Mehanička baterija električne energije. Upotreba skladištenja električne energije. Opće informacije o energetskim uvjetima

Mehanički pogon (MN) ili mehanički akumulator energije naziva se uređaj za maženje i skladištenje kinetičke ili potencijalne energije sa naknadnim prinosom za korisnim radom.

Što se tiče bilo koje vrste uređaja za pohranu energije (NE), karakteristični načini rada MN su punjenje (akumulacija) i ispuštati (Povratak energije). Skladište Energija služi kao intermedijarni režim MN. U režimu punjenja mehanička energija iz vanjskog izvora isporučuje se na MN, a specifična tehnička primjena izvora energije određena je tip mn. Na pražnjenju MN-a, glavni dio energije pohranjene po njima prenosi se potrošaču. Neki od akumulirane energije troše se na naknadu za gubitke koji se javljaju u režimu pražnjenja, a u većini vrsta MN - i u režimima skladištenja.

Budući da u nizu akumulativnih instalacija, vremensko punjenje3 može biti mnogo superiorno od vremena ispuštanja (G3 "GR), moguće je značajno odigrati srednju cifru" RP preko srednje snage P3 Napunite MN. Dakle, dopušteno je skupiti energiju za akumuliranje energije s relativno niskim izvorima.

Glavne sorte MN-a podijeljene su na statičke, dinamičke i kombinirane uređaje.

Statički MNS sisati potencijalnu energiju kroz elastičnu promjenu u obliku ili volumen radne tekućine bilo krećemo prema smjeru gravitacije u gravitacijskom polju. Čvrsta, tečna ili gasovitina radna tekućina ovih MNS-a ima statičko stanje u režimu skladištenja energije, a naboj i pražnjenje ne prate pokret radne tekućine.

Dinamičan Mys akumuliraju kinetičku energiju uglavnom u rotirajućoj masi krutih tvari. Uvjetno - dinamičkim MNS-om može uključivati \u200b\u200bi akumulativne uređaje akceleratora optuženih osnovnih čestica, u kojima kinetička energija elektrona ili protona, ciklično se kreću uz zatvorene putanje.

U kombinaciji MNS su istovremeno kinetička i potencijalna energija. Primjer kombiniranog MN-a može poslužiti kao supermarker od vlaknastih materijala velike čvrstoće s relativno malim elastičnim modulom. Tokom rotacije ovog MN u njemu se intenzivira potencijalna energija elastične deformacije. Prilikom izvlačenja akumulirane energije iz takve stvari postiže se upotreba obje njegove vrste.

U pogledu nivoa specifične akumulirane energije po jedinici mase ili volumena akumulacijskog elementa, dinamički inercijalni moji značajno premašuju neke druge ne sorte (na primjer, induktivni i kapacitivni pogoni). Stoga je MN od velikog praktičnog interesa za različite primjene u raznim industrijama i naučnim istraživanjima.

Odvojene vrste MN-a pronađeno je datumu velike upotrebe u elektroenergetskoj industriji, kao što su vodič - rotacija električnih stanica. Punjenje - ciklus ispuštanja njihovog rada dostiže desetine sati.

Za inercijalne mine, karakteristični su kratkoročni modovi razlika. Izbor energije iz MN-a prati se smanjenjem ugla brzine zamašnjaka na dozvoljeni nivo. U nekim slučajevima kočenje se može pojaviti dok se zamašnjak ne prestane. "Šok" ispuštanja, karakterizira jednokratnu ili ciklički izbor pohranjene energije, a kao rezultat velikog kinetičkog trenutka i malog vremena pražnjenja MN-a, smanjenje uglastog brzine svog rotora relativno je mala, Iako je 0 moćna snaga može dostići dovoljno visokih vrijednosti. U ovom režimu predstavljeni su mnogi zahtjevi kako bi se osigurala snaga osovine. Pod utjecajem obrtnog momenta u osovini postoje opasni tangentni naponi, Cha. Kinetička energija rotora prolazi u potencijalnu energiju elastičnih deformacija osovine. Da bi se savladale ove poteškoće u zasebnim konstrukcijama, priložene su elastične ili trenje.

Statički MN zadržava pohranjenu energiju, u fiksnom stanju. Nosioci potencijalne energije u njima su elastično deformirana čvrsta tijela ili komprimirani plinovi pod vijućim pritiskom, kao i mase podignute na visinu u odnosu na zemlju. Tipični primjeri statičkog MN-a su: ispruženi ili komprimirani izvori, guma; Baterije za plinsko balonu i pneumatski akumulatori; Učinkovite uređaje raznih policajca, na primjer, da se penju na hrpe koristeći masovnu energiju u podignutom stanju; Rezervoari hidrokumulirajuće elektrane, rezervoara za vodu. Predstavljamo glavne energetske omjere i karakteristične parametre nekih tipičnih uređaja.

Razmotrite MN S. Elastičan Elementi.

Vjerovati Solid State Linearni sistem, zatim elastični akumulativni element ima stalnu krutost (ili elastičnost) N.= Konst. Snaga F.\u003d NX. proporcionalno linearnim deformacijama x. Savršeno kada se nabije osnovni rad Dw.\u003d FDX. Potpuna pohranjena energija

W. = J. FDX \u003d. J. NXDX \u003d NAH2 / 2-FAAH / 2, Oo.

GdeAH - Rezultat deformacije, ograničen, na primjer, Dozvoljen voltaža AR materijal; Fn. = Ne -Dobrostana snaga.

Procijenimo specifičnu energiju Wya. \u003d WJ. M, po jedinici mase M. \u003d YV.\u003d ysh. Opruge ili jačina šipke V. i presjek S., Od kojih materijala ima gustoću y i radi na jaz u zakonu grla SVEDOK JOVANOVIĆ - ODGOVOR: \u003d XFE, Štaviše X.* \u003d Xfh- relativna deformacija, E.-Modula elastičnost (jung), g ^ gstr. Uvođenje Da \u003d EDX„ Možemo zapisati Dw.\u003d Fhdx* \u003d FHDO./ E. i Dwya. \u003d Dw./ ysh. \u003d FDA./ YSE., Odakle C. \u003d F./ S. Pronaći

Wya \u003d] (alje) da \u003d a2j (2JE).O

Za čelik Springs C "\u003d 8 108 N / M "E \u003d. 2 , 1-1011 N / m2, y \u003d 7800 kg / m3, onda Wya. ^200 J./ kg. AnaLogički izračun za tehničku gumu daje ^ ud ^ 350 J / kg, međutim, zbog karaktera histereze F.= F.(X.) U ciklusu "punjenja", gubici i grijanje Do Postepeno starenje (uništavanje) gume, nestabilnost pogoršanja njegovih elastičnih svojstava.

Nakupljanje plina Sistem je u mehanički nejednakosti na stanju u odnosu na okoliš: s jednakošću temperature i temperature okoliša (T \u003d T0C) Pritisak sistema P\u003e p0, c, Stoga sistem može raditi. Elastična energija komprimirana u jačini cilindra V. Plin je

W. \u003d P (VDP \u003d V (P2-PI) .. (4.1)

Na jedinici mase m bilo kojeg komprimiranog plina prema (4.1) postoji specifična energija

Wya \u003d w / m \u003d v (p2-pl) im \u003d aply. (4.2)

Na osnovu (4.2), na K \u003d 1m3 vrijednosti W.- WYSM. numerički jednak padu pritiska AR \u003d P1-P1. Na primjer, ako je A /? \u003d 250 105 PA (početni tlak P! \u003d Y5PA), a zatim IL \u003d 25-106 J, bez obzira na hemijski sastav plina. Maksimalna vrijednost WYHE pri proširenju komprimiranog plina na nulu pritisak na datu temperaturu prema mendeleev jednadžbi - klapairone PV- MVryt. šminka

Wya.\u003d Wlm \u003d ryti ", (4.3)

Gdje je c \u003d m / mts - molarna masa (kg / kmina); Ry & ~ 8.314 KJ / (Kolol K) je univerzalna konstanta gasa na TX273 K; /? "105PA; MM - broj kilometara u plinskoj masi M.

Od (4.3) se vidi da je najefikasnija upotreba lakih gasova u MN. Za najlakši plin - vodonik (C \u003d 2 kg / Kmol) na R \u003d 300 do specifične energije ~ 1250 kJ / kg (ili 1250 j / g). U (4.3) pritisak izričito nije uključen, jer WYA određuje (4.2) omjer nadležnog plina do njene gustoće. Potonji s povećanjem pritiska i R \u003d Const povećava se u skladu sa linearnim zakonom (u izotermnom procesu PV= Const). Treba napomenuti da se na odgovarajući način primjenjuje za efikasno korištenje visokog pritiska pod razmatranjem zbog razmatranja snage znatne mase plinskih cilindara, uzimajući u obzir vrijednost WOP-a u cjelini može odbiti gotovo redoslijed veličine u odnosu na FVya od (4.2), (4.3). Procjena snage cilindara može se izvesti pomoću izračunatih odnosa § 4.5.7.

Razmatrati Gravitacijski Energetski pogoni.

Gravitatska energija atrakcije Zemlje (na nivou ORA) procjenjuje se prilično visok "UD \u003d 61,6 MJ / kg, što karakterizira posao potreban za jednolično pomicanje tijela s masom mx \u003d kg iz zemlje u zemlji Vanjski prostor (ukazuje na to da je ta vrijednost PVYA otprilike više od kemijske energije od 1 kg kerozina). Prilikom dižeg tereta M. Do visine H. \u003d X.2 - XL. Rezervna potencijalna energija

W. \u003d jgmdx \u003d gmh , (4.4)

Gdje m \u003d const, g \u003d 9,8l m / s2. Prema (4.4) određenoj energiji Wya.\u003d WJ. M.\u003d Gh. Zavisi samo na visini H.. Spremljena energija oslobađa se kada teretni i obavlja relevantni koristan rad kao rezultat tranzicije potencijalne energije u kinetičku. Najveća specifična kinetička energija u prirodi tijekom pada može razviti meteoritere za koje WYA ^ 60 MJ / kg (isključujući troškove energije za trenje u atmosferi).

Neposredna upotreba gravitatnih snaga, sa prirodnim masama prirodnih masa, gotovo je nemoguće. Međutim, pumpajući vodu u podignute umjetne rezervoare ili iz podzemnih rezervoara do površine, moguće je akumulirati dovoljno velike količine potencijalne energije za velike aplikacije u elektroenergetskim sustavima. Ako je razina razlika H. \u003d 200 m, a zatim izračunato na masi vode M \u003d 103kg pohranjena energija u (4.4) jednakoj i\u003e "\u003d 1962 KJ, specifična energija Wya.\u003d WJM.= 1.962 KJ / kg.

Razmatrati inert kinetic Mn.

Kinetička energija u principu može se popraviti u bilo kojem masovnom pokretu. Za jedinstveni progresivni pokret tijela M. sa brzinom V. kinetička energija W.\u003d Mv.2 / 2. Specifična energija Wya.\u003d W./ M. \u003d V.2 J.2 Zavisi (kvadratno) samo od linearne brzine tijela. Tijelo koje se kreće u prvoj prostoru brzine KM / C ima određeno

Energija Wyax32 MJ / kg.

Za razne primjene energije i transporta, racionalni rotacijski prijedlog je racionalan - inercijalni MN (zamah). Rezervna kinetička energija W \u003d J & ~ određuje se kvadratom uglastoj brzine TUŽILAC WHITING - PITANJE: \u003d 2nn. (P - frekvencija rotacije) i trenutak inercije J. Zamašnjak u odnosu na osovinu rotacije. Ako zamašnjak diska ima radijus G. i masa M. = YV. (V.- zapremina, W. - Gustina materijala), T °

J ^ MR2 / 2 \u003d YVR2J2 i W \u003d N2MR2N2 \u003d N2YVR2N2. Odgovarajuća specifična energija (po jedinici M. ili V) šminka FV/ M.\u003d N.* R.2N.2 , J / kg i Lv0ya.\u003d W./ V.\u003d N.2yr2N.2 , J / M3. Vrijednosti Q i N na određenoj veličini G su ograničene na linearnu krugu V. \u003d TUŽILAC WHITING - PITANJE:.r .r. \u003d 2MR., povezan s dopuštenim kidanim naponom materijala ap. Poznato je da napon a u disku ili cilindričnom rotoru MN ovisi o V2. Ovisno o geometrijskom obliku metalnih zamaha, dopuštene brzine ograničavanja na periferiji karakteriziraju otprilike 200 do 500 m / s.

Akumulirana energija, posebno za tanko oblivanje zamašnjaka, W.\u003d Mv. /2 (M.- Gospođice rotirajućeg prstenova). Specifična energija Wya.\u003d W./ M. \u003d V.2 /2 ne ovisi o veličini prstena i određuje se omjerom parametara ili / u njenom materijalu (vidi § 4.5.1, gdje je to prikazano V.2 \u003d Opj.Y). Treba napomenuti da se sličan obrazac za Wya ya odvija i u induktivnom skladištu energije (vidi Ch. 2), iako se značajno razlikuju od fizičke prirode. Općenito, u proizvodnji elemenata za pohranu MN, potrebno je primijeniti materijale uz povišene GP / Y vrijednosti\u003e 105 J / kg. Najprikladniji materijali su relevani čelik visoke čvrstoće, legure titana, kao i lagane aluminijske legure (tip "Dural") i magnezijumske legure (tip "elektron"). Primjena metalnih materijala, možete dobiti specifičnu energiju MN-a na WM \u003d 200-300 do J / kg.

Prosljeđivanje letača s posebno velikim specifičnim energijama (supermarketi) tone-vlakno-vlakna može pružiti sljedeće razine indikatora WYA: staklene granice 650 kJ / kg, kvarcne pređe - 5000 kJ / kg, karbonska vlakna (sa dijamantskom konstrukcijom) -15000 KJ / kg. Teme (ili izrečene trake) i ljepilo formiraju kompozitni dizajn, čija je jačina niža od onog izvornog vlakana. Uzimajući u obzir elemente pričvršćivanja u stvarnim super-letećima, vrijednosti jevreja manje određene praktično su postignute, ali još uvijek relativno veće nego u drugim sortima MN-a. Supermanhovikov priznaju obodne brzine na V. "1000 m / s. Tehnička primjena takvih uređaja zahtijeva odredbu posebnih uvjeta. Na primjer, instalacija zamašnjaka u kućištu vakuuma je neophodna, jer navedene vrijednosti V. Odgovaraju supersoničnim brzinama u zraku (broj maha MA\u003e 1), koji u općem slučaju može izazvati brojne neprihvatljive efekte: pojavu zračnih brtva i udarnih talasa, oštro povećanje aerodinamičke otpornosti i temperature.

Višeslojni vlaknasti supermarketi imaju dovoljno visoke pouzdanosti i sigurnije u radu nego čvrsti zamah. Uz neprihvatljive opterećenja uzrokovane inercijalnim silama, samo su naj stresniji vanjski slojevi kompozitnog dizajna Supermanovka, dok uništavanje masovnog zamašnjaka prati širenje njegovih slomljenih dijelova.

Kombinacija statičke i dinamičke MN svojstava odvija se na različitim uređajima. Najjednostavniji od njih je oscilirajuće klatno. Ciklički proces međusobne transformacije potencijalne energije u kinetičku može se održavati dovoljno dugo, ako nadoknadite gubitak u mehanizmu klatna.

Razmislite o ilustrativnim primjerima MN-a, zaduženim za naknadu u isto vrijeme, kinetička i potencijalna energija. Oni pokazuju glavne mogućnosti zajedničke praktične upotrebe obje vrste akumulirane mehaničke energije. Na slici. 4.1, ali Teret je prikazan M, Rotiranje oko centra O Na apsolutno krutim nijanzi / odbijam iz vertikalnog položaja do ugla CP-a. Brzina linije V. odgovara rotacijskom pokretu M oko kruga polumjera G. Potencijalna energija tereta WN.\u003d GMH Zbog njegovog porasta do visine H. Kao rezultat odstupanja. Kinetička energija tereta je 1FK \u003d 0,5 MV2 . Sila F \u003d F "+ Fr. Njegova inercijalna komponenta jednaka je fk \u003d mv lr\u003e gravitacijsku komponente f T. \u003d Gm.. Od f "/ fr \u003d r2 / rg \u003d tg (d, postolo WN./ Wk. \u003d 2h./ RTG.^>. Ako prolazite ^! Što je A \u003d / (l - coscp) i r \u003d / sincp, zatim / g / g \u003d (1 - coscp) / grijeh. Na ovaj način, W."L. Lfk \u003d 2Coscp / (l + cos (p), a u slučaju CP-\u003e 0 dobivamo wn / wk-\u003e 1. Stoga, na malim CPS-u, pohranjeni energiji FV \u003d JVK + WN može se distribuirati jednakim dijelovima (WN \u200b\u200bWN se može povećati ako osigumo teret na elastično ovjes (šipku ili niz).

Drugi primer zajedničke akumulacije W.„ i Wk. služi rotirajući fino betonski zamašnjak (Sl. 4.1, b), koji ima elastičnost (krutost) N. Napetost u rim ^ p \u003d nai proporcionalna je elastičnom izduženju A / \u003d 2L (MR.0) uzrokovana inercijalnim silama AFR. \u003d Amv2 / G, distribuiran Nome Na obodu oboda radijusom ravnoteže obruča vaganja 2 dm \u003d 2 (l // 2l;) d (p određeno za omjer 2A / V \u003d \u200b\u200b2A / 7 (() Sinacp ^ ai ^ ACP, gde 0,5 MV2 \u003d 2k.2 (R. - R.0 ) N.. Shodno tome, kinetički energetski obruč Lvk. \u003d 2N.2 (R. - R.0 ) N.. Od pohranjene potencijalne energije)