CC BY
358
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
На данный момент эта технология рассмотрена чисто теоретически без подробных расчетов и практических опытов, но в ближайшее будущее мы планируем это исправить.
Схема пневмоаккумулятора: 1 - ось генератора; 2 - нагнетающий компрессор; 3 - емкость накопления газа; 4 - электропневмоклапан; 5 - собирающая турбина; 6 - генератор
Схема включения рекуператора: 1 - механический дифференциал; 2 - пневмоаккумулятор; 3 - генератор
© Сорокин В. А., 2013
УДК 621
О. Б. Фисенко Научные руководитель - М. В. Кубриков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск, Россия
ОБЗОР НАКОПИТЕЛЕЙ (АККУМУЛЯТОРОВ) ЭНЕРГИИ
Рассматриваются возможные способы накопления (аккумуляторов).
Целый ряд областей человеческой жизнедеятельности потенциально может значительно перемениться в лучшую сторону при замещении нынешних энергоносителей на электроэнергию, либо при изменении существующих способов её передачи и хранения. При производстве электроэнергии необходимыми составляющими в цепочке являются накопитель энергии и электрогенератор. Для создания запаса электроэнергии или ее распределения вне сети (например, для питания мобильных электронных устройств или запуска двигателя автомобиля) она должна быть преобразована в другие виды энергии. Наиболее популярным является использование для этой цели химических вторичных источников тока - электрохимических аккумуляторов, в которых происходит преобразование электрической энергии в химическую энергию связи веществ и соединений (заряд аккумулятора) или обратное преобразование (разряд).Например, вода, запасенная в водохранилище гидроэлектростанции, обладает гравитационной энергией и может расходоваться по мере надобности для вращения турбин электрогенератора. На тепловой электростанции энергия вначале запасается в виде угля, мазута или газа, которые также используются в соответствии с потребностями. На атомных электростанциях роль накопителя выполняет ядерное топливо. Вышеприведенные электростанции могут работать в режиме постоянной мощности, изменяя ее только при изменении энергопотребления. При производстве электрической энергии с использованием так называемых альтернативных ис-
электроэнергии с помощью различных накопителей
точников (например, ветер, солнце) возникает проблема непостоянства их мощности, которая отсутствует при производстве энергии традиционными способами. Поэтому необходимо энергию источника вначале запасти в накопителе энергии, а затем уже расходовать энергию накопителя, преобразуя ее, например, в электрическую энергию в необходимом количестве.
Накопители электрической энергии являются важнейшим элементом активно-адаптивных сетей будущего. Они выполняют ряд функций:
• выравнивание графиков нагрузки в сети (накопление электрической энергии в периоды наличия избыточной (дешевой) энергии и выдачу в сеть в периоды дефицита;
• обеспечение повышения надежности сети;
• отсрочка расширения мощности сети;
• обеспечение бесперебойного питания особо важных объектов, собственных нужд электростанций и подстанций;
• сглаживание колебаний мощности, стабилизации работы малоинерционных систем распределенной генерации.
1. Конденсаторный накопитель:
Если использовать электролитические конденсаторы, то их масса может составить 120 кг. Удельная энергия накопителя при этом 0,26 кДж/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 9 Вт. Срок службы электролитических конденсаторов может достигать 20 лет. Достоин-
Секция «Модели и методы анализа прочности динамики и надежности конструкций КА»
ства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени.
2. Гравитационные накопители
Копрового типа. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 28 Вт. Срок службы накопителя может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени.
Гидравлический. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 280 Вт. Срок службы накопителя может составлять 20 и более лет. Достоинства: при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в движение водяной насос, вода из емкости на вышке может использоваться для других нужд.
3. Маховик.
Для стального цилиндрического маховика максимальная удельная энергия составляет приблизительно 10 кДж/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 280 Вт. Срок службы маховика может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени, характеристики могут быть существенно улучшены.
4. Химическая аккумуляторная батарея.
Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея емкостью 190 А • час с выходным напряжением 12 В
Помимо рассмотренных существуют и другие накопители энергии, например, индукционные, пружинные, тепловые [1].
Библиографические ссылки
1. Бухаров А. И., Емельянов И. А., Судаков В. П. Средства заряда аккумуляторов и аккумуляторных
при 50 % разрядке может выдавать ток величиной 10 А примерно 9 часов. При работе аккумулятор может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 1080 Вт. Срок службы аккумулятора составляет 3-5 лет. Достоинства: от аккумулятора можно получать непосредственно электрическую энергию, выходной ток может достигать величины порядка тысячи ампер, выходное напряжение 12 В соответствует автомобильному стандарту, имеется множество устройств, работающих непосредственно от источника постоянного напряжения 12 В, имеются преобразователи 12/220 В различной мощности.
5.Пневматический накопитель
При работе пневматический накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 5.5 кВт. Срок службы пневматического накопителя может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопительный резервуар может быть расположен под землей, в качестве резервуара могут использоваться стандартные газовые баллоны в требуемом количестве с соответствующим оборудованием, при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в действие насос компрессора, имеется достаточно большое количество устройств, напрямую использующих энергию сжатого воздуха.
Ниже приведена таблица с параметрами рассмотренных накопителей энергии [2].
батарей : справочник. М. : Энергоатомиздат, 1988. 288 с. : ил.
2. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике : для инженеров и студентов вузов. 7 изд., испр. М. : Наука, 1978. 944 с. : ил.
© Фисенко О. Б., 2013
Накопитель Характеристики возможной Запасенная Удельная запа- Максимальное Срок
энергии реализации накопителя энергия, сенная время работы службы,
кДж энергия, кДж/кг на нагрузку 100 Вт, минут лет
Конденсаторный Батарея емкостью 1 Ф, напряжением 250 В, масса 120 кг 31.25 0.26 5.2 до 20
Копровый Масса копра 2 т, высота подъема 5 м 100 0.05 16.7 более 20
Гидравлический Масса воды 10 т, высота 1000 0.1 167 более 20
гравитационный перекачки 10 м
Маховик Стальной маховик массой 100 кг, диаметр 0.4 м, толщина 0.1 м 1000 10 167 более 20
Свинцово- Емкость 190 А • час, 3900 56 650 3 ... 5
кислотный выходное напряжение 12 В,
аккумулятор масса аккумулятора 70 кг
Пневматический Стальной резервуар объемом 1 м3массой 250 кг со сжатым воздухомпод давлением 50 атмосфер 20000 80 3300 более 20
