Mechanische Batterie elektrischer Energie. Die Verwendung von Stromspeicher. Allgemeine Informationen zu Energieantrieben

Mechanisches Antrieb (MN) oder mechanischer Energiespeicher wird als Vorrichtung zum Verwöhnen und Speichern von kinetischer oder potentialer Energie mit anschließenden Renditen bezeichnet, um nützliche Arbeit zu machen.

Wie für jede Art von Energiespeichergeräten (NE) sind charakteristische Betriebsmodi Mn aufladen (Ansammlung) und erfüllen (Rückkehr der Energie). Lager Energie dient als Zwischenmodus MN. In dem Lademodus wird der MN mechanische Energie aus einer externen Quelle geliefert, und die spezifische technische Implementierung der Energiequelle wird durch den Typ MN bestimmt. Bei der Entladung des MN wird der Hauptteil der von ihnen gespeicherten Energie an den Verbraucher übertragen. Einige der angesammelten Energie werden für die Kompensation von Verlusten aufgewendet, die im Entlastungsmodus auftreten, und in den meisten Arten von MN - und in Speichermodi.

Denn in einer Reihe von kumulativen Anlagen kann die Zeitladung3 der Entlastungszeit (G3 "GR) viel überlegen sein, es ist möglich, ein mittelalterlich erheblich" R.P-mittlere Leistung P3. Laden Sie Mn. Somit ist es zulässig, Energie anzunehmen, um Energie mit relativ niedrigen Stromquellen anzunehmen.

Hauptsorten von Mn sind in statische, dynamische und kombinierte Geräte unterteilt.

Statisch MNS saugen Potentialenergie durch eine elastische Änderung in Form oder Volumen des Arbeitsfluids entweder durch Bewegen gegen die Schwerkraftrichtung im Gravitationsfeld. Das feste, flüssige oder gasförmige Arbeitsfluid dieser MNS weist einen statischen Zustand in dem Energiespeichermodus auf, und die Ladung und die Abgabe des NE werden von der Bewegung des Arbeitsfluids begleitet.

Dynamisch Mys sammeln kinetische Energie hauptsächlich in den rotierenden Massen von Feststoffen. Konditionell - bis dynamische MNS können auch akkumulierende Vorrichtungen von Beschleunigten von geladenen Elementarteilchen einschließen, in denen die kinetische Energie von Elektronen oder Protonen, zyklisch entlang geschlossener Flugbahnen bewegt.

Kombiniert MNS sind gleichzeitig kinetische und potentielle Energie. Ein Beispiel eines kombinierten MN kann als Supermarder aus hochfestem Fasermaterial mit einem relativ kleinen elastischen Modul dienen. Während der Drehung dieses MN in ihr, zusammen mit kinetischer Energie wird die potentielle Energie der elastischen Verformung verstärkt. Bei der Extraktion der angesammelten Energie aus einer solchen Sache wird die Verwendung seiner beiden Arten erreicht.

In Bezug auf den Niveau der speziellen angesammelten Energie pro Masseneinheit oder des Volumens des Ansammlungselements übersteigt die dynamische Trägheit Mys deutlich einige andere NE-Sorten (z. B. induktive und kapazitive Laufwerke). Daher sind MN von großem praktischem Interesse für diverse Anwendungen in verschiedenen Branchen und wissenschaftlichen Forschungen.

Separate MN-Arten von Mn, die in der elektrischen Energiewirtschaft in der elektrischen Energieversorgung festgestellt wurden, z. B. eine Leitfaden - Rotation von elektrischen Stationen. Laden - Der Entladungszyklus ihrer Arbeit erreicht zehn Stunden.

Für Inertialminen sind Kurzzeitdifferenzmodi charakteristisch. Die Energieauswahl von Mn wird von einer Abnahme der Winkelgeschwindigkeit des Schwungrads auf ein zulässiger Niveau begleitet. In einigen Fällen kann das Bremsen auftreten, bis das Schwungrad aufhört. Die "Shock" -Durchleitungen, gekennzeichnet durch eine ein- oder cyclische Auswahl der gespeicherten Energie, und als Ergebnis des großen kinetischen Moments und der geringen Zeit der Abgabe des MN ist die Verringerung der Winkelgeschwindigkeit des Rotors relativ klein, Obwohl die 0 leistungsstarke Leistung ausreichend hohe Werte erreichen kann. In diesem Modus werden viele Anforderungen dargestellt, um die Festigkeit der Welle sicherzustellen. Unter dem Einfluss des Drehmoments in die Welle gibt es gefährliche tangente Spannungen, Cha. Die kinetische Energie des Rotors leitet in die potentielle Energie der elastischen Verformungen der Welle. Um diese Schwierigkeiten in separaten Strukturen zu überwinden, sind die elastischen oder Reibungskupplungen vorgesehen.

Statische MN behalten die gespeicherte Energie, wobei sie in einem festen Zustand sein. Die Träger potentialer Energie in ihnen sind elastisch verformte Festkörper oder komprimierte Gase unter übermäßiger Druck sowie die in der Höhe relativ zu der Erdoberfläche angehobenen Massen. Typische Beispiele für statische MN sind: gestreckte oder komprimierte Federn, Gummi; Gasballon-Batterien und pneumatische Akkumulatoren; Schlagvorrichtungen verschiedener Bullen, beispielsweise zum Aufstillen von Stapeln mit der Massenergie im erhöhten Zustand; Reservoirs von hydrokumulierenden Kraftwerken, Wassertanks. Wir präsentieren die wichtigsten Energieverhältnisse und die charakteristischen Parameter einiger typischer Geräte.

Betrachten Sie Mn S. Elastisch Elemente.

Glauben Fester Zustand Lineares System, dann hat das elastische Akkumulationselement eine konstante Steifigkeit (oder Elastizität) N.= Const. Stärke F.\u003d Nx. proportional zur linearen Verformung x. Perfekt, wenn die elementare Arbeit aufgeladen ist DW.\u003d FDX.. Voll gespeicherte Energie

W. = J. FDX \u003d. J. Nxdx \u003d nah2 / 2-faah / 2, Oo.

WoAh - resultierende Verformung, zum Beispiel begrenzt, Zulässig Stromspannung Ar. Material; Fn. = Nah -Hed-Stärke.

Lassen Sie uns die spezifische Energie schätzen Wya. \u003d WJ. M, pro Masse der Einheit. M. \u003d Yv.\u003d ysh. Federn oder Stangenvolumen V. und Querschnitt S., Das Material hat die Dichte von y und läuft innerhalb des Halsgesetzes auf der Lücke EIN. \u003d XFE., Außerdem X.* \u003d XFH.- relative Verformung, E.-module Elastizität (Jung), g ^ gp. Einführung DA. \u003d EDX.„ Wir können aufschreiben DW.\u003d FHDX.* \u003d FHDO./ E. und Dwya. \u003d DW./ ysh. \u003d FDA./ Yse., Wovon C. \u003d F./ S. Finden

Wya \u003d] (alje) da \u003d a2j (2je).ÜBER

Für Stahl Springs C "\u003d 8 108 n / m "E \u003d. 2 , 1-1011 n / m2, y \u003d 7800 kg / m3, dann Wya. ^200 J./ kg. Ana.Die logische Berechnung für technische Kautschuk gibt jedoch aufgrund des Hysterese-Charakters ^ UD ^ 350 j / kg F.= F.(X.) Im Zyklus "Ladungsabluft" führt der Verlust und die Heizung ZU Gradualalter (Zerstörung) von Gummi, Instabilität der Verschlechterung seiner elastischen Eigenschaften.

Gasansammlung Das System befindet sich in einem mechanisch nicht Gleichgewichtszustand in Bezug auf die Umwelt: mit der Gleichheit der Temperatur- und Umwelttemperaturen (T \u003d T0c) Systemdruck P\u003e p0, c, Daher kann das System funktionieren. Elastische Energie, die in einem Zylindervolumen komprimiert ist V. Gas ist

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

Auf einer Masseneinheit m von einem komprimierten Gas gemäß (4.1) gibt es eine bestimmte Energie

Wya \u003d w / m \u003d v (p2-pL) im \u003d wohnhaft. (4.2)

Basierend auf (4.2), bei k \u003d 1m3-Wert W.- WYSM. numerisch gleich dem Druckabfall AR \u003d P1-P1. Wenn zum Beispiel ein /? \u003d 250 105 PA (Anfangsdruck p! \u003d Y5pa), dann il \u003d 25-106 j, unabhängig von der chemischen Zusammensetzung des Gases. Der Maximalwert von WYA, wenn das komprimierte Gas bei einer gegebenen Temperatur nach der MendeleeV-Gleichung - KLAPAIRONE mit der MendeleeV-Gleichung auf Nulldruck aufnull ist PV- Mvryt. bilden

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

Wobei C \u003d m / mts - Molmasse (kg / kmol); RY & ~ 8.314 kJ / (kolok K) ist eine universelle Gaskonstante bei TX273 K; /? «105PA; Mm - die Anzahl der Kilometer in einer Gasmasse M.

Von (4.3) ist ersichtlich, dass die effizienteste Verwendung von Lichtgasen in Mn. Für den einfachsten Gas-Wasserstoff (C \u003d 2 kg / kmol) bei R \u003d 300 an spezifische Energie ~ 1250 kJ / kg (oder 1250 j / g). In (4.3) ist der Druck explizit nicht enthalten, da WYA durch (4.2) das Verhältnis von Überdruckgas zu seiner Dichte bestimmt wird. Der letztere mit einem Druckanstieg und r \u003d bild steigt nach dem linearen Gesetz (in einem isothermen Prozess PV= Const). Es sei darauf hingewiesen, dass angemessen angemessen für die effektive Verwendung von hohem Druck unter Berücksichtigung der beträchtlichen Überlegungen der stärksten Masse von Gaszylindern aufgrund der Berücksichtigung des Werts der WYA-Installation insgesamt aufgrund der Gesamtzahl der Größenordnung im Vergleich zu FVYA zurücktreten kann von (4.2), (4.3). Eine Beurteilung der Zylinderstärke kann mit den berechneten Beziehungen von § 4.5.7 durchgeführt werden.

Erwägen Gravitation Energieantriebe.

Die gravistatische Energie der Anziehungskraft der Erde (auf der Ebene von Ora) wird nach recht hohem "UD \u003d 61,6 mj / kg geschätzt, das die Arbeit kennzeichnet, die erforderlich ist, um den Körper gleichmäßig mit einer Masse von MX \u003d kg von der Erdoberfläche von der Erdoberfläche zu bewegen der Weltraum (wir zeigen an, dass dieser Wert PVYA ungefähr mehr als eine chemische Energie von 1 kg Kerosin ist). Beim Heben von Frachtwägen M. Höhen H. \u003d X.2 - XL. Ersatzpotentialenergie

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

Wobei m \u003d const, g \u003d 9,8l m / s2. Gemäß (4.4) spezifischen Energie Wya.\u003d WJ. M.\u003d Gh. Hängt nur von der Höhe ab H.. Die gespeicherte Energie wird freigesetzt, wenn die Ladung infolge des Übergangs potentiellen Energie in kinetisch einschlägige nützliche Arbeit fällt und einschlägige nützliche Arbeit ausführt. Die größte spezifische kinetische Energie in der Natur während des Falls kann Meteoriten entwickeln, für die WYA ^ 60 mj / kg (ohne Energiekosten für Reibung in der Atmosphäre).

Die sofortige Verwendung von gravistatischen Kräften, mit den natürlichen Massen der natürlichen Massen, ist fast unmöglich. Das Pumpen von Wasser in die angehobenen künstlichen Reservoirs oder von unterirdischen Reservoirs an der Oberfläche ist jedoch möglich, eine ausreichend große Menge potenzieller Energie für Großanwendungen in elektrischen Energiesystemen anzusammeln. Wenn der Pegelunterschied H. \u003d 200 m, dann auf der Masse von Wasser M \u003d 103 kg gespeicherte Energie in (4.4) gleich und\u003e "\u003d 1962 kJ, spezifische Energie) Wya.\u003d WJM.= 1.962 kJ / kg.

Erwägen Inert kinetisch Mn.

Kinetische Energie kann grundsätzlich bei jeder Massenbewegung repariert werden. Für einheitliche progressive Körperbewegung M. mit Geschwindigkeit. V. kinetische Energie W.\u003d Mv.2 / 2. Spezifische Energie Wya.\u003d W./ M. \u003d V.2 J.2 Hängt nur von der linearen Körpergeschwindigkeit ab (quadratisch) ab. Der Körper, der sich bei der ersten Raumgeschwindigkeit des KM / C bewegt, hat ein bestimmtes

Energie wyax32 mj / kg.

Für eine Vielzahl von Energie- und Transportanwendungen ist der Rationale der Rotationsbewegung rational - Inertial Mn (Schwungräder). Ersatzkinetische Energie W \u003d J & / ~ wird vom Quadrat der Winkelgeschwindigkeit bestimmt Q \u003d 2nn. (P. - Rotationsfrequenz) und der Trägheitsmoment J. Schwungrad relativ zur Drehachse. Wenn das Disk-Schwungrad einen Radius hat G. und Masse M. = Yv. (V.- Volumen, W. - Materialdichte), T °

J ^ mr2 / 2 \u003d yvr2j2 und W \u003d N2MR2N2 \u003d N2YVR2N2. Geeignete spezifische Energie (pro Einheit) M. oder V) bilden Fov/ M.\u003d N.* R.2n.2 , J / kg und Lv0ya.\u003d W./ V.\u003d N.2yr.2n.2 , J / m3. Die Werte von Q und N an einer bestimmten Größe G sind auf eine lineare Umfangsgeschwindigkeit beschränkt V. \u003d Q..r. \u003d 2mr., verbunden mit einer zulässigen Reißspannung des Materials ap. Es ist bekannt, dass die Spannung A in der Scheibe oder des zylindrischen Rotors MN von V2 abhängt. Abhängig von der geometrischen Form von Metallschwallrädern zeichnen sich zulässige Grenzgeschwindigkeiten an der Peripherie um etwa 200 bis 500 m / s aus.

Kumulierte Energie, insbesondere für ein dünnes Randeschwungrad, W.\u003d Mv. /2 (M.- Miss der rotierenden Ringe). Spezifische Energie Wya.\u003d W./ M. \u003d V.2 /2 hängt nicht von der Größe des Rings ab und wird durch das Verhältnis der Parameter des oder / in seinem Material bestimmt (siehe § 4.5.1, wo das gezeigt wird V.2 \u003d Opj.Y). Es sei darauf hingewiesen, dass ein ähnliches Muster für WYA ~ AVJU auch im induktiven Energiespeicher stattfindet (siehe CH. 2), obwohl sie sich erheblich von der physischen Natur unterscheiden. Im Allgemeinen ist es bei der Herstellung von Speicherelementen Mn erforderlich, Materialien mit erhöhten GP / Y-Werten\u003e 105 J / kg anzuwenden. Die am besten geeigneten Materialien sind hochfest legierter Stahl, Titanlegierungen sowie leichte Aluminiumlegierungen (Typ "Durel") und Magnesiumlegierungen (Typ "Elektron"). Auftragen von Metallmaterialien, erhalten Sie die spezifische Energie des MN auf WM \u003d 200-300 nach J / kg.

Das Weiterleiten von Schwungrädern mit besonders großen spezifischen Energien (Supermärkte) Tonfasermaterialien können theoretisch die folgenden Niveaus des WYA-Indikators bereitstellen: Glasfilamente 650 kJ / kg, Quarzgarne - 5000 kJ / kg, Kohlefasern (mit Diamantstruktur) -15000 kJ / kg. Die Fäden (oder die von ihnen hergestellten Bänder) und der Klebstoff bilden ein zusammengesetztes Design, deren Festigkeit niedriger ist als die der Quellfasern. Unter Berücksichtigung der Elemente der Befestigung in echten SUPER-Schwungrädern werden die Werte des jüdischen Judens in der Regel praktisch erreicht, jedoch noch relativ höher als in anderen MAG-Sorten. Supermanhovikov gibt Umfangsgeschwindigkeiten an V. "1000 m / s. Die technische Umsetzung solcher Geräte erfordert die Bereitstellung besonderer Bedingungen. Zum Beispiel ist die Installation eines Schwungrads in einem Vakuumgehäuse notwendig, da die angegebenen Werte V. Entsprechen den Überschallgeschwindigkeiten in der Luft (die Anzahl der MAHA mA\u003e 1), die im allgemeinen Fall eine Reihe von inakzeptablen Effekten verursachen kann: das Erscheinungsbild von Luftdichtungen und Stoßwellen, eine starke Erhöhung des aerodynamischen Widerstands und der Temperatur.

Mehrschichtfaserige Supermärkte haben ausreichend hohe Zuverlässigkeit und in Betrieb als feste Schwungräder. Mit inakzeptablen Lasten, die durch Trägheitskräfte verursacht werden, werden nur die stressigsten äußeren Schichten des Faserverbund-Designs der Supermanovka zerstört, während die Zerstörung des massiven Schwungrads von einer Ausdehnung seiner gebrochenen Teile begleitet wird.

Die Kombination der statischen und dynamischen MN-Eigenschaften erfolgt in verschiedenen Geräten. Das einfachste von ihnen ist das oszillierende Pendel. Der zyklische Prozess der gegenseitigen Umwandlung potentialer Energie in kinetisch kann ausreichend lang aufrechterhalten werden, wenn Sie den Verlust des Pendelmechanismus kompensieren.

Betrachten Sie veranschaulichende Beispiele für MN, die gleichzeitig für die Ladung, kinetische und potentielle Energie verantwortlich sind. Sie zeigen die Hauptmöglichkeiten der gemeinsamen praktischen Verwendung beider Arten von kumulierter mechanischer Energie. In FIG. 4.1, aber Die Ladung ist gezeigt M, Um das Zentrum drehen ÜBER Auf einer absolut starren Stringlänge / von der vertikalen Position in die Ecke des CP abgelenkt. Liniengeschwindigkeit V. entspricht der Drehbewegung von m um den Kreis des Radius G. Potentielle Energie der Fracht Wn.\u003d GMH. Aufgrund seines Anstiegs in Höhe H. Als Ergebnis der Abweichung. Die kinetische Energie der Ladung ist 1fk \u003d 0,5 Mw.2 . Die Kraft f \u003d f "+ Fr. Die Inertialkomponente ist gleich FK \u003d MV LR\u003e Gravitationswertkomponenten F T. \u003d Gm.. Seit f "/ fr \u003d r2 / rg \u003d tg (d, postolo Wn./ Wk \u003d 2h./ RTG.^>. Wenn Sie vorbeigehen ^! Was a \u003d / (l - coscp) und r \u003d / sincp, dann / g / g \u003d (1 - coscp) / sin. Auf diese Weise, W."L. Lfk \u003d 2coscp / (L + cos (p), und im Falle von CP-\u003e 0 erhalten wir WN / WK-\u003e 1. Daher kann bei kleiner CPS die gespeicherte Energie FV \u003d JVK + WN an gleiche Teile verteilt werden (Wn Wn kann erhöht werden, wenn wir die Ladung auf der elastischen Suspension (Stange oder Schnur) sichern.

Ein anderes Beispiel für die gemeinsame Anhäufung W.„ und Wk. dient rotierendes feinbetonisches Schwungrad (Abb. 4.1, B), die Elastizität (Steifigkeit) aufweist N. Die Spannung in der Felge ^ p \u003d nai ist proportional zur elastischen Dehnung a / \u003d 2l (MR.0), die durch Inertialkräfte verursacht wird AFR. \u003d Amv.2 / g, verteilt Nicht ich Am Umfang des Randes durch den Radius des Gleichgewichts des Felgenelements mit einem Gewicht von 2 dm \u003d 2 (p (l // 2l;) d (p bestimmt vom 2A / V \u003d \u200b\u200b2A / 7-Verhältnis (() SINACP ^ AI ^ ACP, wo 0,5 Mw.2 \u003d 2k.2 (R. - R.0 ) N.. Folglich der kinetische Energierand Lvk. \u003d 2n.2 (R. - R.0 ) N.. Seit gespeicherten potentiellen Energie)