Накопитель энергии

Потенциальная энергияМеханизм Часы ходики

Самый неочевидный накопитель собирает показатель потенциала, поднятого на высоту тела. Это устройство знакомо многим. Часы-ходики с массивными грузиками используют именно физический потенциал. Пока одна из гирь опускается, механизм работает. Для накопления запаса энергии требуется завести часы – переместить грузы определенным способом. Другие аккумуляторы потенциала работают не таким очевидным способом.

Энергетическая емкость химических аккумуляторов

Полностью заряженный электрический аккумулятор с заявленной ёмкостью (зарядом) в 1 А·ч теоретически способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 10 А в течение 0,1 часа, или 0,1 А в течение 10 часов). Но слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву. На практике ёмкость аккумуляторов приводят, исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения.Какой накопитель энергии самый энергоемкий Для автомобильных аккумуляторов оно составляет 10,8 В. Например, надпись на маркировке аккумулятора «55 А·ч» означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампер на протяжении 20 часов, и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,8 В.

Производители аккумуляторов часто указывают в технических характеристиках своих изделий запасаемую энергию в Вт·ч (Wh), а не запасаемый заряд в мА·ч (mAh), что, вообще говоря, не правильно. Вычислить запасаемую энергию по запасаемому заряду в общем случае непросто: требуется интегрирование мгновенной мощности, выдаваемой аккумулятором за всё время его разряда. Если большая точность не нужна, можно вместо интегрирования воспользоваться средними значениями напряжения и потребляемого тока и воспользоваться формулой:

1 Вт·ч = 1 В · 1 А·ч.

То есть запасаемая энергия (в Вт·ч) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в А·ч) на среднее напряжение (в Вольтах): E = q · U. Например, если указано, что емкость (в обычном смысле) 12-вольтового аккумулятора равна 60 А·ч, то  запасаемая энергия, то есть его энергетическая ёмкость, составит 720 Вт · часов.

Виды домашних аккумуляторов

Для обеспечения аварийного питания внутренней электросети дома используют четыре вида аккумуляторных источников электроэнергетики:

  1. Кислотно-свинцовые АКБ.
  2. Гелевые батареи.
  3. AGM аккумуляторы.
  4. Никель-кадмиевые АКБ.

Кислотно-свинцовые АКБ

Самые распространённые аккумуляторы для ИБП по своему устройству ничем не отличаются от автомобильных батарей. В банках АКБ расположены свинцовые пластины, залитые электролитом (водным раствором серной кислоты).

Внимание! Хранить большие кислотно-свинцовые АКБ следует в отдельных помещениях с хорошей вентиляцией. Дело в том, что в процессе разрядки батареи выделяют газ, вредный для здоровья человека.

К недостаткам таких устройств нужно отнести то, что они требуют постоянного обслуживания (контроль уровня электролита и восполнение его падения дистиллированной водой).

Гелевые батареи

В электролит добавляют элементы кремния, в результате он приобретает форму геля (застывший пористый раствор из серной кислоты и силикагеля). Густая структура геля не даёт разрушаться электродам, что значительно увеличивает срок службы АКБ. Преимуществом такой батареи является то, что эксплуатировать аккумулятор можно в любом положении, не боясь вытекания электролита.

Гелевая батарея

Гелевая батарея

Гелевые аккумуляторы отличаются большим временным промежутком хранения заряда. Они хорошо служат для освещения, маломощных бытовых приборов (компьютеров, телевизоров и прочего). В то же время ИБП с такими АКБ не могут обеспечить большой ток для питания мощного оборудования (электродвигатели различного назначения).

Важно! Нельзя допускать перегрев гелевой батареи – она может взорваться. Нужно обеспечить контроль температуры корпуса АКБ.

Батареи этого вида долговечны. Они выдерживают от 600 до 800 циклов заряда – разряда. Специалисты рекомендуют их использовать в резервировании питания для светильников, ПК, ТВ и маломощных кухонных приборов: миксеров, комбайнов и кофемолок.

AGM аккумуляторы

Аббревиатура AGM сложилась из начальных букв Absorbent Glass Mat, что означает влагопоглощающие стеклянные маты. В последнее время батареи AGM завоёвывают передовые позиции на рынке аккумуляторов. Суть их конструкции состоит в том, что раствором серной кислоты пропитывают капиллярные синтетические маты, которые помещают между свинцовыми пластинами.

Пластины изготовляют из свинца высокой химической чистоты с добавками кальция и сурьмы. Присадки предотвращают разрушение электродов, что значительно увеличивает срок службы аккумуляторов.

Некоторые AGM устройства имеют спиральное расположение матов. Такое решение позволяет значительно увеличить контактную площадь для протекания химических реакций, что повышает КПД батарей.

AGM аккумулятор

AGM аккумулятор

AGM аккумуляторы занимают большой объём в производимой продукции таких брендов, как Bosh, Delta, Fiamm и др.

Никель-кадмиевые АКБ

Аккумуляторы настоящего типа уступают другим видам батарей в величине ёмкости. Это пальчиковые батарейки и крупные бочонки. Их соединяют никелевой полосой в блоки точечной сваркой. Ими заполняют корпуса ИБП, предназначенные для бесперебойного питания портативной техники и стационарных компьютеров.

Блок никель-кадмиевых батарей

Блок никель-кадмиевых батарей

Заряжают никель-кадмиевые аккумуляторные блоки в корпусе ИБП, который подключают к бытовой электросети. Также восполняют потенциал в отдельных специальных зарядных устройствах.

Большая домашняя батарейка

Большая домашняя батарейка

Большая домашняя батарейка российского производства Экомоторс является недорогим и эффективным аналогом накопителю Tesla PowerWall. Изделие используется для резервного питания частных домов, дач, офисов и прочих объектов, которые в любой момент могут отключить от электричества. Также его можно устанавливать в жилых фургонах, бытовках и передвижных столовых. Устройство накапливает энергию по низким тарифам в ночное время. Имеет компактные размеры, крепится на стене в вертикальном или горизонтальном положении.

Технические характеристики:

  • емкость — 7,8 кВт/ч;
  • напряжение батареи — 24 В;
  • мощность — 7,2 кВт;
  • размеры — 1000×500×250 мм;
  • вес — 100 кг;
  • количество циклов — 7000.

Контроль работы и состояния устройства осуществляется с помощью планшета Android с возможностью вывода информации на ПК или сотовый телефон.

Îáîðóäîâàíèå äëÿ ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðîýíåðãèè

Äîñòàòî÷íî ñëîæíûé àëãîðèòì ðàáîòû âûïîëíÿåòñÿ àâòîìàòè÷åñêè. Îäíàêî ñòåïåíü àâòîìàòèçàöèè, êàê è ÷èñëî ïîäêëþ÷àåìûõ èñòî÷íèêîâ è ïîòðåáèòåëåé, ìîæåò ñèëüíî îòëè÷àòüñÿ îò ìîäåëè ê ìîäåëè.

Àâòîíîìíîå ýëåêòðîñíàáæåíèå íà ñëó÷àé îòêëþ÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñòâà

Ïåðâàÿ ÷àñòü ñèñòåìû — îáû÷íûé ñîëíå÷íûé êîíòðîëëåð, íàïðèìåð MPPT Pro. Íà íåãî îòâîäèòñÿ çàäà÷à âûáîðà ìåæäó ïîòðåáèòåëåì ïåðâîãî ïðèîðèòåòà è îñíîâíîé íàãðóçêîé. Ïîïóòíî íà äèñïëåå ìîæíî óâèäåòü òåêóùèå ïàðàìåòðû ïåðâîãî çâåíà ñèñòåìû è óñòàíîâèòü íåêîòîðûå ðàáî÷èå ïàðàìåòðû. Ó÷òèòå, ÷òî êîíòðîëëåð äîëæåí áûòü ïîëíîñòüþ ñîâìåñòèì ñ èíâåðòîðîì è âûäàâàòü ÷èñòûé ñèíóñîèäàëüíûé òîê. Ðàñïðîñòðàíåííûå è íåäîðîãèå êîíòðîëëåðû äëÿ ñîëíå÷íûõ áàòàðåé îãðàíè÷èâàþòñÿ òîëüêî ïðåäâàðèòåëüíîé ôèëüòðàöèåé ãàðìîíèê, íî ýòîò íåäî÷åò ìîæíî âîñïîëíèòü çà ñ÷åò äîïîëíèòåëüíûõ óñòðîéñòâ.

Âòîðîå çâåíî — áëîê óïðàâëåíèÿ íàãðóçêîé, ðàñïðåäåëÿþùèé íàãðóçêó ìåæäó âñåìè âòîðîñòåïåííûìè ïîòðåáèòåëÿìè.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå â áëîê âõîäèò îäíî èëè íåñêîëüêî ðåëå óïðàâëåíèÿ íàãðóçêîé (ðåëå ïðèîðèòåòà âðîäå ABB LSS). Íåäîñòàòîê ðåëåéíîãî ïðèáîðà â òîì, ÷òî åãî óñòàíîâêè çàäàþòñÿ òîëüêî âðó÷íóþ, à òåêóùàÿ âõîäíàÿ ìîùíîñòü ñèñòåìû ïîñòîÿííî ìåíÿåòñÿ. Ïîýòîìó òàêîå ðàñïðåäåëåíèå ïðèåìëåìî òîëüêî äëÿ ïðîñòåéøèõ ñåòåé, íàïðèìåð, êîãäà íóæíî îãðàíè÷èòü ïîòðåáëåíèå â äíåâíîé ïåðèîä, ÷òîáû äàòü âîçìîæíîñòü àêêóìóëÿòîðàì ïîëíîñòüþ çàðÿäèòüñÿ.

Àâòîíîìíîå ýëåêòðîñíàáæåíèå íà ñëó÷àé îòêëþ÷åíèÿ ýëåêòðè÷åñòâà

Ó÷òèòå, ÷òî èñïîëüçóÿ òðåõôàçíûå ðåëå ïðèîðèòåòà ìîæíî íå òîëüêî âûáèðàòü ïðèîðèòåòíûõ ïîòðåáèòåëåé, íî è ïðèîðèòåòíûå èñòî÷íèêè ïèòàíèÿ.  òàêîì ñëó÷àåì ìîæíî ñîçäàòü äîñòàòî÷íî ñëîæíóþ ñõåìó, â êîòîðîé ðåçåðâ ïðåäñòàâëåí íåñêîëüêèìè èñòî÷íèêàìè: ñîëíå÷íîé ôåðìîé, âòîðûì ãîðîäñêèì ââîäîì, âåòðÿêîì èëè ãåíåðàòîðîì.

Накопители электроэнергии для дома

Накопители энергии sess

Накопительные системы для частного дома способны обеспечить питанием на протяжении 24-48 ч. Этот показатель зависит от полноты зарядки, количества потребителей и емкости АКБ.

Используются такие типы батарей:

  • Свинцово-кислотные. Недорогие, хорошо держат заряд и быстро выходят на полную мощность.
  • Литий-ионные. Отличаются небольшим весом, низким саморазрядом и высокой емкостью.

Выбор определяется собственными потребностями и финансовыми возможностями.

Аккумуляторы энергии сжатого газа

Пневматический инструмент, газопоршневые генераторы, небольшие кары – вот краткий список устройств, которые используют энергию сжатого газа. Устройство накопителя энергии знакомо практически всем. Это надежная, прочная колба из стали, в которую под огромным давлением закачивается газ.

Уровень выхода энергии накопителя сжатого газа нестабилен. Он велик, пока давление внутри баллона близко к максимуму. И снижается по мере расходования газа. Для стабилизации выхода используются редукторы. Они обеспечивают постоянное давление на выходе, что не только создает оптимальные условия работы потребителя, но и продлевает срок эффективного расходования запаса газа.

Накопитель энергииНакопители энергии сжатого газа применяются и в роли компенсаторов. Стабилизация работы компрессора производится при помощи расширительной емкости. В нее закачивается газ основным двигателем, поддерживается конкретное давление. При использовании энергии пневмоинструментом, компрессор может включаться периодически, поддерживая стабильное состояние системы. Основная мощность поступает именно из накопителя, расширительного баллона, совмещенного с редуктором.

Главное достоинство аккумулятора сжатого газа – простота манипулирования. Соблюдается некий термический баланс, когда в режиме компенсатора выделенное тепло при сжатии газа соответствует количеству энергии при расширении рабочего тела. К другому плюсу относится надежность инженерного решения. Прочность баллона такова, что он может заправляться неоднократно, служить на протяжении десятков лет. Третий плюс – при наличии надежной перекрывающей арматуры или запайки емкости, газ может сохранять свои параметры и энергетику очень долго.

Использование супермаховика в частном домовладении

В России несколько фирм выпускают супермаховики небольших типоразмеров. Например, этот накопитель может хранить около 20 кВт электроэнергии.

Но в конструкции супермаховика есть и опасность. Ротор вращается со скоростью 1500-1700 об/сек!  Это позволяет сохранить колоссальный запас электроэнергии, но собирать его в домашней мастерской затруднительно.

Но нет ничего невозможного! Патенты на изобретение находятся в открытом доступе. Есть умельцы, которые уже сделали супермаховик для своей системы автономного энергообеспечения. Пусть не с такими фантастическими характеристиками, но всё равно они в 4-6 раз более энергоёмкие, нежели стандартные АКБ.

А можно и купить такой супермаховик у самого изобретателя. Кинетический накопитель энергии собранный в промышленных условиях будет стоить не дороже, чем система свинцово-кислотных аккумуляторов, но в эксплуатации она гораздо надёжнее и долговечнее.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:МикроГЭС и гидроаккумуляторы в частном секторе

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал, Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Устройство ИБП

Источники бесперебойного питания в просторечии называют бесперебойниками. Принципиальное строение агрегата состоит из аккумуляторных батарей и электронной начинки. Электроника включает в себя инверторы, выпрямители, фильтры и микросхемы, гасящие различные возмущения в электросети. В дорогих моделях имеется байпас.

Характеристики АКБ определяют возможности прибора. В основном применяются свинцово-кислотные батареи. Средние показатели параметров равняются 12 В напряжения, ёмкостью от 7 до 9 А/ч. Все аккумуляторы абсолютно герметичны и являются необслуживаемым оборудованием. В небольших моделях устанавливается одна батарея, в мощных приборах их количество может любым.

Накопители

Тип Мощность Время отклика Продолжительность накопления и отдачи Эффективность накопления-отдачи Гравитационные / ГАЭС, ТАЭС / МВт, ГВт Секунды, минуты От часов до недель 70−85% Термические / солевые / МВт Минуты Часы 80−90% Электрохимические / МВт Li-Ion и другие / Вт, МВт Миллисекунды Минуты, часы, дни До 98% Механические / маховики / Вт, кВт

Миллисекунды

Секунды, минуты До 98% Химические / водород, метан, этанол и т. п. / ГВт От секунд до минут Часы До 45%

Где применяются супермаховики?

В первую очередь, Н.В. Гулия хотел использовать свое изобретение именно на транспорте. Даже было построено несколько образцов, которые проходили испытания. Несмотря на это, системы дальше испытаний не пошли. Зато применение такому способу накопления энергии нашлось в другой сфере.

Так в США в 1997 году компания Beacon Power сделала большой шаг в разработке супермаховиков для применения их в электростанциях на промышленном уровне. Эти супермаховики могли запасать энергию до 25 кВт⋅ч и имели мощность до 200 кВт. Строительство станции мощностью 20 МВт началось в 2009 году. Она должна была нивелировать пики нагрузки на электрическую сеть.

В России тоже есть подобные проекты. Например, под научным руководством самого Н. В. Гулиа компания Kinetic Power создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один накопитель может запасать до 100 кВт⋅ч энергии и обеспечивать мощность до 300 кВт. Система таких маховиков может обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона. Так можно полностью отказаться от очень дорогих гидроаккумулирующих электростанций.

Возможно использование супермаховиков и на объектах, где нужна независимость от электрических сетей и резервное питание. Эти системы имеют очень высокую скорость отклика. Она составляет буквально доли секунд и позволяет обеспечить действительно бесперебойное питание.

Такая идея «не зашла». Может получится с поездами?

Еще одним местом, где возможно применение Супермаховик, является железнодорожный транспорт. На торможение составов тратится очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию потом можно потратить на набор скорости. Вы скажете, что система на подвесе будет очень хрупкой для транспорта и будете правы, но в таком случае можно говорить и о подшипниках, так как запасать энергию надолго просто нет необходимости и потери от подшипников будут не такими большими на таком промежутке времени. Зато такой способ позволяет экономить 30 процентов энергии потребляемой поездом для движения.

Как видим, системы на супермаховиках имеют очень много плюсов и совсем немного минусов. Из этого можно сделать вывод, что они будут набирать популярность, становиться более дешевыми и массовыми. Это тот самый случай, когда свойства вещества и законы физики, знакомые людям с древних времен, позволяют придумать что-то новое. В итоге вы получили удивительным симбиозом механики и электрики, потенциал которого до конца еще не раскрыт.

Виды ИБП

ИБП бывают трёх видов:

  1. Резервные.
  2. Линейно-интерактивные.
  3. Онлайн модели.

Резервные

Энергоснабжение проходит от сети через ИБП к потребителям. Как только электрический поток прекращается, прибор переключается в режим разряда аккумулятора. В момент возобновления сетевого питания бесперебойник передаёт энергию во внутреннюю сеть дома, часть импульса направляет на подзарядку АКБ. Время переключения режимов энергоснабжения   составляет несколько миллисекунд, что исключает потерю данных во время работы компьютера.

Внутреннее устройство ИБП

Внутреннее устройство ИБП

Дополнительная информация. Использование таких установок вполне приемлемо для домашней техники. Для энергоёмкого силового оборудования (насосы, отопительные котлы и пр.) резервные модели не годятся. ИБП не гарантирует сохранения стабильности синусоидальной формы напряжения.

Линейно-интерактивные

Принцип работы и устройство интерактивного источника схожи с резервной моделью. Отличие заключается в том, что линейно-интерактивные ИБП оснащены коммутирующими устройствами. Приборы не нуждаются в переключении режимов питания при отклонении нормативного показателя входного напряжения до 20%. При этом показатель выходного напряжения практически остаётся неизменным.

Линейно-интерактивный ИБП

Линейно-интерактивный ИБП

Онлайн модели

Онлайн оборудование считается самым надёжным и высококлассным ИБП. В него заложен принцип двойного преобразования. Уровень защиты практически составляет 100%. Работа устройства заключается в следующем:

  • входящий ток проходит через выпрямитель, становясь постоянным;
  • инвертор возвращает энергию обратно в переменный ток с идеально ровным напряжением;
  • внутренняя резервная линия – байпас, страхует бесперебойное питание в случае выхода из строя основной линии ИБП.

Время переключения режимов стремится к нулю. Такой источник называют «онлайн», то есть перерыва в его работе не существует.

К недостаткам онлайн ИБП следует отнести их высокую стоимость, а также снижение КПД электросилы из-за двойного преобразования характеристик тока. Потери потенциала по отношению к абсолютной величине КПД довольно незначительны.

Сам по себе аккумулятор без такого прибора, как ИБП, не может стать автономным гарантом бесперебойного энергоснабжения дома. Для того чтобы выбрать подходящую модель ИБП, необходимо произвести точный расчёт силы тока, его напряжения и мощности, обеспечивающих работу всех потребителей в доме.

В качестве заключения

Накопители разного типа энергии можно рассматривать очень долго. Это механические – различные пружины. Кинетические – маховики большой массы, используемые, например, в троллейбусах. Аккумуляторы с разным типом носителя ионов – литиевые, никель-марганцевые, кадмиевые. Но использование любого типа накопителя, прежде всего, обуславливается балансом между его характеристиками и показателями потребления энергии.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = [];blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = [];blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Накопители

Тип Мощность Время отклика Продолжительность накопления и отдачи Эффективность накопления-отдачи Гравитационные / ГАЭС, ТАЭС / МВт, ГВт Секунды, минуты От часов до недель 70−85% Термические / солевые / МВт Минуты Часы 80−90% Электрохимические / МВт Li-Ion и другие / Вт, МВт Миллисекунды Минуты, часы, дни До 98% Механические / маховики / Вт, кВт

Миллисекунды

Секунды, минуты До 98% Химические / водород, метан, этанол и т. п. / ГВт От секунд до минут Часы До 45%

Накопители

Тип Типичные сроки службы Оптимальные участки использования Плюсы Минусы Гравитационные / ГАЭС, ТАЭС / Десятилетия Генерация, распределение Дешевизна, техн. зрелость Требовательность к строит. участку, малая плотность Термические / солевые / Десятилетия Генерация Простота, техн. зрелость, экономичность Подходят лишь для солнечных электростанций с концентраторами Электрохимические / МВт Li-Ion и другие / Годы Генерация, распределение, потребление Высокая плотность накопления, глубоко развитая технология Подходят лишь для солнечных электростанций с концентраторами Механические / маховики / Годы Потребление Высокая точность, отзывчивость, надежность Не подходят для накопления в больших или достаточных масштабах Химические / водород, метан, этанол и т. п. / Годы Генерация, распределение Технология дешева и легко масштабируется от «домашних» до промышленных масштабов Низкая плотность накопления, опасность возгорания

Несмотря на внешнюю простоту, разработка накопителя потребовала не только знаний сложной физики и материаловедения, но даже аэродинамики и программирования. «Возьмите, например, провод, — объясняет Андрей Брызгалов. — Ни один не выдержит десятки миллионов циклов сгибания-разгибания, а мы рассчитываем на полвека бесперебойной работы. Поэтому передача энергии между подвижными частями ТАЭС будет реализована без проводов». Накопитель ТАЭС буквально нашпигован новыми технологиями, и десятки инженерных находок уже запатентованы.

Матричные преобразователи частоты тока позволяют мягко и точно управлять работой моторов и сглаживать выдачу энергии. Сложный алгоритм автоматически координирует параллельную работу нескольких тележек-подъемников и требует лишь удаленного присмотра со стороны оператора. «У нас есть специалисты десятков направлений, — говорит Андрей Брызгалов, — и все они работают, не ожидая моментального результата и окупаемости проекта в ближайшие 2−3 года. При этом создано решение, равного которому нет нигде в мире. Теперь его можно лишь повторить, но сделать такое с нуля было возможно только в России, только в Сибири, где есть такие люди».

Впрочем, без уверенности в том, что проект рано или поздно станет прибыльным, ничего бы не состоялось. «Проблема российской энергосистемы — избыток мощностей, — продолжает Андрей Брызгалов. — Исторически сложилось так, что мы генерируем больше, чем надо, и это позволяет немало экспортировать, но и создает серьезный запрос на аккумулирующие мощности». По оценкам Navigant Research, к 2025 году этот рынок будет расти средними темпами в 60% ежегодно и достигнет 80 млрд долларов. Возможно, эти деньги преобразуют типичный российский пейзаж, и где-то у горизонта обычной бесконечной плоскости появятся и станут привычными гигантские гравитационные накопители.

Статья «Накопители: очевидные и невероятные» опубликована в журнале «Популярная механика» (

№4, Апрель 2018

).

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...