Die Natur gab dem Menschen eine Vielzahl von Energiequellen: Sonne, Wind, Flüsse und andere. Der Nachteil dieser kostenlosen Energieerzeuger ist die mangelnde Stabilität. Daher wird sie in Zeiten überschüssiger Energie in Speichergeräten gespeichert und in Zeiten vorübergehender Rezession verbraucht. Energiespeicher zeichnen sich durch folgende Parameter aus:
- Menge der gespeicherten Energie;
- Geschwindigkeit seiner Akkumulation und Rückkehr;
- spezifisches Gewicht;
- Energiespeicherzeit;
- Zuverlässigkeit;
- Herstellungs- und Wartungskosten und andere.
Es gibt viele Möglichkeiten, Laufwerke zu organisieren. Eine der bequemsten ist die Klassifizierung nach der Art der im Speicher verwendeten Energie und nach der Methode ihrer Speicherung und Rückführung. Energiespeicher werden in folgende Haupttypen unterteilt:
- mechanisch;
- thermisch;
- elektrisch;
- chemisch.
Akkumulation potentieller Energie
Das Wesen dieser Geräte ist einfach. Beim Anheben einer Last wird potenzielle Energie gespeichert, beim Absenken verrichtet sie nützliche Arbeit. Konstruktionsmerkmale hängen von der Art der Ladung ab. Es kann fest, flüssig bzwlose Substanz. In der Regel sind die Konstruktionen derartiger Geräte äußerst einfach, daher die hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer. Die Speicherzeit der gespeicherten Energie hängt von der H altbarkeit der Materialien ab und kann Jahrtausende erreichen. Leider haben solche Geräte eine geringe Energiedichte.
Mechanische Speicherung kinetischer Energie
In diesen Geräten wird Energie in der Bewegung eines Körpers gespeichert. Normalerweise ist dies eine oszillierende oder translatorische Bewegung.
Kinetische Energie in Schwingungssystemen konzentriert sich auf die hin- und hergehende Bewegung des Körpers. Energie wird portionsweise im Takt der Körperbewegung zugeführt und verbraucht. Der Mechanismus ist ziemlich komplex und launisch in der Einstellung. Weit verbreitet in mechanischen Uhren. Die gespeicherte Energiemenge ist meist gering und reicht nur für den Betrieb des Gerätes selbst aus.
Gyroskopbetriebene Speichergeräte
Der Vorrat an kinetischer Energie ist in einem rotierenden Schwungrad konzentriert. Die spezifische Energie eines Schwungrads übersteigt die Energie einer ähnlichen statischen Last erheblich. Es ist möglich, in kurzer Zeit eine beträchtliche Leistung zu empfangen oder abzugeben. Die Energiespeicherzeit ist kurz und bei den meisten Konstruktionen auf wenige Stunden begrenzt. Moderne Technologien ermöglichen es, die Energiespeicherzeit auf mehrere Monate zu bringen. Schwungräder sind sehr stoßempfindlich. Die Energie des Geräts hängt direkt von seiner Rotationsgeschwindigkeit ab. Daher tritt im Prozess der Akkumulation und Energierückgabe eine Änderung der Drehzahl des Schwungrads auf. Und für eine Ladung wiein der Regel ist eine konstante, niedrige Drehzahl erforderlich.
Vielversprechendere Geräte sind Superschwungräder. Sie bestehen aus Stahlband, Kunstfaser oder Draht. Das Design kann dicht sein oder leeren Raum haben. Wenn freier Raum vorhanden ist, bewegen sich die Spulen des Bandes zum Rotationsumfang, das Trägheitsmoment des Schwungrads ändert sich, ein Teil der Energie wird in der deformierten Feder gespeichert. In solchen Geräten ist die Rotationsgeschwindigkeit stabiler als in festen Strukturen, und ihr Energieverbrauch ist viel höher. Sie sind auch sicherer.
Moderne Superschwungräder werden aus Kevlar-Fasern hergestellt. Sie rotieren in einer Vakuumkammer an einer magnetischen Aufhängung. Kann Energie für mehrere Monate speichern.
Mechanische Lagerung mit elastischen Kräften
Diese Art von Gerät ist in der Lage, eine enorme spezifische Energie zu speichern. Von den mechanischen Antrieben hat er die höchste Energieintensität für Geräte mit Abmessungen von mehreren Zentimetern. Große Schwungräder mit sehr hohen Drehzahlen haben einen deutlich höheren Energieinh alt, sind aber sehr anfällig gegenüber äußeren Einflüssen und haben eine kürzere Energiespeicherzeit.
Federkraft mechanischer Speicher
Fähig, die höchste mechanische Leistung aller Energiespeicherklassen zu liefern. Sie wird nur durch die Zugfestigkeit der Feder begrenzt. Die Energie einer zusammengedrückten Feder kann mehrere Jahrzehnte gespeichert werden. Aufgrund der ständigen Verformung sammelt sich jedoch Ermüdung im Metall und in der Federkapazität ansinkt. Gleichzeitig können hochwertige Stahlfedern unter sachgemäßen Betriebsbedingungen Hunderte von Jahren ohne nennenswerten Leistungsverlust arbeiten.
Federfunktionen können von beliebigen elastischen Elementen übernommen werden. Gummibänder zum Beispiel sind Stahlprodukten in Bezug auf die gespeicherte Energie pro Masseeinheit um ein Dutzend Mal überlegen. Allerdings beträgt die Lebensdauer von Gummi durch chemische Alterung nur wenige Jahre.
Mechanische Speicher, die die Energie komprimierter Gase nutzen
Bei diesem Gerätetyp wird Energie durch Komprimieren des Gases gespeichert. Bei einem Energieüberschuss wird das Gas mit einem Kompressor unter Druck in die Flasche gepumpt. Bei Bedarf wird komprimiertes Gas verwendet, um eine Turbine oder einen elektrischen Generator anzutreiben. Bei kleinen Leistungen empfiehlt es sich, anstelle einer Turbine einen Kolbenmotor zu verwenden. Gas in einem Behälter unter einem Druck von Hunderten von Atmosphären hat eine hohe spezifische Energiedichte für mehrere Jahre und mit hochwertigen Armaturen - für Jahrzehnte.
Wärmespeicher
Der größte Teil unseres Landes befindet sich in den nördlichen Regionen, daher muss ein erheblicher Teil der Energie zum Heizen aufgewendet werden. Diesbezüglich gilt es regelmäßig das Problem zu lösen, Wärme im Antrieb zu h alten und ggf. von dort abzuführen.
In den meisten Fällen ist es nicht möglich, eine hohe Dichte gespeicherter thermischer Energie und signifikante Erh altungszeiten zu erreichen. Vorhandene effektive Geräte inAufgrund einiger Funktionen und des hohen Preises sind sie nicht für eine breite Anwendung geeignet.
Speicherung durch Wärmekapazität
Dies ist eine der ältesten Methoden. Es basiert auf dem Prinzip der Akkumulation von Wärmeenergie beim Erhitzen eines Stoffes und der Wärmeübertragung beim Abkühlen. Der Aufbau solcher Antriebe ist denkbar einfach. Es kann ein Stück eines festen Stoffes oder ein geschlossener Behälter mit einem flüssigen Kühlmittel sein. Thermische Energiespeicher haben eine sehr lange Lebensdauer, eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Zyklen der Akkumulation und Abgabe von Energie. Die Lagerzeit überschreitet jedoch nicht mehrere Tage.
Elektrischer Energiespeicher
Elektrische Energie ist die bequemste Form davon in der modernen Welt. Aus diesem Grund sind elektrische Speicher weit verbreitet und am weitesten entwickelt. Leider ist die spezifische Kapazität billiger Geräte gering und Geräte mit hoher spezifischer Kapazität sind zu teuer und kurzlebig. Elektrische Energiespeicher sind Kondensatoren, Ionistoren, Batterien.
Kondensatoren
Dies ist die massivste Art der Energiespeicherung. Kondensatoren können bei Temperaturen von -50 bis +150 Grad betrieben werden. Die Anzahl der Energieakkumulations-Rückgabezyklen beträgt mehrere zehn Milliarden pro Sekunde. Indem Sie mehrere Kondensatoren parallel sch alten, können Sie leicht die erforderliche Kapazität erh alten. Darüber hinaus gibt es variable Kondensatoren. Die Änderung der Kapazität solcher Kondensatoren kann mechanisch oder elektrisch oder durch Temperatur erfolgen. Am häufigsten sind Drehkondensatoren in zu findenSchwingkreise.
Kondensatoren werden in zwei Klassen eingeteilt - polar und unpolar. Polare (Elektrolyt) haben eine kürzere Lebensdauer als unpolare, sie sind stärker von äußeren Bedingungen abhängig, haben aber gleichzeitig eine größere spezifische Kapazität.
Als Energiespeicher sind Kondensatoren keine sehr erfolgreichen Geräte. Sie haben eine geringe Kapazität und eine unbedeutende spezifische Dichte der gespeicherten Energie, und ihre Speicherzeit wird in Sekunden, Minuten, selten Stunden berechnet. Kondensatoren finden vor allem in der Elektronik und Leistungselektrotechnik Anwendung.
Die Berechnung des Kondensators bereitet in der Regel keine Schwierigkeiten. Alle notwendigen Informationen zu verschiedenen Arten von Kondensatoren sind in technischen Handbüchern enth alten.
Ionistoren
Diese Geräte nehmen eine Zwischenstellung zwischen Polkondensatoren und Batterien ein. Sie werden manchmal als "Superkondensatoren" bezeichnet. Dementsprechend haben sie eine große Anzahl von Lade-Entlade-Stufen, die Kapazität ist größer als die von Kondensatoren, aber etwas geringer als die von kleinen Batterien. Die Energiespeicherzeit beträgt bis zu mehreren Wochen. Ionistoren sind sehr temperaturempfindlich.
Power-Batterien
Elektrochemische Batterien werden verwendet, wenn Sie viel Energie speichern müssen. Hierfür eignen sich am besten Blei-Säure-Geräte. Sie wurden vor etwa 150 Jahren erfunden. Und seitdem wurde nichts grundlegend Neues in das Batteriegerät eingeführt. Viele spezialisierte Modelle sind erschienen, die Qualität der Komponenten hat sich erheblich verbessert,Zuverlässigkeit der Batterie. Bemerkenswert ist, dass sich die Geräte von einem Akku unterschiedlicher Hersteller nur in kleinen Details für unterschiedliche Einsatzzwecke unterscheiden.
Elektrochemische Batterien werden in Traktion und Start unterteilt. Traktion wird in Elektrofahrzeugen, unterbrechungsfreien Stromversorgungen und Elektrowerkzeugen eingesetzt. Solche Batterien zeichnen sich durch eine lange gleichmäßige Entladung und ihre große Tiefe aus. Starterbatterien können in kurzer Zeit einen hohen Strom liefern, aber eine Tiefentladung ist für sie nicht akzeptabel.
Elektrochemische Batterien haben eine begrenzte Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen, im Durchschnitt 250 bis 2000. Selbst wenn sie nicht verwendet werden, fallen sie nach einigen Jahren aus. Elektrochemische Batterien sind temperaturempfindlich, erfordern lange Ladezeiten und müssen streng gewartet werden.
Das Gerät muss regelmäßig aufgeladen werden. Die im Fahrzeug installierte Batterie wird während der Fahrt vom Generator geladen. Im Winter reicht dies nicht aus, eine k alte Batterie nimmt eine Ladung nicht gut an und der Stromverbrauch zum Starten des Motors steigt. Daher ist es notwendig, den Akku zusätzlich in einem warmen Raum mit einem speziellen Ladegerät aufzuladen. Einer der wesentlichen Nachteile von Blei-Säure-Geräten ist ihr hohes Gewicht.
Batterien für Geräte mit geringem Stromverbrauch
Werden mobile Geräte mit geringem Gewicht benötigt, dann wählen Sie folgende Akkutypen: Nickel-Cadmium,Lithium-Ionen, Metall-Hybrid, Polymer-Ionen. Sie haben eine höhere spezifische Kapazität, aber der Preis ist viel höher. Sie werden in Mobiltelefonen, Laptops, Kameras, Camcordern und anderen kleinen Geräten verwendet. Verschiedene Batterietypen unterscheiden sich in ihren Parametern: Anzahl der Ladezyklen, H altbarkeit, Kapazität, Größe usw.
Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien werden in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Sie sind leicht, haben eine hohe spezifische Kapazität und eine hohe Zuverlässigkeit. Gleichzeitig sind Lithium-Ionen-Akkus sehr leicht entflammbar. Eine Zündung kann durch einen Kurzschluss, mechanische Verformung oder Zerstörung des Gehäuses, Verletzungen des Lade- oder Entlademodus der Batterie erfolgen. Ein Feuer zu löschen ist aufgrund der hohen Aktivität von Lithium ziemlich schwierig.
Batterien sind das Rückgrat vieler Geräte. Beispielsweise ist ein Energiespeichergerät für ein Telefon ein kompakter externer Akku, der in einem robusten, wasserdichten Gehäuse untergebracht ist. Damit können Sie Ihr Handy aufladen oder mit Strom versorgen. Leistungsstarke mobile Energiespeicher sind in der Lage, beliebige digitale Geräte aufzuladen, sogar Laptops. In solchen Geräten sind in der Regel Lithium-Ionen-Akkus mit hoher Kapazität verbaut. Auch Energiespeicher für das Haus sind ohne Batterien nicht komplett. Aber das sind viel komplexere Geräte. Sie umfassen neben der Batterie ein Ladegerät, eine Steuerung und einen Wechselrichter. Die Geräte können sowohl aus einem Festnetz als auch aus anderen Quellen betrieben werden. Die Ausgangsleistung beträgt durchschnittlich 5 kW.
Laufwerkechemische Energie
Unterscheide zwischen "Kraftstoff"- und "Nicht-Kraftstoff"-Antriebsarten. Sie erfordern spezielle Technologien und oft sperrige Hightech-Geräte. Die eingesetzten Verfahren ermöglichen es, Energie in unterschiedlichen Formen zu gewinnen. Thermochemische Reaktionen können sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen stattfinden. Komponenten für Hochtemperaturreaktionen werden nur dann eingebracht, wenn es notwendig ist, Energie zu gewinnen. Davor werden sie separat an verschiedenen Orten gelagert. Komponenten für Niedertemperaturreaktionen befinden sich normalerweise im selben Behälter.
Energiespeicherung durch Kraftstoffverbrauch
Dieses Verfahren umfasst zwei völlig unabhängige Phasen: die Ansammlung von Energie ("Laden") und ihre Nutzung ("Entladen"). Herkömmlicher Kraftstoff hat in der Regel eine große spezifische Energiekapazität, die Möglichkeit der Langzeitspeicherung und eine einfache Verwendung. Aber das Leben steht nicht still. Die Einführung neuer Technologien stellt erhöhte Anforderungen an den Kraftstoff. Die Aufgabe wird durch die Verbesserung bestehender und die Schaffung neuer, energiereicher Kraftstoffe gelöst.
Die breite Einführung neuer Proben wird durch unzureichende Entwicklung technologischer Prozesse, hohe Brand- und Explosionsgefahren bei der Arbeit, den Bedarf an hochqualifiziertem Personal und die hohen Technologiekosten behindert.
Kraftstofflose chemische Energiespeicherung
Bei dieser Art der Speicherung wird Energie gespeichert, indem einige Chemikalien in andere umgewandelt werden. Zum Beispiel geht gelöschter Kalk beim Erhitzen in einen gebrannten Kalkzustand über. Beim Entladen wird die gespeicherte Energieals Wärme und Gas freigesetzt. Genau das passiert, wenn Kalk mit Wasser gelöscht wird. Damit die Reaktion startet, reicht es in der Regel aus, die Komponenten zu kombinieren. Im Wesentlichen ist dies eine Art thermochemische Reaktion, nur dass sie bei einer Temperatur von Hunderten und Tausenden von Grad abläuft. Daher ist die verwendete Ausrüstung viel komplexer und teurer.
