувати деякі приклади звідти.
З ємності конденсатора 1 F і напругою 250 V, збережена енергія буде: E = CU2 /2 = 1∙ 2502 /2 = 31.25 кДж ~ 8.69 Вт. Якщо використовуються електролітичні конденсатори, їх вага може бути 120 кг. Особлива енергія пристрою зберігання становить 0,26 кДж / кг або 0.072 Вт / кг. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 9 Вт за годину. Термін служби електролітичних конденсаторів може досягати 20 років. Іоністори в щільності збереженого енергетичного підходу хімічні батареї. Переваги: Збережена енергія може бути використана в короткий період часу.
Гравітаційні приводи копрського типуСпочатку піднімаємо корпус вагою 2000 кг на висоту 5 м. Потім тіло набуває під вагою, обертаючи генератор. E = мг ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 кДж ~ 27.8 Вт W · час / кг. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 28 Вт за годину. Термін служби приводу може бути 20 років або більше.
Гідності: Збережена енергія може бути використана протягом короткого періоду часу.
фемдомЕ = 0,5 J w2, де J є момент інерції обертального тіла. Для радіуса циліндра R і висоти H:
J = 0.5 р.р.
де р - щільність матеріалу, з якого проводиться циліндр.
Лімітна лінійна швидкість на периферії ваксового флакону (приблизно 200 м/с для сталі).
Vmax = wmax R або wmax = Vmax /R
Далі Emax = 0.5 J w2max = 0.25 p r2 H V2max = 0.25 M V2max
Особлива енергія буде: Emax /M = 0.25 V2max
Для сталевого циліндричного мастила максимальна специфічна інтенсивність енергії становить приблизно 10 кДж/кг. Для зважування коліс 100 кг (R = 0.2 м, H = 0,1 м), максимальна економічна енергія може бути 0,25∙ 3.14∙ 8000 ∙ 0.22 ∙ 0.1 ∙ 2002 ~ 1 МДж ~ 0.278 кВт•год. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 280 Вт за годину. Термін служби люків може бути 20 років або більше. Переваги: збережена енергія може бути використана в короткий період часу, характеристики можуть бути значно покращені.
Супер малярНа відміну від звичайних флаконів, здатний теоретично зберігати до 500 Вт на кілограм ваги через особливості дизайну. Тим не менш, розвиток суперфлітрів з якоїсь причини припинилося.
Пневматичний складУ сталевому резервуарі потужністю 1 м3 повітря накачується під тиском 50 атмосфери. Витримати цей тиск, стіни бака повинні бути товщиною близько 5 мм. Пригнічений повітря використовується для виконання роботи. У ізотермальному процесі робота А, що виконується ідеальним газом при розширенні в атмосферу, визначається формулою:
А = (М/м)∙ Р∙ Т∙ лн (В2/В1 )
де М - маса газу, м - це монолярна маса газу, Р - універсальна газова константа, Т - абсолютна температура, В1 - початковий об'єм газу, В2 - кінцевий об'єм газу. Враховуючи державне рівняння для ідеального газу (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2 ) для реалізації цього сховища V2 / V1 = 50, R = 8.31 J / (mol · grad), T = 293 0K, M / м ~ 50: 0.0224 ~ 2232, Операція газу при розширенні 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ л 50 ~ 20 МДж ~ 5.56 кВт•год на цикл. Маса диска становить приблизно 250 кг. Особлива енергія буде 80 кДж/кг. При роботі пневматичний привід може забезпечити навантаження не більше 5,5 кВт на годину. Термін служби пневматичного накопичувача може бути 20 років і більше.
Переваги: резервуар для зберігання може бути розташований під землею, стандартні газові циліндри можуть використовуватися як резервуар в необхідному обсязі з відповідним обладнанням, при використанні вітротурбіни, останній може безпосередньо приводити компресорний насос, є досить велика кількість пристроїв, які безпосередньо використовують енергію стисненого повітря.
Порівняльна таблиця деяких пристроїв зберігання енергіїВсі вищевказані значення параметрів зберігання енергії будуть підведені в загальному таблиці. Але, перш за все, ми зазначимо, що споживання енергії дозволяє порівняти диски з звичайним паливом.
Головною характеристикою палива є її тепло згоряння, тобто кількість тепла, що виділяється під час повного згоряння. Розрізання тепла горіння специфічної (MJ / кг) і об'ємної (MJ / m3). Ми отримуємо:
Ємність паливної енергії (кВт / кг) Дерево 2.33-4.32 Паливний шлейф 2.33 – 5.82 Селат 2.33 – 4.66 Коричневий вугілля 2.92 – 5.82 Кам’яний вугілля близько 8.15 Антракіт 9.08 – 9.32 Масло 11.63 Газолін 12.8 кВт•год/кг, 9.08 кВт•год/літр
Як бачимо, специфічна інтенсивність енергії палива значно перевищує інтенсивність енергії пристроїв зберігання енергії. Оскільки дизельні генератори часто використовуються як джерело резервної енергії, інтенсивність енергії дизельного палива становить 42624 кДж/кг або 11.84 кВт•год/кг. І додаємо природний газ і водень для порівняння, оскільки останній також може служити основою для створення пристроїв зберігання енергії.
Специфіка інтенсивності повітряних газів (пропан-бутан) становить 36 мДж / кг. або 10 кВт•год / кг, а водень - 33,58 кВт•год / кг.
В результаті ми отримуємо наступний стіл з параметрами розглянутих пристроїв зберігання енергії ( останні два лінії в цьому столі додаються для порівняння з традиційними енергоносіїв):
Особливості зберігання енергії
впровадження накопичувача Запобігання
енергія, KWh Специфіка енергоємності,
W · час / кг Максимальний робочий час
для навантаження 100 Вт, хвилин Об'ємна інтенсивність енергії,
Вх/дм3 Термін служби,
Coprus маса copra 2 тонн, висота
підйом 5 м 0.0278 0.0139 16.7 2.78 / об'єм кола в дм більше 20 Вага гідравлічної ваги води 1000 кг, висота насоса 10 м 0.0286 0.0286 16.7 0.0286 більше 20 ємність конденсатора 1 F,
Напруга 250 В, вага 120 кг 0.00868 0.072 5.2 0.0868 до 20 Латвкова сталь вага 100 кг, діаметр 0,4 м, товщина 0,1 м 0.278 2.78 166.8 69.5 більше 20 Провідна ємність акумулятора 190 А·год, вихідна напруга 12 В, маса 70 кг 1.083 15.47 60-75 3 ... 5 Пневматичний Сталевий бак з об'ємом 250 кг стисненого повітря під тиском 1,5,78 166 69,5 до 20,4 тис. 20,360 balone газу з об'ємом більше 20,00,360 030 03000 05000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Надані в таблиці цифри дуже наближені, багато чинників не враховуються в розрахунки, наприклад, коефіцієнт ефективності генератора, який використовує збережену енергію, обсяги і ваги необхідного обладнання, і так далі. Однак ці цифри дозволяють, на мій погляд, дати початкову оцінку потенційної енергетичної інтенсивності різних видів енергії.
І, як випливає з наведеного столу, найбільш ефективний тип зберігання повітряної кулі з воднем. Якщо «безкоштовно» (потрібно) енергія з відновлюваних джерел використовується для виробництва водню, то це водне зберігання, яке може бути найбільш перспективним.
Гідроген Може використовуватися як паливо в звичайному внутрішньому двигуні згоряння, який буде обертати електричний генератор або в водневих паливних клітинах, які безпосередньо виробляють електроенергію. Питання якого способу вигідніше вимагає окремого розгляду. Добре, питання безпеки у виробництві та використанні водню можуть здійснювати коригування при розгляді доцільності використання певного типу зберігання енергії. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: altenergiya.ru/accumulator/kakoj-nakopitel-energii-samyj-energoemkij.html
Щоб відповісти на питання, які виникають, необхідно розробити деякі критерії оцінювання батарей, які дозволяють отримати об'єктивні оцінки. І для цього потрібно враховувати різні параметри дисків, які дозволяють отримати чисельні оцінки.
Ємність або накопичується плата?При спілкуванні або письмі про автомобільні акумулятори часто згадують значення, яке називається ємністю акумулятора і виражається в годинах ампера (для малих батарей – в міліампер-години). Але, строго кажучи, година ампера не є блоком ємності. Місткість в теорії електрики вимірюється в далекосі. Amp-годинний блок вимірювання заряду! Тобто характеристика акумулятора повинна бути розглянута (і так це називається) накопичений заряд.
При фізиці вимірюється заряд в педанах. Коломба - це кількість заряду, що пропущена через провідник на струм 1 амперів на секунду. З 1 Кл/с дорівнює 1 А, потім, переклав годинник на секунди, ми отримуємо, що одна година ампера буде дорівнює 3600 Кл. Слід зазначити, що навіть з визначення педанту зрозуміло, що заряд охарактеризує певний процес, а саме процес переходу через провідник. Так само це правда навіть від імені іншої величини: одна година ампера є коли струм одного ампера протікає через провідник протягом години.
На перший погляд може здатися, що є деякі невідповідності. Якщо мова йде про енергозбереження, то енергія, що зберігається в будь-якому акумуляторі, повинна бути вимірена в джоулі, так як вона є джоулом в фізиці, яка служить блоком вимірювання енергії. Але нехай ми пам'ятаємо, що струм в провіднику відбувається тільки тоді, коли є потенційна відмінність в кінцях провідника, тобто напруга наноситься на провідник. Якщо напруга в терміналах акумулятора становить 1 вольт і заряд одного ампер-годинного протікає через провідник, ми отримуємо, що акумулятор дав 1 В · 1 А·год = 1 Вт енергії.
Таким чином, по відношенню до акумуляторів, більш правильно говорити про збережену енергію (зберігати енергію) або заряджати. Тим не менш, оскільки термін «потужності» поширений і якось більш знайомий, ми використовуємо його, але з деякою чіткістю, а саме, ми будемо говорити про енергоємність.
Ємність енергії - енергія, що надається повністю зарядженим акумулятором при розрядженні до найнижчого допустимого значення. Використовуючи цю концепцію, ми спробуємо приблизно розрахувати та порівняти енергоємність різних типів пристроїв зберігання енергії.
Повністю заряджений електричний акумулятор з заявленою потужністю (заряджається) 1 А·г теоретично здатний забезпечити струм 1 ампер за одну годину (або, наприклад, 10 А за 0,1 годин або 0,1 А за 10 годин). Але занадто багато струму розряду акумулятора призводить до менш ефективного повернення електроенергії, яка нелінійно знижує час його роботи з таким струмом і може призвести до перегріву. На практиці потужність батарей на основі 20-годинного циклу розряду до кінцевої напруги.
Для автомобільних батарей, це 10.8 В. Наприклад, маркування акумулятора "55 A·h" означає, що він здатний виробляти струм 2.75 амперів протягом 20 годин, а напруга в терміналах не падає нижче 10.8 В.
Виробники акумуляторів часто вказують на характеристики своїх продуктів, що зберігають енергію в Вт (Вт), а не зберігають заряд в мАг (мАг), які, як правило, говорять, не є правильним. Непросто розрахувати збережену енергію від залишеного заряду в цілому: вона вимагає інтеграції миттєвої потужності, випущеної акумулятором протягом усього часу її розряду. Якщо більша точність не потрібна, замість інтеграції можна використовувати середні значення напруги і споживаної струму і використовувати формулу:
1 Вт = 1 В · 1 Ач.
Що таке, що збережена енергія (в Х) приблизно дорівнює добутку збереженого заряду (в Ах) на середню напругу (в Вольтах): E = q · U. Наприклад, якщо йдеться про те, що потужність (в звичайному розумінні) 12-вольтового акумулятора становить 60 Ач, потім збережена енергія, тобто його потужність буде 720 Вт.
Енергоємність накопичувальних пристроївУ будь-якому фізичному підручнику можна прочитати, що робота А, виконана деякою силою Ф, коли тіло маси м піднімається до висоти h, обчислюється формулою A = m · h, де г є прискоренням вільного падіння. Ця формула виникає, коли рух тіла повільно і сили тертя можуть бути нехтовані. Робота проти тяжіння не залежить від того, як ми піднімаємо тіло: вертикально (як вага в годиннику), від нахиленої площини (як драпірування шишки гори), або будь-яким іншим чином.
У всіх випадках роботи А = м · г · ч. Коли тіло опускається до початкового рівня, сила тяжіння буде виконувати однакову роботу, яка була відхилена силою Ф для підйому тіла. Таким чином, при піднятті тіла ми зберігали роботу, що дорівнює м · г, тобто вирощений організм має енергію, що дорівнює продукту сили тяжіння, що діє на цьому тілі і висоти, до якого він піднімається. Ця енергія не залежить від того, яким чином відбувалася сходження, але визначаються тільки положенням тіла (висота до якої вона піднімається або різниця висоти між початковою і кінцевою позицією тіла) і називається потенційною енергією.
Ми оцінюємо цю формулу потужність маси води, що перекачується в бак з потужністю 1000 літрів, піднімається на 10 метрів над рівнем землі (або рівнем турбіни водню). Припустимо, що бак має форму куба довжиною 1 м. Потім, згідно з формулою в підручнику Landsberg, A = 1000 кг · (9.8 м/с2) · 10.5 м = 102900 кг · м2/с2. Але 1 кг · м2 / с2 дорівнює 1 джоулу, і переведений в ват години, ми отримуємо лише 28.583 ват годин. Це, щоб отримати енергоємність, що дорівнює потужності звичайної електричної батареї 720 Вт-години, потрібно збільшити обсяг води в резервуарі на 25.2 рази.
У баку буде довжина ребра близько 3 метрів. Енергоємністю буде 845 Вт-год. Це більше, ніж ємність одного акумулятора, але об'єм установки значно більше, ніж розмір звичайної автомобільної батареї свинцю. У зв'язку з тим, що в системі немає енергії, але в зв'язку з масою або об'ємом системи.
Особлива потужність енергіїТак ми прийшли до висновку, що енергоємність доцільна кореляти з масою або об'ємом пристрою зберігання, або самим перевізником, наприклад, вода заливається в бак. Розглянуто два показники цього виду.
Масова специфічна інтенсивність енергії буде викликана енергетичною потужністю приводу, зазначеною масою даного приводу.
Об'ємна специфічна інтенсивність енергії буде викликана енергією ємності диска, приписаний на об'єм цього приводу.
Приклад. Ведучий Panasonic LC-X1265P акумулятор, призначений для напруги 12 вольт, має заряд 65 amp-годинних, вага 20 кг і розміри (DhShV) 350 · 166 · 175 мм. Термін служби в т = 20 С - 10 років. Таким чином, його масова специфічна інтенсивність енергії буде 65 · 12 / 20 = 39 Вт годин на кілограм, а його об'ємна специфічна інтенсивність енергії буде 65 · 12 / (3,5 · 1.66 · 1.75) = 76.7 Вт годин на кубічний дециметр або 0.0767 кВт•год за куб.м.
9547565р.
Для зберігання гравітаційної енергії на основі резервуара для води з об'ємом 1000 літрів розглядається в попередньому розділі, специфічна інтенсивність енергії маси становитиме лише 28,583 Вт-год / 1000 кг = 0.0286 Wh / кг, що становить 1363 разів менше, ніж інтенсивність масової енергії свинцевої батареї. І хоча термін служби гравітаційного приводу може бути значно довше, від практичної точки зору, бак виглядає менш привабливим, ніж акумулятор. Розглянемо кілька прикладів зберігання енергії і оцінити їх специфічну інтенсивність енергії.
Енергетична інтенсивність теплообмінникаТеплоємність – це кількість тепла, що поглинається організмом, коли нагрівається на 1 ° С. Залежно від того, яка кількісна частина теплоємності належить до, маси, сипучих і мілярних теплових потужностей.
Масова специфічна теплоємність, також називається просто специфічною теплоємністю, є кількістю тепла, яка повинна бути доведена до одиниці маси речовини, щоб нагрівати її на одиницю температури. У SI вимірюється в джоулах, розділених на кілограм на кевін (J·kg−1·K−1).
Об'єм теплоємності - це кількість тепла, яка повинна бути доведена до одиниці об'єму речовини, щоб нагріти його за допомогою температури агрегату. У SI вимірюється в джоулах на кубічний метр за келвін (J·m−3·K−1).
Сонячна теплоємність - це кількість тепла, яка повинна бути доведена до 1 моль речовини, щоб нагрівати її на одиницю температури. У SI, вимірюється в джоулах за кевін (J/(mole·K)).
Моль - це одиниця вимірювання кількості речовини в міжнародній системі одиниць. Моль - це кількість матерії в системі, що містить в собі стільки структурних елементів, як атоми в вуглецевому 12 вагою 0,12 кг. Значення специфічної теплоємності впливає на температуру речовини та інші термодинамічні параметри. Наприклад, міркування специфічної теплоємності води дасть різні результати при 20 °C і 60 °C. Крім того, специфічна теплоємність залежить від того, як термодинамічні параметри речовини (пресур, об'єм і т.д.) допускаються зміни; наприклад, специфічна теплоємність при постійному тиску (CP) і при постійному об'ємі (CV) зазвичай різні.
Перехід речовини з одного агрегатного стану в інший супроводжується стрибкоподібною зміною теплоємності при певній температурі точки для кожної речовини - точки плавлення (перенесення твердої речовини в рідину), точкою кипіння (перенесення рідини в газ) і, відповідно, температурою зворотних трансформацій: заморожування і конденсація.
Особлива теплоємність багатьох речовин дається в довідкових книгах, як правило, для процесу в постійному тиску. Наприклад, специфічна теплоємність рідкої води в нормальних умовах становить 4200 J/(кг·K); лід 2100 J/(кг·K).
На основі вищевказаних даних можна спробувати оцінити теплоємність водонагрівача (абстракт). Припустимо, що маса води в ній дорівнює 1000 кг (ліфери). Зігрівайте його до 80 °C і дайте нагрів до 30 °C. Якщо ви не турбуєте, що теплоємність відрізняється при різних температурах, ми можемо припустити, що теплоаккумулятор дасть 4200 * 1000 * 50 J тепла. Що таке теплоаккумулятор потужністю 210 мегаполісів або 58,333 кВт-год електроенергії.
Якщо порівняти це значення з енергоспоживанням звичайного автомобільного акумулятора (720 Вт-години), ми бачимо, що для енергоємності теплоаккумулятора в питанні дорівнює потужності близько 810 електричних батарей.
Особлива інтенсивність енергії маси такого теплоакумулятора (навіть без врахування маси судна, в якому вода з підігрівом буде фактично зберігатися, а маса теплоізоляції) становитиме 58.3 кВт•год / 1000 кг = 58.3 Вт / кг. Це вже виходить, щоб бути більш, ніж масове споживання енергії свинцево-зінцевої батареї, рівні, як розраховані вище, 39 Вт / кг.
За грубими оцінками теплоаккумулятор можна порівняти зі звичайною автомобільною батареєю і з точки зору об'ємної специфічної інтенсивності енергії, так як кілограм води є дециметром обсягу, тому його об'ємна специфічна інтенсивність енергії також 76.7 Wh / кг, що точно збігається з об'ємом специфічної теплоємності провідної батареї. Однак в розрахунку на теплоаккумулятор ми враховували тільки обсяг води, хоча необхідно враховувати обсяг резервуара і теплоізоляції. Але в будь-якому випадку втрата не буде настільки великим, як для гравітаційного приводу.
Інші види зберігання енергіїУ статті «Огляд енергосховища (батарі) наведено розрахунки специфічних енергетичних потужностей деяких пристроїв зберігання енергії. Запозичувати деякі приклади звідти.
З ємності конденсатора 1 F і напругою 250 V, збережена енергія буде: E = CU2 /2 = 1∙ 2502 /2 = 31.25 кДж ~ 8.69 Вт. Якщо використовуються електролітичні конденсатори, їх вага може бути 120 кг. Особлива енергія пристрою зберігання становить 0,26 кДж / кг або 0.072 Вт / кг. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 9 Вт за годину. Термін служби електролітичних конденсаторів може досягати 20 років. Іоністори в щільності збереженого енергетичного підходу хімічні батареї. Переваги: Збережена енергія може бути використана в короткий період часу.
Гравітаційні приводи копрського типуСпочатку піднімаємо корпус вагою 2000 кг на висоту 5 м. Потім тіло набуває під вагою, обертаючи генератор. E = мг ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 кДж ~ 27.8 Вт W · час / кг. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 28 Вт за годину. Термін служби приводу може бути 20 років або більше.
Гідності: Збережена енергія може бути використана протягом короткого періоду часу.
фемдомЕ = 0,5 J w2, де J є момент інерції обертального тіла. Для радіуса циліндра R і висоти H:
J = 0.5 р.р.
де р - щільність матеріалу, з якого проводиться циліндр.
Лімітна лінійна швидкість на периферії ваксового флакону (приблизно 200 м/с для сталі).
Vmax = wmax R або wmax = Vmax /R
Далі Emax = 0.5 J w2max = 0.25 p r2 H V2max = 0.25 M V2max
Особлива енергія буде: Emax /M = 0.25 V2max
Для сталевого циліндричного мастила максимальна специфічна інтенсивність енергії становить приблизно 10 кДж/кг. Для зважування коліс 100 кг (R = 0.2 м, H = 0,1 м), максимальна економічна енергія може бути 0,25∙ 3.14∙ 8000 ∙ 0.22 ∙ 0.1 ∙ 2002 ~ 1 МДж ~ 0.278 кВт•год. При роботі диск може забезпечити навантаження не більше 280 Вт за годину. Термін служби люків може бути 20 років або більше. Переваги: збережена енергія може бути використана в короткий період часу, характеристики можуть бути значно покращені.
Супер малярНа відміну від звичайних флаконів, здатний теоретично зберігати до 500 Вт на кілограм ваги через особливості дизайну. Тим не менш, розвиток суперфлітрів з якоїсь причини припинилося.
Пневматичний складУ сталевому резервуарі потужністю 1 м3 повітря накачується під тиском 50 атмосфери. Витримати цей тиск, стіни бака повинні бути товщиною близько 5 мм. Пригнічений повітря використовується для виконання роботи. У ізотермальному процесі робота А, що виконується ідеальним газом при розширенні в атмосферу, визначається формулою:
А = (М/м)∙ Р∙ Т∙ лн (В2/В1 )
де М - маса газу, м - це монолярна маса газу, Р - універсальна газова константа, Т - абсолютна температура, В1 - початковий об'єм газу, В2 - кінцевий об'єм газу. Враховуючи державне рівняння для ідеального газу (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2 ) для реалізації цього сховища V2 / V1 = 50, R = 8.31 J / (mol · grad), T = 293 0K, M / м ~ 50: 0.0224 ~ 2232, Операція газу при розширенні 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ л 50 ~ 20 МДж ~ 5.56 кВт•год на цикл. Маса диска становить приблизно 250 кг. Особлива енергія буде 80 кДж/кг. При роботі пневматичний привід може забезпечити навантаження не більше 5,5 кВт на годину. Термін служби пневматичного накопичувача може бути 20 років і більше.
Переваги: резервуар для зберігання може бути розташований під землею, стандартні газові циліндри можуть використовуватися як резервуар в необхідному обсязі з відповідним обладнанням, при використанні вітротурбіни, останній може безпосередньо приводити компресорний насос, є досить велика кількість пристроїв, які безпосередньо використовують енергію стисненого повітря.
Порівняльна таблиця деяких пристроїв зберігання енергіїВсі вищевказані значення параметрів зберігання енергії будуть підведені в загальному таблиці. Але, перш за все, ми зазначимо, що споживання енергії дозволяє порівняти диски з звичайним паливом.
Головною характеристикою палива є її тепло згоряння, тобто кількість тепла, що виділяється під час повного згоряння. Розрізання тепла горіння специфічної (MJ / кг) і об'ємної (MJ / m3). Ми отримуємо:
Ємність паливної енергії (кВт / кг) Дерево 2.33-4.32 Паливний шлейф 2.33 – 5.82 Селат 2.33 – 4.66 Коричневий вугілля 2.92 – 5.82 Кам’яний вугілля близько 8.15 Антракіт 9.08 – 9.32 Масло 11.63 Газолін 12.8 кВт•год/кг, 9.08 кВт•год/літр
Як бачимо, специфічна інтенсивність енергії палива значно перевищує інтенсивність енергії пристроїв зберігання енергії. Оскільки дизельні генератори часто використовуються як джерело резервної енергії, інтенсивність енергії дизельного палива становить 42624 кДж/кг або 11.84 кВт•год/кг. І додаємо природний газ і водень для порівняння, оскільки останній також може служити основою для створення пристроїв зберігання енергії.
Специфіка інтенсивності повітряних газів (пропан-бутан) становить 36 мДж / кг. або 10 кВт•год / кг, а водень - 33,58 кВт•год / кг.
В результаті ми отримуємо наступний стіл з параметрами розглянутих пристроїв зберігання енергії ( останні два лінії в цьому столі додаються для порівняння з традиційними енергоносіїв):
Особливості зберігання енергії
впровадження накопичувача Запобігання
енергія, KWh Специфіка енергоємності,
W · час / кг Максимальний робочий час
для навантаження 100 Вт, хвилин Об'ємна інтенсивність енергії,
Вх/дм3 Термін служби,
Coprus маса copra 2 тонн, висота
підйом 5 м 0.0278 0.0139 16.7 2.78 / об'єм кола в дм більше 20 Вага гідравлічної ваги води 1000 кг, висота насоса 10 м 0.0286 0.0286 16.7 0.0286 більше 20 ємність конденсатора 1 F,
Напруга 250 В, вага 120 кг 0.00868 0.072 5.2 0.0868 до 20 Латвкова сталь вага 100 кг, діаметр 0,4 м, товщина 0,1 м 0.278 2.78 166.8 69.5 більше 20 Провідна ємність акумулятора 190 А·год, вихідна напруга 12 В, маса 70 кг 1.083 15.47 60-75 3 ... 5 Пневматичний Сталевий бак з об'ємом 250 кг стисненого повітря під тиском 1,5,78 166 69,5 до 20,4 тис. 20,360 balone газу з об'ємом більше 20,00,360 030 03000 05000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
Надані в таблиці цифри дуже наближені, багато чинників не враховуються в розрахунки, наприклад, коефіцієнт ефективності генератора, який використовує збережену енергію, обсяги і ваги необхідного обладнання, і так далі. Однак ці цифри дозволяють, на мій погляд, дати початкову оцінку потенційної енергетичної інтенсивності різних видів енергії.
І, як випливає з наведеного столу, найбільш ефективний тип зберігання повітряної кулі з воднем. Якщо «безкоштовно» (потрібно) енергія з відновлюваних джерел використовується для виробництва водню, то це водне зберігання, яке може бути найбільш перспективним.
Гідроген Може використовуватися як паливо в звичайному внутрішньому двигуні згоряння, який буде обертати електричний генератор або в водневих паливних клітинах, які безпосередньо виробляють електроенергію. Питання якого способу вигідніше вимагає окремого розгляду. Добре, питання безпеки у виробництві та використанні водню можуть здійснювати коригування при розгляді доцільності використання певного типу зберігання енергії. Видання
P.S. І пам'ятайте, що просто змініть наше споживання – разом ми змінюємо світ!
Приєднуйтесь до нас на Facebook, VKontakte, Odnoklassniki
Джерело: altenergiya.ru/accumulator/kakoj-nakopitel-energii-samyj-energoemkij.html
