المجمع الميكانيكي للطاقة الكهربائية. مصادر طاقه بديله. تخزين طاقة الغاز المضغوط

صفحة 10 من 23

تحتوي جميع NEs المذكورة أعلاه على جهاز تحكم كهروميكانيكي ، والذي حدد قدرتها المنخفضة على المناورة.

الشكل: 2.7. مخططات اتصال NEE:
أ - تحويلة ب - خطي
ترتبط وحدات تخزين الطاقة الكهربائية (EES) بـ EES عن طريق محول صمام متحكم فيه * ، وقت عكس الطاقة الذي يبلغ 0.01 ثانية ، والذي يحدد قدرتها العالية على المناورة ، وبالتالي إمكانية الاستخدام المعقد في EES.

* بما أن تراكم الطاقة الكهربائية ممكن فقط بالتيار المباشر.

تشمل أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية:
خلايا الوقود (FC) ؛
بطاريات التخزين الكهروكيميائية (EAB) ؛
التخزين الاستقرائي الفائق التوصيل (SPIN) ؛
سعة التخزين (EH).
هناك طريقتان لتوصيل NEE بنظام الطاقة - التحويلة والخطية ، وتظهر الدوائر المقابلة في الشكل. 2.7 ، أ ، ب.
دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في كتل وحدات تخزين الطاقة الكهربائية.

جهاز التحكم في NEE.

يمكن تصنيعه وفقًا لدائرة جسر ثلاثية الطور ، والتي لها مؤشرات فنية عالية وأثبتت نفسها في تشغيل محولات الطاقة العالية الحالية. يتم تحديد عدد الجسور في جهاز التحكم IEE من خلال القوة الممكنة فعليًا لجسر الثايرستور ومن خلال اعتبارات التشغيل الموضحة أدناه.


الشكل: 2.8. رسم تخطيطي للتوصيل المتسلسل لوحدات المحولات المكونة من 12 نبضة والتي تشكل وحدة التحكم:
1 - عنصر متراكم ؛ 2 - التبديل ؛ 3- مفاعل من طور إلى طور ؛ 4 - جسر التحويل ؛ 5- محول 6- شبكة ثلاثية الطور
يتم توصيل كل جسر بأنابيب التيار المتردد من خلال محول منفصل. من أجل توفير وضع تحويل ذي 12 نبضة ، والذي يتميز بعدد من المزايا مقارنة بالنبضات الستة (تموج أقل لجهد التيار المستمر ، وتكوين توافقي أفضل لجهد التيار المتردد ، وما إلى ذلك) ، يتم توصيل اللفات الثانوية لنصف المحولات في "مثلث" ، والآخر في "نجمة" (الشكل 2.8).
لزيادة عامل القدرة لـ NEE ، والذي يتم تحديده من خلال زوايا تنظيم وتبديل جهاز المحول ، وكذلك درجة تشويه شكل منحنى جهد التيار المتردد ، يتم توصيل أجهزة تعويض مختلفة بحافلات التيار المتردد للمحطة - المعوضات المتزامنة ، ومعوضات الثايرستور الثابتة ، وأجهزة تعويض المرشح. يمكن تقليل استهلاك الطاقة التفاعلي عن طريق تقسيم المحول إلى سلسلة من الوحدات المتصلة في سلسلة.

أثناء التشغيل ، يتم الحفاظ على زوايا التحكم لجميع الوحدات ، باستثناء واحدة ، عند 0 درجة. واحد منهم لديه زاوية يحددها الجهد المطلوب. تتطلب جميع الوحدات ذات الزاوية الصفرية حدًا أدنى من الطاقة التفاعلية للتبديل.
في التين. يوضح الشكل 2.8 مخططًا محتملًا لمحول مصمم لتقليل استهلاك الطاقة التفاعلية. المحول عبارة عن اتصال تسلسلي من وحدات ذات 12 نبضة تحتوي على محولات طاقة. تم تصنيف كل وحدة عند 4.5 كيلو فولت وتتكون من جسرين من 6 نبضات متصلان بالتوازي مع مفاعل موازنة تيار من الطور إلى الطور. وحدتان لهما قيم حالية تبلغ 50 كيلو أمبير ، واثنتان أخريان - 30 و 20 كيلو أمبير. على سبيل المثال ، عند الحد الأقصى لتيار AE للتخزين ، يوفر كل جسر مكون من 6 نبضات تيارًا ثابتًا يبلغ 25 كيلو أمبير. إذا كانت الوحدة المكونة من 12 نبضة قصيرة الدائرة بمفتاح ميكانيكي بجهد صفري ثم فصلها عن الشبكة ثلاثية الطور ، فإن الكفاءة الإجمالية للمحول ستتحسن ، حيث يتم التخلص من انخفاض الجهد الأمامي عبر الثايرستور المتصل بأربع سلاسل.
يجب أن يتم تحديد قيمة الطاقة النشطة الناتجة من NEE في جميع أوضاع تشغيلها من خلال متطلبات النظام وألا تعتمد على الجهد المتغير في AE نفسه. تتمثل إحدى طرق التأكد من استيفاء هذا الشرط في ضبط زوايا التحكم في الصمام. يتيح استخدام المحولات الخاضعة للرقابة كحلقة وصل بين AE وشبكة التيار المتردد ، بسبب التغيير المقابل في زوايا التبديل على الصمامات أثناء دورة الشحن والتفريغ في NEE ، تنفيذ أي قانون لتنظيم الطاقة عمليًا. في هذه الحالة ، ستعتمد الطاقة في حافلات جهد التيار المتردد على النسبة بين الجهد في AE و EMF الخلفي للمحول ، والتي تحددها قيمة زوايا التحكم. ومع ذلك ، فإن طريقة التحكم هذه لها العديد من القيود. نظرًا لأن طاقة جهاز محول IEE يمكن أن تصل إلى عدة مئات من ميغاوات ، يجب تجميع أذرع الجسر من صمامات متصلة متوازية التسلسل. من أجل الحد من الجهد الزائد ، يجب توصيل دوائر التخميد بالسعة النشطة بالتوازي معها. مع التنظيم العميق للمحولات ، تظهر ارتفاعات الجهد العكسي على أكتاف الجسر وصماماته الفردية. معلمات سلاسل التخميد اللازمة للحد منها تصبح غير مقبولة بسبب فقد الطاقة فيها. تظل هذه المشكلة مع أجهزة الحماية الأخرى (مثل الثنائيات الانهيار الجليدي). يزيد استخدام الثايرستور في تركيبات المحولات عالية الطاقة من عدد الصمامات في أذرع الجسر ويفرض متطلبات أكثر صرامة على أجهزة الحماية الخاصة بهم.


الشكل: 2.9. دارة التبديل لمحولات UU


الشكل: 2.10. السمة الخارجية للمحول
من ناحية أخرى ، مع التنظيم المتماثل العميق بسبب تحول الطور للتيار بالنسبة للجهد في حافلات المحطة ، يسود المكون التفاعلي للطاقة.

للتعويض عن ذلك ، يلزم وجود طاقة عالية بشكل غير مقبول للأجهزة التعويضية (في الحد الذي يساوي قوة المحطة). تجعل هذه الظروف من الصعب ضبط التحكم في مجموعة واسعة من زوايا التحكم. يمكن زيادة قيمها بسبب استخدام التحكم البديل في المحولات ، حيث يعمل جزء واحد من الجسور في وضع المعدل ، والآخر في وضع العاكس. مع قانون التحكم غير المتماثل هذا ، من الممكن توسيع حد التنظيم لجهد الخرج للمحول مع عامل قدرة مقبول للمحطة. ومع ذلك ، يبدو أنه من المستحيل تعيين وظيفة التحكم في IEE تمامًا لتنظيم زوايا الصمامات. يُنصح بدمجه مع طرق أخرى لضمان استقلالية الطاقة في حافلات IEE عن الجهد في AE.
في التين. يوضح الشكل 2.9 رسمًا تخطيطيًا لـ UU NEE (للحالة التي يتكون فيها جهاز محول المحطة من جسرين) ، مما يجعل من الممكن تغيير EMF الخلفي للمحول (اعتمادًا على الجهد في AE) عن طريق تبديل الجسور من الاتصال المتوازي إلى التسلسلي عندما يتم شحن NEE ، والعكس بالعكس تصريفه. إنه قابل للتطبيق على أي عدد من جسور المحول في المحطة. يجب توصيل أنود كل جسر من خلال أجهزة التحويل مع القطب الموجب والكاثود للجسر السابق على طول تدفق التيار وأنود الجسر التالي ، والكاثود مع القطب الموجب والكاثود للجسر التالي على طول تدفق التيار وكاثود الجسر السابق.
دعونا نفكر في تشغيل IEE في وضع الانعكاس ، نظرًا لأنه في هذا الوضع من المهم ضمان استقلالية الطاقة في حافلات التخزين عن الجهد الكهربائي في AE.
دعونا نفكر في الخاصية الخارجية للمحول للحالة عندما تكون قيمة الطاقة النشطة في حافلات جهد التيار المتردد قريبة من الثبات. في اللحظة الأولى (عند أقصى جهد AE) ، يعمل المحول بجسور متصلة بالسلسلة. يتم ضمان الحفاظ على تيار تفريغ معين عن طريق ضبط زوايا التحكم في العاكس (النقاط 1-2 في الشكل 2.10). في لحظة خفض الجهد على AE إلى قيمة يمكن عندها الحفاظ على هذه القيمة الحالية بسبب تشغيل جسر واحد (النقطة 2) ، يتم تحويل الجسور من اتصال تسلسلي إلى اتصال متوازي ، والذي يتوافق مع الانتقال من النقطة 2 من الخصائص الخارجية للمحولات إلى النقطة 3. في هذه الحالة التيارات المتدفقة عبر جسور المحول ، وبالتالي ، لا يتغير تيار وقوة المحطة على حافلات الجهد المتناوب ، لأن اللفات الأولية للمحولات متصلة بالتوازي. يتم تحديد موضع النقطة 4 من خلال النسبة المئوية لاستخدام AE الناقص.
يجب تحديد العدد الإجمالي للجسور للمحطة من خلال الحد المسموح به للتحكم في زوايا التحكم في الصمام وعامل استخدام AE المحدد. يتم إنشاء الدائرة (انظر الشكل 2.9) بحيث لا يتم فصل المحطات عن EES في وضع الانعكاس أثناء التبديل ولا تقطع أجهزة التبديل تيار التشغيل المباشر. لذلك ، فإن تصنيعها لن يسبب صعوبات إضافية. لا تتجاوز الأحمال الزائدة على المدى القصير للجسور أثناء التبديل الأحمال المسموح بها لمحولات التيار المستمر / التيار المستمر.
يتيح المخطط الموصوف ، جنبًا إلى جنب مع تنظيم زوايا التحكم في الصمامات ، الحفاظ على الطاقة النشطة المطلوبة التي توفرها المحطة ، حتى التفريغ الكامل لـ AE دون مقاطعة مصدر الطاقة. بفضل مساعدتها ، من الممكن ضمان استقلالية الطاقة النشطة المستهلكة عن الجهد الكهربائي في AE وفي وضع الشحن (عندما تعمل الجسور في وضع المعدل) ، ولكن مع فصل المحطة عن EES لوقت إعادة التبديل.
هناك طريقة أخرى للتحكم في قوة NEE وهي توصيل AE بمحول المحطة في أجزاء. لهذا ، يجب تقسيم AE إلى أقسام ، كل منها متصل بشكل مستقل عن بعضها البعض بحافلات جهد التيار المستمر لجهاز المحول. في الوقت نفسه ، تتقلب قوة المحطة حول قيمة متوسطة معينة ؛ يجب فصل المقاطع المشحونة بالكامل أو المفرغة من المحول قبل التوصيل التالي. إن التكسير الدقيق بدرجة كافية من التعريض الضوئي التلقائي إلى أقسام بالاقتران مع التحكم في زوايا التحكم في محول الطاقة سوف يقلل إلى مستوى مقبول من تفاوت التغيير في القوة النشطة لتعريض الطاقة التلقائي أثناء دورة التشغيل.
طرق أخرى معروفة لتنظيم دوائر الشحن والتفريغ لبنوك المكثفات (باستخدام المحولات مع تنظيم الجهد تحت الحمل ، وتبديل مكثفات البطارية من سلسلة إلى متوازية والعكس بالعكس ، وتوصيل المحولات بشبكة التيار المتردد من خلال محولات ثابتة بالسعة الاستقرائية ، باستخدام محولات معوضة كأجهزة تحويل مع التبديل الاصطناعي لتيار الصمام ، وما إلى ذلك) تتطلب اهتمامًا خاصًا.
وبالتالي ، فإن IEE بجهاز تحكم يعتمد على محول ذي 12 نبضة عند استخدام الطرق التي تمت مناقشتها أعلاه سوف يلبي جميع متطلبات مصادر الطاقة القصوى في EPS.
دعونا ننتقل الآن إلى النظر في الأنواع الممكنة من أجهزة التخزين لـ NEE.
تخزين الطاقة الكهروكيميائية. يعد تخزين الطاقة الكهروكيميائية أو بطارية التخزين الكهروكيميائية أحد أكثر أنواع التخزين شيوعًا.
تتكون بطارية التخزين الكهروكيميائية (EAB) من عدة خلايا متصلة في سلسلة ومتوازية. يحدث شحنه في غير ساعات الذروة ، ويتم تفريغه خلال ساعات ذروة التحميل. أثناء عملية الشحن ، يتم تحويل الكهرباء كهربائيا إلى طاقة كيميائية. في التفريغ ، يتم إطلاق الطاقة المخزنة في تفاعل عكسي. تم القيام بالكثير من العمل لتحسين EAB. اتضح أنه يمكن أيضًا استخدام بطاريات الرصاص الحمضية في EES. ومع ذلك ، فإن تكلفة هذه العناصر مرتفعة. تعتمد الأنواع الجديدة من البطاريات على استخدام التفاعلات الكيميائية لمواد مثل الزنك والكبريت والصوديوم وما إلى ذلك ، والتي تتوفر بكميات كافية ورخيصة نسبيًا. أظهرت الاختبارات التي أجريت على بطاريات الزنك والكلور التي تعمل في درجات حرارة منخفضة نتائج مشجعة. من بين البطاريات التي تتطلب درجات حرارة أعلى للتشغيل ، يمكننا أن نذكر كبريت الصوديوم وكبريت الليثيوم. الاختبارات المعملية للصوديوم والكبريت EAB ناجحة بشكل خاص.
ترد في الجدول خصائص أنواع البطاريات الواعدة لموازنة قمم الحمل. 2.3
بطاريات التخزين الكهروكيميائية لها كفاءة تصل إلى 65-70٪. من المتوقع أن يبلغ عمر البطاريات الواعدة حوالي 20 عامًا باستثمار محدد في التركيب يبلغ حوالي 150 دولارًا أمريكيًا / كيلوواط وكثافة طاقة محددة تبلغ 250 كيلوواط / ساعة / متر مكعب.
تتمثل عيوب EAB في العدد المحدود لدورات الشحن والتفريغ (لا تزيد عن 500) ، ووقت تخزين الطاقة القصير والتأثير البيئي السلبي.
الجدول 2.3

المواد المستخدمة ككاثود ، أنود	بالكهرباء	درجة الحرارة ، درجة مئوية	ممكن كثافة الطاقة واط / كجم	ممكن كثافة قوة، وزن / كجم
أكسيد الرصاص
الزنك - الكلور	المحلول المائي
صوديوم - كبريت
الليثيوم - الكبريت

أصبحت مفاهيم كفاءة الطاقة أكثر أهمية على خلفية التطور التكنولوجي. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن كفاءة الطاقة على هذا النحو قد انتقلت من فئة الخصائص الإضافية والحصرية في كثير من الأحيان إلى مرتبة إحدى الخصائص الاستهلاكية الرئيسية للمنتج. يكفي أن نذكر أبسط البطاريات المستخدمة في التكنولوجيا الرقمية ، والمعدات الكهربائية ، ومعدات أدوات الطاقة ، وما إلى ذلك. هناك أيضًا مجالات أكبر لتطبيق أنظمة تخزين الطاقة ، والتي تعتبر كفاءة الطاقة مهمة بشكل خاص. ويتوافق هذا الطلب مع الشركات المصنعة المتخصصة التي تنتج أجهزة تخزين الطاقة ذات الأداء المحسن.

معلومات عامة عن تخزين الطاقة

هناك العديد من مصادر الطاقة الدائمة والتي لا تنضب في الطبيعة ، والتي تُستخدم لخدمة الاحتياجات المختلفة للبشرية. ولكن لاستخدامها النهائي ، يجب أن تمر بمراحل عديدة من المعالجة والتراكم. يتم تنفيذ هذه الوظيفة من قبل محطات الطاقة والمحطات الفرعية. تشمل مهامهم الفورية توليد الطاقة بخصائص مقبولة للاستخدام ، فضلاً عن تحويلها وتوزيعها. يتم تنفيذ البنية التحتية الرئيسية لإمداد الطاقة للمباني السكنية والمنشآت الصناعية والمعدات الهندسية والمستهلكين المسؤولين الآخرين من خلال شبكات الطاقة الثابتة. يتم توفيرها باستمرار ، ولكن الطلب اليوم على المعدات والأجهزة والأجهزة الكهربائية المستقلة يتزايد باطراد. خاصة بالنسبة لهؤلاء المستهلكين ، يتم استخدام تخزين طاقة سعوية ، مستقل ولكن بشروط - في فترات زمنية معينة ، يجب أيضًا شحنه من نفس الشبكات الثابتة. أبسط مثال على جهاز التخزين هذا هو بطارية الهاتف. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لخلية Li-Ion سعة تصل إلى 2000-3000 مللي أمبير في الساعة. سيكون كافيًا لعدة ساعات أو أيام من التشغيل المستقل للجهاز الذي يتم تقديم الخدمة له ، اعتمادًا على طرازه. ولكن بعد استنفاد هذا الحجم ، يجب توصيل البطارية بمأخذ 220 فولت لاستردادها.

محركات ميكانيكية

تتمتع هذه الفئة من محركات الأقراص بأطول تاريخ في الوجود. لتوضيح مثل هذه الأجهزة ، يمكن للمرء أن يستشهد بأنظمة الجاذبية. لم تعد تُستخدم اليوم إلا نادرًا ، ولكن كانت البوابات العلوية ذات الأثقال الموازنة منتشرة في الماضي. يستخدمون طاقة الحمل المتراكم ويتم إرجاعها في الوقت المناسب بشكل أو بآخر - يعتمد ذلك على تصميم محرك الأقراص. بالإضافة إلى البضائع العادية ، يعمل السائل أيضًا كعنصر تخزين نشط. تشمل مزايا هذه الأنظمة مرونة التصميم. يمكن للمهندسين استخدام شبكة واسعة من خطوط الأنابيب ، والتي تمر عبرها المياه تعطي الطاقة للخزانات المرتبطة. في الوقت الحاضر ، يتم تقديم أجهزة تخزين الطاقة هذه في شكل محطات تخزين بالضخ. صحيح أن أجهزة تخزين السوائل تتميز بوقت تخزين قصير ، حيث يتبخر الماء ويتطلب تجديدًا منتظمًا.

التخزين الحركي

يتم تمثيل هذه المجموعة بشكل أساسي بآليات متذبذبة ، حيث تتحقق عملية التراكم من خلال حركات متبادلة أو دوارة أو خطية من نفس الوزن. ومن سمات هذه الهياكل أنه ، إذا لزم الأمر ، فإن عودة الطاقة لن تتم بشكل مستمر ، ولكن في أجزاء - في خطوات. من الأمثلة الكلاسيكية على جهاز التخزين الحركي الساعة الميكانيكية. في هذه الحالة ، يتم إنتاج "الشحنة" عن طريق لف الآلية ، متبوعة بإطلاق تدريجي للطاقة من البندول الزنبركي. التفسير الأكثر حداثة للآليات الحركية هو المركب الجيروسكوبي. يعتمد مخزن الطاقة في هذه الحالة على دولاب الموازنة الدوارة بوظيفة التأثير. تستخدم هذه الأنظمة في الهندسة الهيدروليكية والهوائية.

تخزين الحرارة

من وجهة نظر تكنولوجية ، هذا هو أبسط مثال على تراكم الطاقة ، مع العمليات التي يوجد فيها الشخص في كل مكان. يتحول السياج المعدني الذي يتم تسخينه في ضوء الشمس المباشر بالفعل إلى تراكم الحرارة ، حيث يحتفظ به في هيكله. أيضًا ، يمكن أن تعمل المواد الأخرى كمجمعات حرارة. ستعتمد كفاءة عملهم بهذه السعة على السعة الحرارية النوعية والحجمية. على سبيل المثال ، تبلغ السعة الحرارية للماء 4.2 كيلو جول ، بينما بالنسبة للصلب فهي صغيرة - 0.46 كيلو جول فقط. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالتراكم الهادف ، فإنه غالبًا ما يستخدم لتخزين الطاقة الحرارية المعدنية أو الزيت. هذا القرار مبرر بالرغبة في تحسين التصميم. تُصنع المسخنات الحرارية والمشعات الحديثة في الغالب من الفولاذ والألمنيوم. مرة أخرى ، تمتلئ بعض النماذج بمواد أكثر فائدة من حيث الاحتفاظ بالطاقة الحرارية.

تخزين الطاقة الكهربائية

أكبر شكل من أشكال الطاقة هو الكهرباء. لذلك ، تتطور هذه الفئة بشكل أكثر نشاطًا ، وتقدم حلولًا أكثر وأكثر مثالية. في الوقت الحالي ، يعتبر المركب الأكثر شيوعًا للكهرباء هو مكثف تقني لاسلكي. يتميز بمعدل عائد مرتفع وتخزين الطاقة ، دون تقييد عمليات العمل بالبيئة. على سبيل المثال ، يمكن استخدام معظم الطرز في البيئات الحارة أو الباردة. مرة أخرى ، لأغراض التحسين ، تمتلئ وحدات تخزين الطاقة الكهربائية بخلايا تحليلية خاصة ذات سعة محددة عالية.

التخزين الكيميائي

أثناء تشغيل أجهزة التخزين هذه ، يحدث تفاعل كيميائي. سيكون مصدر الطاقة في هذه الحالة هو تنظيم شروط هذا التفاعل وضمان نشاط المكونات المعنية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يولد الإخراج طاقة من أنواع مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن إطلاق الهيدروجين من الماء أثناء التحليل الكهربائي المباشر. في أغلب الأحيان ، باستخدام طرق التخزين هذه ، يتم إطلاق الوقود. يمكن تحويله داخل المجمع لتوفير تفاعل كيميائي أو نقله إلى المستهلك في شكله الأصلي. لذلك ، يمكن أن تعمل أجهزة تخزين الطاقة أيضًا كمحولات ، على الرغم من أن مثل هذا التوسع في الوظائف يعقد النظام تقنيًا.

تخزين الكهروكيميائية

هذا النوع من التخزين ، كما يوحي الاسم ، مدمج أو مختلط. نظرًا لأن التفاعلات الكيميائية عالية الكفاءة ورخيصة ، فقد تم دمجها منطقيًا مع مهمة توليد أكثر أنواع الطاقة شيوعًا - الكهرباء. العنصر النشط في هذه الأجهزة هو المنحل بالكهرباء. على وجه الخصوص ، عادةً ما يتم تخزين الطاقة للهاتف على أساس خلايا الليثيوم أيون أو الليثيوم بوليمر. الأمر نفسه ينطبق على حزم البطاريات للأدوات الكهربائية. وفقًا لخصائصها ، فهذه بطاريات مربحة للغاية ، وتتميز بالأداء اللائق والقدرة العالية والحجم الصغير. لكن البطاريات الكهروكيميائية لها عدد محدود من دورات الشحن والتفريغ ، وهو عيبها الرئيسي.

الحلول الحديثة

تعمل شركات التكنولوجيا الفائقة الرائدة أيضًا على الترويج لتقنية البطاريات السعوية. على سبيل المثال ، أنشأ مهندسو شركة Tesla وحدة Powerwall 2 تزن 122 كجم ، بناءً على نفس بطاريات الليثيوم أيون. هذا التركيب معياري وقادر على تخزين حوالي 13.5 كيلو واط في الساعة. تقدم إل جي تطورات مماثلة. على سبيل المثال ، تبلغ قدرة نظام Chem RESU حوالي 10 كيلو وات في الساعة ، ولكن في خصائص الأداء الأخرى ، فهو ليس أدنى من وحدة تسلا. هذه البطارية عبارة عن جهاز تخزين طاقة عالمي يمكن استخدامه في الحياة اليومية وفي الصناعة في الإنتاج. الشيء الرئيسي هو أن الطاقة تلبي متطلبات الأنظمة المستهلكة.

خاتمة

في قطاع وحدات تخزين الطاقة ، تبرز أيضًا اتجاهات مختلفة للتطور التكنولوجي. إنهم متحدون بشيء واحد فقط - تلبية متطلبات المستخدمين النهائيين. على سبيل المثال ، يجب أن تفي أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية للأجهزة والمعدات صغيرة الحجم بمتطلبات الموثوقية والموثوقية. من المرجح أن يركز السوق الواسع للتكنولوجيا الرقمية على أحجام محركات الأقراص المدمجة وزيادة سعتها. من الواضح أنه ليس من السهل الجمع بين جميع الصفات المدرجة في جهاز واحد ، لذلك لا يزال المطورون يسعون جاهدين لتوجيه منتجاتهم في البداية إلى مجالات محددة من التطبيق.

بالنسبة لفترة انقطاع الشبكة أو انهيارها ، تُستخدم أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية على نطاق واسع للمنزل. يتم تثبيتها بشكل أساسي في المنازل الخاصة ومتصلة باستمرار. هذا يسمح لفترة طويلة بتلقي الكهرباء الكافية للإضاءة والاحتياجات المنزلية العاجلة الأخرى.

كقاعدة عامة ، تُستخدم هذه الأجهزة لتوليد الكهرباء بطرق غير تقليدية. في مثل هذه الحالات ، تحدث حالات انقطاع في الإمداد ، وتعوض أجهزة التخزين بنجاح النقص المؤقت في الطاقة. في جوهرها ، هذه هي البطاريات التي يمكن شحنها وتفريغها.

جهاز التخزين

ومع ذلك ، فإن أجهزة تخزين الطاقة تؤدي وظائف أوسع من البطاريات التقليدية. إنها هياكل معقدة ومتكاملة قادرة ليس فقط على تخزين الطاقة ، ولكن أيضًا جعلها مناسبة للاستخدام الإضافي.

تحتل هذه الأجهزة واحدة من المراكز الرائدة في السوق لأجهزة الطاقة البديلة. وهي تعتمد على بطاريات الليثيوم. وهي تتألف من شاحن أو جهاز تحكم في الشحن ومحول جهد () ونظام تحكم. يسمح تصميم التخزين باستبدال عدد كبير من المعدات لأنظمة الطوارئ وإمدادات الطاقة البديلة. تم تصميم معظم النماذج للعمل ليس فقط من شبكة ثابتة ، ولكن أيضًا من الألواح الشمسية. يبلغ متوسط \u200b\u200bإنتاجهم من الطاقة 5 كيلووات. للتشغيل العادي ، يحتاج الجهاز ببساطة إلى الاتصال بالشبكة.

تطبيق أجهزة تخزين الطاقة

في أغلب الأحيان ، يتم استخدام أجهزة تخزين الطاقة الكهربائية للمنزل في المنازل الفردية. بادئ ذي بدء ، فهي بمثابة مصادر الطاقة الرئيسية في حالات الطوارئ وانقطاع التيار المركزي. بمساعدة هذه الأجهزة ، من الممكن إضافة سعة لاقتصاد الطاقة الفردي خلال فترة انخفاض الحمل خلال ساعات الذروة في شبكات التوزيع العامة. في كثير من الأحيان ، يمكن لجهاز تخزين الطاقة الكهربائية المثبت في المنزل أو في البلد أن يحسن بشكل كبير من جودة إمدادات الطاقة.

في الوقت الحاضر ، يستخدم العديد من المستهلكين أجهزة وأجهزة منزلية باهظة الثمن. غالبًا ما تتسبب ارتفاعات الجهد في انهيارها وفشلها. يمكن تجنب الكثير من المشاكل باستخدام محركات الأقراص. يتم إنشاء جهد ثابت ، مما يضمن التشغيل المستقر للأجهزة الكهربائية. ليست هناك حاجة لتشغيل المولد على المدى القصير. يصبح من الممكن استخدام التعريفات بمعدلات مختلفة.

تتضمن سلسلة الدورة التكنولوجية لإنتاج الكهرباء بالضرورة رابطًا مثل التخزين (البطارية). في الطرق التقليدية لتوليد الكهرباء ، يتم تجميع احتياطيات الطاقة في شكل أولي "غير كهربائي" ، وهذا الرابط - وحدة تخزين الطاقة ، يقع مباشرة أمام المولد الكهربائي.

تم تصميم خزان محطة الطاقة الكهرومائية لتجميع الطاقة الكامنة لمياه النهر في مجال الجاذبية للأرض ، ورفعها إلى ارتفاع معين بمساعدة السد. تجمع محطة الطاقة الحرارية في منشآتها التخزينية احتياطيات الوقود الصلب أو السائل اللازم للتشغيل المستمر ، أو تزود الغاز الطبيعي عبر خط الأنابيب ، وتضمن قيمته الحرارية إمدادات الطاقة المطلوبة. تمثل نوى مفاعلات محطات الطاقة النووية مخزونًا من الوقود النووي مع مورد معين متاح لاستخدام الطاقة النووية.

وضع الطاقة الثابتة متاح لجميع أنواع مولدات الطاقة المدرجة. يتم تنظيم كمية الطاقة المنتجة ضمن حدود واسعة ، اعتمادًا على مستوى استهلاك الطاقة اليومي. لا يمكن للمصادر البديلة (الرياح والمد والجزر والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الشمسية) توفير الطاقة الثابتة المضمونة للمولد بالمستوى المطلوب حاليًا. وبالتالي ، فإن جهاز التخزين هنا ليس تخزينًا للموارد بقدر ما هو جهاز التخميد الذي يجعل استهلاك الطاقة أقل اعتمادًا على التقلبات في طاقة المصدر. تتراكم طاقة المصدر في جهاز التخزين ، وتستهلك لاحقًا ، حسب الحاجة ، في شكل طاقة كهربائية. علاوة على ذلك ، يعتمد سعره إلى حد كبير على تكلفة محرك الأقراص.

السمة المميزة لجهاز التخزين في مصادر الطاقة البديلة هي أيضًا حقيقة أن الطاقة المتراكمة فيه يمكن إنفاقها لأغراض أخرى. وبالتالي ، على سبيل المثال ، يمكن استخدامها لتوليد مجالات مغناطيسية قوية وفائقة القوة.

وحدات قياس الطاقة المقبولة في الفيزياء والطاقة والنسبة بينهما: 1 كيلو واط ساعة ، أو 1000 واط 3600 ثانية - نفس 3.6 ميجا جول. وفقًا لذلك ، 1 ميجا جول يعادل 1 / 3.6 كيلو واط في الساعة ، أو 0.278 كيلو واط في الساعة

بعض أجهزة تخزين الطاقة الشائعة:

دعنا نحجز على الفور: المراجعة المقدمة ليست تصنيفًا كاملاً لأجهزة تخزين الطاقة المستخدمة في صناعة الطاقة ؛ بالإضافة إلى تلك المذكورة هنا ، هناك أنواع مختلفة من أجهزة تخزين الطاقة الحرارية ، والربيعية ، والحثية.

1. نوع مكثف التخزين

الطاقة المخزنة بواسطة مكثف 1 F عند جهد 220 فولت هي: E \u003d CU2 / 2 \u003d 1 2202/2 kJ \u003d 24200 J \u003d 0.0242 MJ ~ 6.73 W · h. يمكن أن تصل كتلة أحد المكثفات الإلكتروليتية إلى 120 كجم. تبين أن الطاقة النوعية لكل وحدة كتلة تزيد قليلاً عن 0.2 كيلو جول / كجم. يمكن تشغيل محرك كل ساعة عند حمل في حدود 7 وات. يمكن أن تدوم المكثفات الإلكتروليتية حتى 20 عامًا. تتمتع المؤيِّنات (المكثفات الفائقة) بطاقة عالية وكثافة طاقة عالية (حوالي 13 واط ساعة / لتر \u003d 46.8 كيلوجول / لتر وما يصل إلى 6 كيلو واط / لتر ، على التوالي) ، مع مورد يبلغ حوالي مليون دورة إعادة شحن. الميزة التي لا جدال فيها في تخزين المكثف هي القدرة على استخدام الطاقة المخزنة في فترة زمنية قصيرة.

2. بطاريات من نوع الجاذبية

تخزن مجمعات الطاقة من النوع الصدمي الطاقة عند رفع سائق كومة كتلته 2 طن أو أكثر إلى ارتفاع حوالي 4 أمتار. وتحرر حركة الجزء المتحرك من سائق الركيزة الطاقة الكامنة للجسم ، ونقلها إلى مولد كهربائي. ستكون كمية الطاقة المنتجة E \u003d mgh في الحالة المثالية (دون الأخذ في الاعتبار خسائر الاحتكاك) ~ 2000 10 4 kJ \u003d 80 kJ ~ 22.24 Wh. الطاقة المحددة لكل وحدة كتلة لامرأة لب جوز الهند تبلغ 0.04 كيلو جول / كجم. لمدة ساعة ، يكون محرك الأقراص قادرًا على توفير أحمال تصل إلى 22 واط. يبلغ عمر الهيكل الميكانيكي المتوقع أكثر من 20 عامًا. يمكن أيضًا استخدام الطاقة المتراكمة بواسطة الجسم في مجال الجاذبية في فترة زمنية قصيرة ، وهي ميزة هذا الخيار.

يستخدم المركب الهيدروليكي طاقة الماء (التي تزن حوالي 8-10 أطنان) التي يتم ضخها من البئر إلى خزان برج المياه. في حركة عكسية ، وتحت تأثير الجاذبية ، يقوم الماء بتدوير توربين المولد الكهربائي. تسمح لك مضخة التفريغ التقليدية بدون أي مشاكل بضخ الماء إلى ارتفاع 10 أمتار الطاقة المخزنة E \u003d mgh ~ 10000 8 10 J \u003d 0.8 MJ \u003d 0.223 kWh. تبين أن الطاقة النوعية لكل وحدة كتلة تبلغ 0.08 كيلو جول / كجم. حمل محرك الأقراص لمدة ساعة في نطاق 225W. يمكن أن تستمر الرحلة 20 عامًا أو أكثر. يمكن لمحرك الرياح أن يقود المضخة مباشرة (بدون تحويل الطاقة إلى طاقة كهربائية ، والتي ترتبط بفقد معين) ، ويمكن استخدام الماء في خزان البرج ، إذا لزم الأمر ، لاحتياجات أخرى.

3. تراكم على أساس دولاب الموازنة

يتم تحديد الطاقة الحركية للعجلة الدوارة على النحو التالي: E \u003d J w2 / 2 ، J تعني اللحظة الجوهرية من القصور الذاتي لأسطوانة معدنية (نظرًا لأنها تدور حول محور التناظر) ، w هي السرعة الزاوية للدوران.

مع نصف القطر R والارتفاع H ، تمتلك الأسطوانة لحظة من القصور الذاتي:

J \u003d M R ^ 2/2 \u003d pi * p R ^ 4 H / 2

حيث p هي كثافة المعدن - مادة الأسطوانة ، المنتج pi * R ^ 2 H هو حجمها.

أقصى سرعة خطية ممكنة للنقاط على سطح الأسطوانة Vmax (حوالي 200 م / ث لحذافة فولاذية).

Vmax \u003d wmax * R ، حيث wmax \u003d Vmax / R

أقصى طاقة دورانية ممكنة Emax \u003d J wmax ^ 2/2 \u003d 0.25 pi * p R2 ^ 2 H V2max \u003d 0.25 M Vmax ^ 2

الطاقة لكل وحدة كتلة هي: Emax / M \u003d 0.25 Vmax ^ 2

ستكون الطاقة النوعية في حالة دولاب الموازنة الأسطوانية المصنوعة من الفولاذ حوالي 10 كيلو جول / كجم. تخزن دولاب الموازنة كتلتها 200 كجم (بأبعاد خطية H \u003d 0.2 م ، R \u003d 0.2 م) الطاقة Emax \u003d 0.25 pi 8000 0.22 0.2 2002 ~ 2 MJ ~ 0.556 kWh. لا يتجاوز الحد الأقصى للحمل الذي يوفره تخزين دولاب الموازنة خلال ساعة 560 واط ... قد تدوم دولاب الموازنة 20 عامًا أو أكثر. المزايا: الإفراج السريع عن الطاقة المخزنة ، وإمكانية حدوث تحسن كبير في الأداء عن طريق اختيار المادة وتغيير الخصائص الهندسية للعجلة الموازنة.

4 - التخزين في شكل بطارية تخزين كيميائية (حمض الرصاص)

بطارية كلاسيكية قابلة لإعادة الشحن ، بسعة 190 آه بجهد خرج 12 فولت و 50٪ تفريغ ، قادرة على توصيل تيار يبلغ حوالي 10 أمبير لمدة 9 ساعات. الطاقة المنبعثة هي 10 A 12 V 9 h \u003d 1.08 kWh ، أو ما يقرب من 3.9 MJ لكل دورة. إذا كانت كتلة البطارية تساوي 65 كجم ، نحصل على طاقة محددة قدرها 60 كيلو جول / كجم. لا يتجاوز الحد الأقصى للحمل الذي يمكن أن توفره البطارية لمدة ساعة 1080 وات. تتراوح فترة الضمان لبطارية التخزين عالية الجودة من 3 إلى 5 سنوات ، حسب كثافة الاستخدام. من الممكن الحصول على الطاقة الكهربائية مباشرة من البطارية بتيار خرج يصل إلى آلاف الأمبيرات بجهد خرج 12 فولت ، وهو ما يتوافق مع معيار السيارة. مجموعة متنوعة من الأجهزة المصممة للجهد الثابت 12 فولت متوافقة مع البطارية ، محولات 12/220 فولت متوفرة بقدرات إخراج مختلفة.

5. مجمع هوائي من النوع

يتم ضخ الهواء في خزان فولاذي بحجم 1 متر مكعب حتى ضغط 40 ضغطًا جويًا يؤدي العمل في ظل ظروف تمدد متساوي الحرارة. يتم تحديد العمل أ المنجز بواسطة غاز مثالي في ظل الظروف T \u003d const وفقًا للصيغة:

A \u003d (M / mu) R T ln (V2 / V1)

هنا M هي كتلة الغاز ، mu هي كتلة 1 مول من نفس الغاز ، R \u003d 8.31 J / (mol K) ، T هي درجة الحرارة المحسوبة على مقياس كلفن المطلق ، V1 و V2 هما الحجم الأولي والنهائي الذي يشغله الغاز (عند هذا V2 / V1 \u003d 40 عند التمدد للضغط الجوي داخل الخزان). بالنسبة للتوسع متساوي الحرارة ، فإن قانون Boyle-Mariotte صالح: P1V1 \u003d P2 V2. لنأخذ T \u003d 298 0K (250С) للهواء M / mu ~ 40: 0.0224 \u003d 1785.6 مول من المادة ، يعمل الغاز A \u003d 1785.6 8.31 298 ln 50 ~ 16 MJ ~ 4.45 kWh لكل دورة. يجب أن يكون سمك جدران الخزان المصمم لضغط 40-50 ضغط جوي لا يقل عن 5 مم ، وبالتالي فإن كتلة المجمع ستكون حوالي 250 كجم. الطاقة المحددة المخزنة بواسطة هذا المركب الهوائي سوف تساوي 64 كيلو جول / كجم. الطاقة القصوى التي يوفرها المركم الهوائي خلال ساعة من التشغيل ستكون 4.5 كيلو واط. عمر الخدمة المضمون ، مثل معظم المحركات ، بناءً على أداء العمل الميكانيكي من خلال أجزائها الهيكلية ، من 20 عامًا مزايا هذا النوع من التخزين: القدرة على تحديد موقع الخزان تحت الأرض ؛ يمكن أن يكون الخزان عبارة عن أسطوانة غاز قياسية باستخدام المعدات المناسبة ، ويمكن لتوربينات الرياح أن تنقل الحركة مباشرة إلى مضخة الضاغط. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم العديد من الأجهزة الطاقة المخزنة للهواء المضغوط في الخزان بشكل مباشر.

فيما يلي معلمات الأنواع المدروسة لأجهزة تخزين الطاقة في جدول الملخص:

نوع تخزين الطاقة	الأداء المقدر	قيمة ملف الطاقة ، كيلوجول	الطاقة النوعية (لكل وحدة كتلة للجهاز) ، كيلو جول / كجم	الحمولة القصوى عند تشغيل محرك الأقراص لمدة ساعة ، دبليو	متوسط \u200b\u200bالعمر المتوقع، في سنوات
نوع المكثف	سعة البطارية 1 F ، الجهد 220 فولت ، الوزن 120 كجم	24,2			في غضون 20
نوع الكومة	وزن المرأة من لب جوز الهند 2000 كجم ، كحد أقصى ارتفاع 4 م		0.04		لا تقل عن 20
نوع الجاذبية الهيدروليكية	الكتلة السائلة 8000 كجم ، فرق الارتفاع 10 م		0.08		لا تقل عن 20
دولاب الموازنة	كتلة دولاب الموازنة الأسطوانية الفولاذية 200 كجم ، نصف قطرها 0.2 متر ، سمك 0.2 م	2000			لا تقل عن 20
بطارية الرصاص الحمضية	سعة البطارية 190 آه ، جهد الخرج 12 فولت ، وزن البطارية 60 كجم	3900		1080	الحد الأدنى 3 5 كحد أقصى
نوع هوائي	سعة خزان الصلب 1 م 3 ، وزن الخزان 2.5 طن ضغط الهواء المضغوط 40 أجواء	16000		4500	لا تقل عن 20

التخزين الميكانيكي (MH) ، أو مجمع الطاقة الميكانيكية ، هو جهاز لتخزين وتخزين الطاقة الحركية أو الكامنة مع إطلاقها اللاحق للعمل المفيد.

بالنسبة لأي نوع من أجهزة تخزين الطاقة (EE) ، فإن الأوضاع المميزة لتشغيل MN هي الشحنة (تراكم) و إبراء الذمة (عودة الطاقة). تخزين الطاقة بمثابة وضع MN وسيط. في وضع الشحن ، يتم توفير الطاقة الميكانيكية إلى MN من مصدر خارجي ، ويتم تحديد التنفيذ الفني المحدد لمصدر الطاقة حسب نوع MN. عندما يتم تفريغ MN ، يتم نقل الجزء الرئيسي من الطاقة المخزنة بواسطتها إلى المستهلك. يتم إنفاق جزء من الطاقة المتراكمة على تعويض الخسائر التي تحدث في وضع التفريغ ، وفي معظم أنواع MN - في أوضاع التخزين.

نظرًا لأنه في عدد من تركيبات التخزين ، يمكن أن يكون وقت الشحن D3 أطول بكثير من وقت التفريغ (r3 "g) ، فمن الممكن حدوث زيادة كبيرة في متوسط \u200b\u200bمعدل التفريغ. رP فوق متوسط \u200b\u200bالقوة ص 3 شحن MN. وبالتالي ، يجوز تجميع الطاقة في MP باستخدام مصادر طاقة منخفضة نسبيًا.

تنقسم الأنواع الرئيسية من MN إلى أجهزة ثابتة وديناميكية ومجمعة.

ثابتة تخزن MN الطاقة الكامنة من خلال التغييرات المرنة في شكل أو حجم مائع العمل أو عندما يتحرك عكس اتجاه الجاذبية في مجال الجاذبية. سائل العمل الصلب أو السائل أو الغازي لهذه MNs له حالة ثابتة في وضع تخزين الطاقة ، ويرافق شحن وتفريغ NEs بحركة مائع العمل.

ديناميكي تتراكم MN الطاقة الحركية بشكل رئيسي في الكتل الدوارة للمواد الصلبة. بشكل مشروط ، يمكن أيضًا أن تُنسب أجهزة تخزين مسرعات الجسيمات الأولية المشحونة ، والتي يتم فيها تخزين الطاقة الحركية للإلكترونات أو البروتونات ، التي تتحرك دوريًا على طول مسارات مغلقة ، إلى أعضاء البرلمان الديناميكي.

مشترك تخزن المنغنيز كلاً من الطاقة الحركية والوضعية. مثال على MN المدمج هو حذافة فائقة مصنوعة من مادة ليفية عالية القوة مع معامل مرونة منخفض نسبيًا. عندما يدور MI معين ، يتم تخزين الطاقة الكامنة للتشوه المرن فيه مع الطاقة الحركية. عند استخراج الطاقة المتراكمة من مثل هذا المنغنيز ، يتحقق استخدام كلا النوعين.

من حيث مستوى الطاقة المتراكمة المحددة لكل وحدة كتلة أو حجم العنصر المتراكم ، فإن MN بالقصور الذاتي الديناميكي متفوق بشكل كبير على بعض الأنواع الأخرى من NEs (على سبيل المثال ، التخزين الاستقرائي والسعة). لذلك ، تعتبر MN ذات أهمية عملية كبيرة لمجموعة متنوعة من التطبيقات في مختلف فروع التكنولوجيا والبحث العلمي.

تم العثور على أنواع معينة من MP حتى الآن تطبيقًا واسع النطاق في صناعة الطاقة الكهربائية ، على سبيل المثال ، دليل - تركيبات تخزين الأسقف لمحطات الطاقة. الشحن - تصل دورة التفريغ لعملهم إلى عشرات الساعات.

بالنسبة لأعضاء البرلمان الذين يعانون من القصور الذاتي ، فإن أوضاع التفريغ قصيرة الأجل مميزة. يترافق استخراج الطاقة من MP مع انخفاض في السرعة الزاوية للحدافة إلى المستوى المسموح به. في بعض الحالات ، يمكن أن يحدث الكبح حتى التوقف الكامل للحدافة. تصريفات "الصدمة" المحتملة ، التي تتميز بسحب الطاقة المخزنة لمرة واحدة أو دوريًا ، وبسبب الزخم الزاوي الكبير وقصر وقت التفريغ من MN ، يكون الانخفاض في السرعة الزاوية لدوارها صغيرًا نسبيًا ، على الرغم من أن الطاقة المقدمة يمكن أن تصل إلى قيم عالية إلى حد ما. في هذا الوضع MN ، يتم فرض متطلبات خاصة لضمان قوة العمود. تحت تأثير عزم الدوران ، تنشأ ضغوط قص خطيرة في العمود ، ح. يتم تحويل الطاقة الحركية للدوار إلى الطاقة الكامنة للتشوه المرن لالتواء العمود. للتغلب على الصعوبات المذكورة أعلاه ، يتم توفير أدوات التوصيل المرنة أو الاحتكاكية في تصميمات MH الفردية.

تحافظ MNs الثابتة على الطاقة المخزنة أثناء وجودها في حالة ثابتة. حاملات الطاقة الكامنة فيها عبارة عن مواد صلبة مشوهة بشكل مرن أو غازات مضغوطة تحت ضغط زائد ، وكذلك كتل مرفوعة إلى ارتفاع بالنسبة لسطح الأرض. الأمثلة النموذجية على MN الساكن هي: الزنبركات الممدودة أو المضغوطة ، المطاط ؛ مراكم الغاز والمراكم الهوائية. أجهزة التصادم الخاصة بسائقي الركائز المختلفة ، على سبيل المثال ، لقيادة الأكوام ، باستخدام طاقة الكتل في حالة مرتفعة ؛ خزانات محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها ، وخزانات منشآت ضغط المياه. فيما يلي نسب الطاقة الرئيسية والمعلمات المميزة لبعض الأجهزة النموذجية.

النظر في MN مع المرن عناصر.

نحن نؤمن الحالة الصلبة النظام خطي ، ثم عنصر التخزين المرن له صلابة ثابتة (أو مرونة) ن= مقدار ثابت. قوة العمل عليه F\u003d Nx يتناسب مع التشوه الخطي x. العمل الابتدائي مثالي عند شحنه بـ MH د\u003d فدكس. إجمالي الطاقة المخزنة

دبليو = ي Fdx \u003d ي Nxdx \u003d NAh2 / 2-FaAh / 2 ، أوو

أينآه هو التشوه الناتج ، محدود ، على سبيل المثال ، مقبول التوتر أر مواد؛ الجبهة الوطنية = لا - القوة المطبقة.

دعونا نقدر الطاقة المحددة ويا \u003d Wj م لكل وحدة كتلة م \u003d ص\u003d ySh حجم الربيع أو القضيب الخامس والقسم س, المواد التي تحتوي على كثافة y وتعمل على كسر حدود قانون هوك أ \u003d xfE, علاوة على ذلك X* \u003d xfh- تشوه نسبي ، ه- وحدة المرونة (يونغ) ، G ^ Gp. مقدمة دا \u003d Edx„ يمكننا الكتابة DW\u003d Fhdx* \u003d فهدو/ هـ و دية \u003d د/ ySh \u003d إدارة الأغذية والعقاقير/ ySE, من أين في ج \u003d F./ س تجد

Wya \u003d] (aljE) da \u003d a2J (2jE).حول

للصلب سوف نقبل الينابيع مع "\u003d 8 108 نيوتن / م "ه \u003d 2 ، 1-1011 ن / م 2 ، ص \u003d 7800 كجم / م 3 ، إذن ويا ^200 ي/ كلغ. آنايعطي الحساب المنطقي للمطاط التقني ^ نبضات ^ 350 J / kg ، نظرًا لطبيعة التباطؤ للاعتماد F= F(X) في دورة الشحن والتفريغ ، تؤدي الخسائر الناتجة والتدفئة إلى إلى الشيخوخة التدريجية (التدمير) للمطاط وعدم الاستقرار وتدهور خصائصه المرنة.

تخزين الغاز النظام في حالة عدم توازن ميكانيكيًا فيما يتعلق بالبيئة: عندما تكون درجات حرارة النظام والبيئة متساوية (T \u003d T0C) ضغط النظام ص\u003e ص 0 ، ج ، لذلك ، يمكن للنظام القيام بعمل. يتم ضغط احتياطي الطاقة المرنة في أسطوانة بحجم الخامس الغاز

دبليو \u003d P (vdp \u003d v (p2-pi) .. (4.1)

وفقًا لـ (4.1) ، لكل وحدة كتلة M لأي غاز مضغوط ، توجد طاقة محددة

Wya \u003d W / M \u003d V (p2-Pl) IM \u003d Aply. (4.2)

بناءً على (4.2) عند K \u003d 1m3 القيمة دبليو- WysM عدديا يساوي انخفاض الضغط Ap \u003d p1-p1. على سبيل المثال ، إذا كان A /؟ \u003d 250 105 باسكال (الضغط الأولي p! \u003d 105 باسكال) ، ثم IL \u003d 25-106 J ، بغض النظر عن التركيب الكيميائي للغاز. القيمة القصوى لـ Wya أثناء تمدد الغاز المضغوط إلى ضغط صفري عند درجة حرارة معينة وفقًا لمعادلة Mendeleev - Clapeyron PV- MvRyT يكون

ويا\u003d WlM \u003d RyTI "، (4.3)

حيث c \u003d M / Mts - الكتلة المولية (كجم / كمول) ؛ Ry & ~ 8.314 kJ / (kmol K) - ثابت غاز عالمي عند Тх273 К ؛ /؟ "105Pa؛ مم هو عدد الكيلومولات في غاز الكتلة م.

يمكن ملاحظة من (4.3) أن استخدام الغازات الخفيفة في ML هو الأكثر فعالية. بالنسبة لأخف غاز ، الهيدروجين (μ \u003d 2 كجم / كمول) عند T \u003d 300 كلفن ، فإن الطاقة المحددة هي 1250 كج / كغ (أو 1250 جول / جم). في (4.3) ، لم يتم تضمين الضغط بشكل صريح ، حيث يتم تحديد Wya بواسطة (4.2) بنسبة ضغط الغاز الزائد إلى كثافته. الأخير مع زيادة الضغط و Г \u003d const يزيد خطيًا (في عملية متساوية الحرارة PV= مقدار ثابت). وتجدر الإشارة إلى أن الضغوط العالية ، المعقولة للتطبيق الفعال للـ MN المدروسة ، تتسبب ، لأسباب تتعلق بالقوة ، في كتلة كبيرة من أسطوانات الغاز ، مع الأخذ في الاعتبار أن قيمة Wya للتركيب ككل يمكن أن تنخفض تقريبًا من حيث الحجم مقارنة بـ fVya من (4.2) ، (4.3). يمكن إجراء تقييم قوة الأسطوانات باستخدام علاقات التصميم § 4.5.7.

يعتبر الجاذبية أجهزة تخزين الطاقة.

تقدر طاقة الجاذبية الأرضية لجاذبية الأرض (على مستوى أوريا) كمؤشر مرتفع إلى حد ما "النبضات \u003d 61.6 ميجا جول / كجم ، والتي تميز العمل اللازم للحركة المنتظمة لجسم كتلته Mx \u003d Kg من سطح الأرض إلى الفضاء الخارجي (للمقارنة ، نشير إلى ذلك PVya هي ما يقرب من ضعف الطاقة الكيميائية ل 1 كجم من الكيروسين) عند رفع حمولة بكتلة م إلى الارتفاع ح \u003d س2 - XL الطاقة الكامنة المخزنة

دبليو \u003d jgMdx \u003d جم , (4.4)

حيث M \u003d const ، g \u003d 9.8l م / ث 2. حسب (4.4) الطاقة النوعية ويا\u003d Wj م\u003d gh يعتمد فقط على الارتفاع ح. يتم تحرير الطاقة المخزنة عندما ينخفض \u200b\u200bالحمل ويتم تنفيذ العمل المفيد المقابل كنتيجة لتحويل الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. أعلى طاقة حركية محددة في الطبيعة عند السقوط يمكن تطويرها بواسطة النيازك ، والتي من أجلها Wya ^ 60 MJ / kg (باستثناء استهلاك الطاقة للاحتكاك في الغلاف الجوي).

إن الاستخدام المباشر لقوى الجاذبية المتولدة عن الكتل الطبيعية أمر مستحيل عمليا. ومع ذلك ، عن طريق ضخ المياه في الخزانات الاصطناعية المرتفعة أو من الخزانات الجوفية إلى السطح ، يمكن تجميع كمية كبيرة بما يكفي من الطاقة الكامنة للتطبيقات واسعة النطاق في أنظمة الطاقة الكهربائية. إذا كان مستوى الاختلاف ح \u003d 200 م ، إذن ، بناءً على كتلة الماء M \u003d 103 كجم ، الطاقة المخزنة وفقًا لـ (4.4) تساوي I\u003e "\u003d 1962 kJ ، طاقة محددة ويا\u003d WjM= 1.962 كيلو جول / كجم.

يعتبر الحركية بالقصور الذاتي MN.

من حيث المبدأ ، يمكن تخزين الطاقة الحركية لأي حركة للكتلة. لحركة انتقالية موحدة لجسم ذي كتلة م بسرعة الخامس الطاقة الحركية دبليو\u003d Mv2 / 2. طاقة محددة ويا\u003d دبليو/ م \u003d v2 ي2 يعتمد (تربيعيًا) فقط على السرعة الخطية للجسم. جسم يتحرك بسرعة كونية أولى كم / ث له محدد

طاقة واياكس 32 ميجا جول / كجم.

بالنسبة لمجموعة متنوعة من تطبيقات الطاقة والنقل ، تعتبر MNs الدورانية منطقية - MNs بالقصور الذاتي (الحذافات). يتم تحديد الطاقة الحركية المخزنة W \u003d J & / ~ بواسطة مربع السرعة الزاوية س \u003d 2nn (ص - السرعة) ولحظة القصور الذاتي ي دولاب الموازنة بالنسبة لمحور الدوران. إذا كان نصف قطر دولاب الموازنة ص والكتلة م = yV (الخامس-الصوت، في - كثافة المواد) ، t °

J ^ Mr2 / 2 \u003d yVr2j2 و W \u003d n2Mr2n2 \u003d n2yVr2n2. الطاقة النوعية المقابلة (لكل وحدة م أو الخامس) يكون FV/ م\u003d ن* ص2 ن2 , J / كجم و lV0ya\u003d دبليو/ الخامس\u003d نسنتان2 ن2 , ي / م 3. إن قيم Q و n لحجم معين r محدودة بالسرعة الطرفية الخطية الخامس \u003d س.r \u003d 2mr, المرتبطة بضغط كسر المسموح به للمادة ar. من المعروف أن الجهد a في قرص أو دوار أسطواني MH يعتمد على v2. اعتمادًا على الشكل الهندسي للحذافات المعدنية ، فهي تتميز بسرعات حدية مسموح بها عند محيط 200 إلى 500 م / ث تقريبًا.

الطاقة المخزنة ، ولا سيما دولاب الموازنة الرقيقة ، دبليو\u003d Mv /2 (مهي كتلة الحلقة الدوارة). محددة في مجال الطاقة ويا\u003d دبليو/ م \u003d v2 /2 لا تعتمد على حجم الحلقة ويتم تحديدها من خلال نسبة المعلمات Op / y من مادتها (انظر القسم 4.5.1 ، حيث يظهر أن الخامس2 \u003d opjص). وتجدر الإشارة إلى أن نمطًا مشابهًا لـ Wya ~ avjу يحدث أيضًا في أجهزة تخزين الطاقة الاستقرائية (انظر الفصل 2) ، على الرغم من اختلافها بشكل كبير عن MN في الطبيعة الفيزيائية. في الحالة العامة ، في تصنيع عناصر تخزين MN ، من الضروري استخدام مواد ذات قيم متزايدة من Gp / y\u003e 105 J / kg. أنسب المواد هي سبائك الفولاذ عالية القوة وسبائك التيتانيوم وسبائك الألمنيوم الخفيف (نوع duralumin) وسبائك المغنيسيوم (نوع الإلكترون). باستخدام المواد المعدنية ، من الممكن الحصول على طاقة معينة MN تصل إلى Wm \u003d 200-300 kJ / kg.

مصممة لإنشاء دواليب موازنة ذات طاقات عالية خاصة (الحذافات الفائقة) ، يمكن لمواد الألياف الدقيقة أن توفر نظريًا المستويات التالية من مؤشر Wya: خيوط زجاجية - 650 كيلو جول / كجم ، خيوط كوارتز - 5000 كيلو جول / كجم ، ألياف كربونية (ذات هيكل ماسي) -15000 كيلو جول / كجم ... تشكل الخيوط (أو الأشرطة المصنوعة منها) والراتنجات اللاصقة بنية مركبة ، تكون قوتها أقل من تلك الموجودة في الألياف الأصلية. مع الأخذ في الاعتبار عناصر التثبيت في الحذافات الفائقة الحقيقية ، فإن قيم Zhud يتم تحقيقها عمليًا أقل من القيم المشار إليها ، ولكنها لا تزال أعلى نسبيًا من مجموعة متنوعة من MN. تسمح الحذافات الفائقة بسرعات محيطية تصل إلى الخامس 1000 م / ث. يتطلب التنفيذ الفني لهذه الأجهزة شروطًا خاصة. على سبيل المثال ، من الضروري تثبيت دولاب الموازنة في مسكن تم إخلاؤه ، نظرًا للقيم المشار إليها الخامس تتوافق مع السرعات الأسرع من الصوت في الهواء (Mach number Ma\u003e 1) ، والتي في الحالة العامة يمكن أن تسبب عددًا من التأثيرات غير المقبولة: ظهور صدمات الضغط في الهواء وموجات الصدمة ، وزيادة حادة في السحب الديناميكي الهوائي ودرجة الحرارة.

و- كتلة على خيط صلب ؛ ب- حافة مرنة

تتميز الحذافات الفائقة من الألياف متعددة الطبقات بموثوقية عالية إلى حد ما وهي أكثر أمانًا في التشغيل من الحذافات الصلبة. في ظل الأحمال غير المقبولة التي تسببها قوى القصور الذاتي ، "يتم تدمير الطبقات الخارجية الأكثر إجهادًا فقط من بنية الألياف المركبة في دولاب الموازنة الفائقة ، في حين أن تدمير دولاب الموازنة الضخم يترافق مع تشتت أجزائه الممزقة.

يتم الجمع بين خصائص MN الساكنة والديناميكية في أجهزة مختلفة. أبسطها هو البندول المتذبذب. يمكن الحفاظ على العملية الدورية للتحول المتبادل للطاقة الكامنة إلى طاقة حركية لفترة طويلة بما فيه الكفاية إذا تم تعويض الخسائر في آلية البندول.

دعونا ننظر في أمثلة توضيحية على MNs التي تخزن الطاقة الحركية والمحتملة في نفس الوقت عند الشحن. وهي توضح الإمكانيات الأساسية للاستخدام العملي المشترك لكلا النوعين من الطاقة الميكانيكية المتراكمة. في التين. 4.1 ، و يظهر الوزن م تدور حول المركز حول على خيط صلب من الطول / ، منحرف عن الوضع الرأسي بزاوية cf. السرعة الخطية الخامس يتوافق مع الحركة الدورانية لـ M على طول دائرة نصف قطرها ز. الطاقة الكامنة للحمل ون\u003d جم بسبب ارتفاعه إلى ارتفاع ح نتيجة الرفض. الطاقة الحركية للحمل هي 1FK \u003d 0.5 Mv2 . القوة F \u003d F „+ Fr. مكونه بالقصور الذاتي هو FK \u003d Mv lr\u003e قيمة عنصر الجاذبية F تي \u003d جم. بما أن F „/ Fr \u003d r2 / rg \u003d tg (D ، بقدر ما ون/ أسبوع \u003d 2 س/ rtg^>. إذا Uchest ^! أن A \u003d / (l - coscp) و r \u003d / sincp ، ثم / y / r \u003d (1 - coscp) / sinср. في هذا الطريق، دبليو„لام lFK \u003d 2coscp / (l + cos (p) ، وفي حالة cp-\u003e 0 نحصل على Wn / WK-\u003e 1. لذلك ، عند الزوايا الصغيرة cp ، يمكن توزيع الطاقة المخزنة fV \u003d JVK + Wn على ترددات متساوية (W يمكن زيادة قيمة Wn ، إذا قمت بتثبيت الحمل على تعليق مرن (قضيب أو خيط).

مثال آخر على تراكم المفاصل دبليو„ و أسبوع بمثابة حذافة دوارة ذات حافة رفيعة (الشكل 4.1 ، ب) ، والتي لها مرونة (صلابة) ن. يتناسب التوتر في الحافة ^ p \u003d NAI مع الاستطالة المرنة A / \u003d 2n (r - r0) الناتجة عن قوى القصور الذاتي AFr \u003d AMv2 / ص ، وزعت نيمي على طول محيط الحافة مع نصف القطر r. توازن عنصر حافة بكتلة 2DM \u003d 2 (A // 2l ؛) A (يتم تحديد p من خلال العلاقة 2A / v \u003d 2A / 7 (() sinAcp ^ Ai ^ Acp ، حيث 0.5 Mv2 \u003d 2 كيلو2 (ص - ص0 ) ن. لذلك ، الطاقة الحركية للشفة لفك \u003d 2n2 (ص - ص0 ) ن. منذ الطاقة الكامنة المخزنة)