Batterie mécanique de l'énergie électrique. L'utilisation de stockage d'électricité. Informations générales sur les conditions énergétiques

Lecteur mécanique (MN), ou accumulateur d'énergie mécanique, s'appelle un dispositif de dorage et de stockage de l'énergie cinétique ou potentielle avec des retours ultérieurs pour faire du travail utile.

Quant à tout type de dispositifs de stockage d'énergie (NE), des modes de fonctionnement caractéristiques mn sont charger (accumulation) et décharge (Retour de l'énergie). Stockage L'énergie sert de mode intermédiaire Mn. En mode de charge, l'énergie mécanique d'une source externe est fournie au MN et la mise en oeuvre technique spécifique de la source d'énergie est déterminée par le type Mn. Lors de la décharge du MN, la partie principale de l'énergie stockée par eux est transmise au consommateur. Une partie de l'énergie accumulée est consacrée à la compensation des pertes qui se produisent dans le mode de décharge et dans la plupart des types de modes MN - et dans des modes de stockage.

Parce que dans un certain nombre d'installations cumulatives, la charge de temps3 peut être beaucoup supérieure au temps de décharge (G3 "GR), il est possible d'exayer sensiblement un chiffre à moyen-uniche" RP sur puissance moyenne P3 Charge mn. Ainsi, il est permis d'accumuler de l'énergie pour accumuler de l'énergie avec des sources relativement basse puissance.

Les principales variétés de MN sont divisées en appareils statiques, dynamiques et combinés.

Statique Le MNS sucer l'énergie potentielle à travers un changement élastique de la forme ou du volume du fluide de travail, que ce soit en passant contre la direction de gravité dans le champ gravitationnel. Le fluide de travail solide, liquide ou gazeux de ces MNS a un état statique en mode stockage d'énergie et la charge et la décharge du NE sont accompagnées du mouvement du fluide de travail.

Dynamique MyS accumule une énergie cinétique principalement dans les masses en rotation des solides. Conditionnellement - Le MNS dynamique peut également inclure des dispositifs d'accumulateurs d'accélérateurs de particules élémentaires chargées, dans lesquelles l'énergie cinétique des électrons ou des protons, se déplaçant de manière cyclique le long des trajectoires fermées.

Combiné Les MN sont à la fois cinétiques et potentielles. Un exemple de MN combiné peut servir de supermarché de matériau fibreux à haute résistance ayant un module élastique relativement petit. Pendant la rotation de ce MN, ainsi que de l'énergie cinétique, l'énergie potentielle de déformation élastique est intensifiée. Lors de l'extraction de l'énergie accumulée d'une telle chose, l'utilisation de ses deux espèces est atteinte.

En termes de niveau d'énergie accumulée spécifique par unité de masse ou de volume de l'élément accumulant, l'inertie dynamique MyS dépasse de manière significative certaines autres variétés NE (par exemple, des lecteurs inductifs et capacitifs). Par conséquent, les MN sont d'un grand intérêt pratique pour diverses applications dans divers secteurs et de la recherche scientifique.

Espèce distincte de MN trouvée à ce jour une utilisation à grande échelle dans l'industrie de l'énergie électrique, telle qu'une rotation de guidage des stations électriques. Charge - Le cycle de décharge de leur travail atteint des dizaines d'heures.

Pour les mines inertielles, les modes de différence à court terme sont caractéristiques. La sélection d'énergie de MN est accompagnée d'une diminution de la vitesse angulaire du volant à un niveau admissible. Dans certains cas, le freinage peut survenir jusqu'à ce que le volant s'arrête. Les décharges "choc", caractérisées par une sélection jetable ou cyclique d'énergie stockée, et à la suite du grand moment cinétique et de la petite période de la décharge du MN, la réduction de la vitesse angulaire de son rotor est relativement petite, Bien que la puissance puissante puisse atteindre des valeurs suffisamment élevées. Dans ce mode, de nombreuses exigences sont présentées pour assurer la force de l'arbre. Sous l'influence du couple dans l'arbre, il y a des contraintes tangentes dangereuses, Cha. L'énergie cinétique du rotor passe dans l'énergie potentielle des déformations élastiques de l'arbre. Pour surmonter ces difficultés dans des structures séparées, les embrayages élastiques ou de friction sont fournis.

Statique MN conserve de l'énergie stockée, étant dans un état fixe. Les transporteurs d'énergie potentielle en eux sont des corps solides élastiquement déformés ou des gaz comprimés sous une excès de pression, ainsi que les masses élevées à la hauteur par rapport à la surface de la Terre. Des exemples typiques de MN statiques sont: ressorts étirés ou comprimés, caoutchouc; piles à gaz-ballon et accumulateurs pneumatiques; Dispositifs d'impact de divers flics, par exemple, pour gravir des piles en utilisant l'énergie de masse dans l'état surélevé; Réservoirs de centrales hydro-accumulées, réservoirs d'eau. Nous présentons les principaux ratios énergétiques et les paramètres caractéristiques de certains dispositifs typiques.

Considérer Mn S. Élastique éléments.

Croyez État solide Système linéaire, puis l'élément cumulatif élastique a une rigidité constante (ou une élasticité) N.= Const. Force F.\u003d Nx. Déformation proportionnelle à la déformation linéaire X. Parfait lors du travail primaire chargé DW.\u003d Fdx. Énergie stockée complète

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

OùAh - déformation résultante, limitée, par exemple, Permis Tension Ar Matériel; Fn. = Nah -Les force.

Estimons l'énergie spécifique WYA. \u003d Wj. M, par unité de masse M. \u003d Yv.\u003d ysh. Ressorts ou volume de tige V. et section transversale S., Le matériau dont a la densité de y et fonctionne sur l'écart de la loi de la gorge UNE. \u003d Xfe, en outre X.* \u003d Xfh- déformation relative, E.Élasticité de Modile (Jung), G ^ GP. Introduction Da \u003d Edx„ Nous pouvons écrire DW.\u003d Fhdx* \u003d FHDO./ E. et Dwya. \u003d DW./ ysh. \u003d FDA./ Ythe., D'où C. \u003d F./ S. Trouve

Wya \u003d] (alje) da \u003d A2J (2je).À PROPOS DE

Pour l'acier Ressorts C "\u003d 8 108 n / m "E \u003d. 2 , 1-1011 N / m2, y \u003d 7800 kg / m3, puis WYA. ^200 J./ kg. AnaLe calcul logique pour le caoutchouc technique donne cependant ^ ud ^ 350 j / kg en raison du caractère d'hystérésis F.= F.(X.) Dans le cycle "de la décharge de charge", les pistes de perte et de chauffage À Vieillissement progressif (destruction) de caoutchouc, instabilité de la détérioration de ses propriétés élastiques.

Accumulation de gaz Le système est dans un état mécanique non équilibré par rapport à l'environnement: avec l'égalité des températures de température et d'environnement (T \u003d t0c) Pression du système P\u003e p0, c, Par conséquent, le système peut fonctionner. Énergie élastique comprimée dans un volume de cylindre V. Le gaz est

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

Sur une unité de masse m de tout gaz comprimé selon (4.1), il existe une énergie spécifique

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

Basé sur (4.2), à la valeur K \u003d 1m3 W.- WYSM. numériquement égal à la chute de pression Ar \u003d p1-p1. Par exemple, si un /? \u003d 250 105 PA (Pression initiale P! \u003d Y5PA), puis il \u003d 25-106 J, quelle que soit la composition chimique du gaz. La valeur maximale de WYA lors de l'élargissement du gaz comprimé à une pression zéro à une température donnée selon l'équation Mendeleev - KlaPairone Pv- Mvryt. se réconcilier

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

Où c \u003d m / mts - masse molaire (kg / kmol); Ry & ~ 8 314 kj / (kolol k) est une constante de gaz universelle à TX273 K; /? "105Pa; Mm - le nombre de kilomètres dans une masse de gaz M.

De (4.3) On peut voir que l'utilisation la plus efficace des gaz de lumière en MN. Pour le gaz le plus facile - hydrogène (C \u003d 2 kg / kmol) à R \u003d 300 à une énergie spécifique ~ 1250 kJ / kg (ou 1250 j / g). Dans (4.3), la pression est explicitement incluse, car WYA est déterminé par (4.2) le ratio de gaz de surpression à sa densité. Ce dernier avec une augmentation de la pression et de r \u003d const augmente en fonction de la loi linéaire (dans un processus isothermique Pv= Const). Il convient de noter que l'utilisation efficace de la haute pression considérée est due aux considérations de la masse substantielle de bouteilles de gaz, en tenant compte de la valeur de l'installation de WYA dans son ensemble, peut décliner presque un ordre de grandeur par rapport à FVYA de (4.2), (4.3). Une évaluation de la force des cylindres peut être effectuée en utilisant les relations calculées du § 4.5.7.

Considérer Gravitationnel Lecteurs d'énergie.

L'énergie gravistique de l'attraction de la Terre (au niveau de l'ora) est estimée assez élevée "UD \u003d 61,6 MJ / kg, ce qui caractérise le travail requis pour déplacer uniformément le corps avec une masse de mx \u003d kg de la surface de la Terre dans l'espace extérieur (nous indiquons que cette valeur Pvya est approximativement plus qu'une énergie chimique de 1 kg de kérosène). Lors de la levée de la cargaison pesant M. À la hauteur H. \u003d X.2 - XL. Énergie potentielle de rechange

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

Où m \u003d const, g \u003d 9,8l m / s2. Selon (4.4) Énergie spécifique WYA.\u003d Wj. M.\u003d Gh. Dépend seulement de la hauteur H.. L'énergie stockée est libérée lorsque la cargaison tombe et effectuant un travail utile pertinent à la suite de la transition d'énergie potentielle en cinétique. La plus grande énergie cinétique spécifique de nature pendant la chute peut développer des météorites pour lesquels WYA ^ 60 MJ / kg (hors frais d'énergie pour frottement dans l'atmosphère).

L'utilisation immédiate des forces gravistiques, avec les masses naturelles des masses naturelles, est presque impossible. Cependant, pompez de l'eau dans les réservoirs artificiels surélevés ou des réservoirs souterrains à la surface, il est possible d'accumuler une quantité suffisamment importante d'énergie potentielle pour les applications à grande échelle dans les systèmes d'alimentation électrique. Si la différence de niveau H. \u003d 200 m, puis calculé sur la masse d'eau m \u003d 103kg d'énergie stockée dans (4,4) égale et\u003e "\u003d 1962 kJ, énergie spécifique WYA.\u003d Wjm.= 1.962 KJ / kg.

Considérer inerte cinétique Mn.

L'énergie cinétique en principe peut être réparée à tout mouvement de masse. Pour un mouvement de corps progressif uniforme M. avec la vitesse V. énergie cinétique W.\u003d Mv.2 / 2. Énergie spécifique WYA.\u003d W./ M. \u003d V.2 J.2 Dépend (quadratique) seulement de la vitesse du corps linéaire. Le corps se déplaçant à la première vitesse d'espace du km / c est spécifique

Énergie wyax32 mj / kg.

Pour une variété d'applications d'énergie et de transport, le rationnel du mouvement de rotation est rationnel - inertielle MN (volants). Énergie cinétique de rechange w \u003d j & / ~ est déterminée par le carré de la vitesse angulaire Q. \u003d 2nn. (P - Fréquence de rotation) et le moment de l'inertie J. Volant volant par rapport à l'axe de rotation. Si le volant du disque a un rayon G. et masse M. = Yv. (V.- le volume, W. - Densité matérielle), T °

J ^ MR2 / 2 \u003d YVR2J2 et W \u003d n2mr2n2 \u003d n2yvr2n2. Énergie spécifique appropriée (par unité M. ou alors V) se réconcilier Fv/ M.\u003d N.* R.2n.2 , J / kg et Lv0ya.\u003d W./ V.\u003d N.2ans.2n.2 , J / m3. Les valeurs de q et n à une taille donnée g sont limitées à une vitesse circonférentielle linéaire V. \u003d Q..r. \u003d 2MR., associé à une tension de déchirure autorisée du matériau AP. Il est connu que la tension A dans le disque ou le rotor cylindrique mn dépend de V2. En fonction de la forme géométrique des volants métalliques, des vitesses limitantes admissibles sur la périphérie sont caractérisées d'environ 200 à 500 m / s.

Énergie accumulée, en particulier pour une mince volant de volant, W.\u003d Mv. /2 (M.- Mlle des anneaux en rotation). Énergie spécifique WYA.\u003d W./ M. \u003d V.2 /2 ne dépend pas de la taille de la bague et est déterminé par le rapport des paramètres de la ou / dans son matériau (voir § 4.5.1, où il est montré que V.2 \u003d OPJ.Y). Il convient de noter qu'un modèle similaire pour Wya ~ Avju a également lieu dans le stockage d'énergie inductif (voir ch. 2), bien qu'ils diffèrent de manière significative de la nature physique. En général, dans la fabrication d'éléments de stockage Mn, il est nécessaire d'appliquer des matériaux avec des valeurs GP / Y élevées\u003e 105 j / kg. Les matériaux les plus appropriés sont l'acier allié à haute résistance, les alliages de titane, ainsi que les alliages d'aluminium léger (type "Dural") et les alliages de magnésium (type "Electron"). Application de matières métalliques, vous pouvez obtenir l'énergie spécifique du MN à WM \u003d 200-300 à J / KG.

Transfert des volants avec des matériaux de fibres de tonalité particulièrement importants (supermarchés) Les matériaux de la fibre de tonalité peuvent offrir les niveaux suivants de l'indicateur WYA: filaments de verre 650 kJ / kg, fil quartz - 5000 kJ / kg, fibres de carbone (avec structure en diamant) -15000 kj / kg. Les fils (ou les bandes fabriquées en eux) et l'adhésif formant une conception composite, dont la résistance est inférieure à celle des fibres source. Compte tenu des éléments de fixation dans de vrais-volants, les valeurs du Juif moins spécifiées sont pratiquement réalisées, mais toujours relativement plus élevées que dans d'autres variétés de MN. Supermanhovikov admettant des vitesses circonférentielles à V. "1000 m / s. La mise en œuvre technique de ces dispositifs nécessite la fourniture de conditions spéciales. Par exemple, l'installation d'un volant d'un volant sous vide est nécessaire, car les valeurs spécifiées V. Correspond à des vitesses supersoniques dans l'air (nombre de Maha MA\u003e 1), qui, dans le cas général, peut provoquer un certain nombre d'effets inacceptables: l'apparition des joints d'air et des ondes de choc, une forte augmentation de la résistance et de la température aérodynamiques.

Les supermarchés fibreux multicouches ont une fiabilité suffisamment élevée et plus sûre en fonctionnement que les volants solides. Avec des charges inacceptables causées par des forces inertielles, seules les couches extérieures les plus stressantes de la conception composite de fibres de la Supermanovka sont détruites, tandis que la destruction du volant massif est accompagnée d'une expansion de ses parties cassées.

La combinaison de propriétés Mn statiques et dynamiques a lieu dans divers appareils. Le plus simple d'entre eux est le pendule oscillant. Le processus cyclique de transformation mutuelle de l'énergie potentielle en cinétique peut être maintenu suffisamment long, si vous compensez la perte dans le mécanisme pendulaire.

Envisagez des exemples illustratifs de MN, en charge de la charge en même temps, de l'énergie cinétique et potentielle. Ils démontrent les principales possibilités d'utilisation pratique conjointe des deux types d'énergie mécanique accumulée. En figue. 4.1, mais La cargaison est montrée M, Tournant autour du centre À PROPOS DE Sur une longueur de chaîne absolument rigide / déviée de la position verticale au coin du CP. Vitesse de la ligne V. correspond au mouvement de rotation de m autour du cercle du rayon G. Énergie potentielle de la cargaison Wn.\u003d GMH En raison de sa hauteur de hauteur H. À la suite d'une déviation. L'énergie cinétique de la cargaison est 1fk \u003d 0,5 Mv2 . La force f \u003d f "+ le p. Son composant inertiel est égal à FK \u003d MV LR\u003e Composants de valeur gravitationnelle F T. \u003d Gm.. Depuis F "/ FR \u003d R2 / RG \u003d TG (D, Postolo Wn./ Wk. \u003d 2h./ Rtg.^>. Si vous passez ^! Quel \u003d / (l - coscp) et r \u003d / sincp, puis / g / g \u003d (1 - COSCP) / sin. De cette façon, W."L. LFK \u003d 2COSCP / (L + COS (P), et dans le cas de CP-\u003e 0 Nous obtenons WN / WK-\u003e 1. Par conséquent, à petit CPS, l'énergie stockée FV \u003d JVK + WN peut être distribuée à des pièces égales. (WN \u200b\u200bWN peut être augmenté si nous sécurisons la cargaison sur la suspension élastique (tige ou chaîne).

Un autre exemple d'accumulation articulaire W.„ et WK. sert la rotation du volant à béton fine (Fig. 4.1, B), qui a une élasticité (rigidité) N. La tension dans la jante ^ p \u003d NAI est proportionnelle à l'élongation élastique A / \u003d 2L (M.0) causée par des forces inertielles Afr. \u003d Amv2 / g, distribué Nome Sur la circonférence de la jante par le rayon de l'équilibre de l'élément de jante pesant 2 dm \u003d 2 (L // 2L;) D (P déterminé par le rapport 2A / V \u003d \u200b\u200b2A / 7 (() SINACP ^ AI ^ ACP, où 0,5 Mv2 \u003d 2k.2 (R. - R.0 ) N.. Par conséquent, le bord de l'énergie cinétique LVK. \u003d 2n.2 (R. - R.0 ) N.. Depuis l'énergie potentielle stockée)