Alam memberi manusia pelbagai sumber tenaga: matahari, angin, sungai dan lain-lain. Kelemahan penjana tenaga bebas ini ialah kekurangan kestabilan. Oleh itu, semasa tempoh tenaga yang berlebihan, ia disimpan dalam peranti storan dan dibelanjakan semasa tempoh kemelesetan sementara. Peranti storan tenaga dicirikan oleh parameter berikut:
- jumlah tenaga tersimpan;
- kelajuan pengumpulan dan pengembaliannya;
- graviti tentu;
- masa penyimpanan tenaga;
- kebolehpercayaan;
- kos pembuatan dan penyelenggaraan dan lain-lain.
Terdapat banyak cara untuk mengatur pemanduan. Salah satu yang paling mudah ialah pengelasan mengikut jenis tenaga yang digunakan dalam peranti storan, dan mengikut kaedah pengumpulan dan pemulangannya. Peranti storan tenaga dibahagikan kepada jenis utama berikut:
- mekanikal;
- termal;
- elektrik;
- kimia.
Pengumpulan tenaga berpotensi
Intipati peranti ini adalah mudah. Apabila beban diangkat, tenaga berpotensi terkumpul; apabila diturunkan, ia melakukan kerja yang berguna. Ciri reka bentuk bergantung pada jenis kargo. Ia boleh menjadi pepejal, cecair ataubahan longgar. Sebagai peraturan, reka bentuk peranti jenis ini sangat mudah, oleh itu kebolehpercayaan yang tinggi dan hayat perkhidmatan yang panjang. Masa penyimpanan tenaga yang disimpan bergantung pada ketahanan bahan dan boleh mencapai beribu tahun. Malangnya, peranti sedemikian mempunyai ketumpatan tenaga yang rendah.
Penyimpanan mekanikal tenaga kinetik
Dalam peranti ini, tenaga disimpan dalam pergerakan badan. Biasanya ini ialah pergerakan berayun atau translasi.
Tenaga kinetik dalam sistem ayunan tertumpu pada gerakan salingan badan. Tenaga dibekalkan dan digunakan dalam bahagian, mengikut masa dengan pergerakan badan. Mekanismenya agak rumit dan berubah-ubah dalam penetapannya. Digunakan secara meluas dalam jam tangan mekanikal. Jumlah tenaga yang disimpan biasanya kecil dan hanya sesuai untuk pengendalian peranti itu sendiri.
Peranti storan berkuasa giroskop
Penyimpanan tenaga kinetik tertumpu pada roda tenaga berputar. Tenaga khusus roda tenaga jauh melebihi tenaga beban statik yang serupa. Ia adalah mungkin untuk menerima atau mengeluarkan kuasa yang ketara dalam tempoh masa yang singkat. Masa penyimpanan tenaga adalah singkat, dan untuk kebanyakan reka bentuk terhad kepada beberapa jam. Teknologi moden memungkinkan untuk membawa masa penyimpanan tenaga kepada beberapa bulan. Roda tenaga sangat sensitif terhadap kejutan. Tenaga peranti secara langsung bergantung pada kelajuan putarannya. Oleh itu, dalam proses pengumpulan dan pemulangan tenaga, perubahan dalam kelajuan putaran roda tenaga berlaku. Dan untuk beban sepertisebagai peraturan, kelajuan putaran rendah yang malar diperlukan.
Peranti yang lebih menjanjikan ialah superflywheels. Ia diperbuat daripada pita keluli, gentian sintetik atau wayar. Reka bentuk mungkin padat atau mempunyai ruang kosong. Sekiranya terdapat ruang kosong, gegelung pita bergerak ke pinggir putaran, momen inersia roda tenaga berubah, sebahagian daripada tenaga disimpan dalam spring yang cacat. Dalam peranti sedemikian, kelajuan putaran lebih stabil daripada dalam struktur pepejal, dan penggunaan tenaganya jauh lebih tinggi. Mereka juga lebih selamat.
Roda tenaga super moden diperbuat daripada gentian Kevlar. Mereka berputar dalam ruang vakum pada penggantungan magnetik. Mampu menyimpan tenaga selama beberapa bulan.
Penyimpanan mekanikal menggunakan daya anjal
Peranti jenis ini mampu menyimpan tenaga khusus yang besar. Daripada pemacu mekanikal, ia mempunyai keamatan tenaga tertinggi untuk peranti dengan dimensi beberapa sentimeter. Roda tenaga besar dengan kelajuan putaran yang sangat tinggi mempunyai kandungan tenaga yang jauh lebih tinggi, tetapi ia sangat terdedah kepada pengaruh luar dan mempunyai masa penyimpanan tenaga yang lebih singkat.
Storan mekanikal tenaga musim bunga
Mampu memberikan kuasa mekanikal tertinggi daripada mana-mana kelas penyimpanan tenaga. Ia dihadkan hanya oleh kekuatan tegangan spring. Tenaga dalam spring termampat boleh disimpan selama beberapa dekad. Walau bagaimanapun, disebabkan ubah bentuk yang berterusan, keletihan terkumpul di dalam logam, dan kapasiti springberkurangan. Pada masa yang sama, spring keluli berkualiti tinggi, di bawah keadaan operasi yang betul, boleh berfungsi selama beratus-ratus tahun tanpa kehilangan kapasiti yang ketara.
Fungsi spring boleh dilakukan oleh mana-mana elemen anjal. Gelang getah, sebagai contoh, adalah berpuluh-puluh kali lebih baik daripada produk keluli dari segi tenaga tersimpan per unit jisim. Tetapi hayat perkhidmatan getah akibat penuaan kimia hanya beberapa tahun.
Peranti storan mekanikal menggunakan tenaga gas termampat
Dalam peranti jenis ini, tenaga disimpan dengan memampatkan gas. Dengan adanya lebihan tenaga, gas dipam di bawah tekanan ke dalam silinder menggunakan pemampat. Seperti yang diperlukan, gas termampat digunakan untuk menghidupkan turbin atau penjana elektrik. Pada kapasiti rendah, adalah dinasihatkan untuk menggunakan motor omboh dan bukannya turbin. Gas dalam kapal di bawah tekanan ratusan atmosfera mempunyai ketumpatan tenaga khusus yang tinggi selama beberapa tahun, dan dengan kelengkapan berkualiti tinggi - selama beberapa dekad.
Penyimpanan tenaga haba
Sebahagian besar wilayah negara kita terletak di kawasan utara, jadi sebahagian besar tenaga terpaksa dibelanjakan untuk pemanasan. Dalam hal ini, adalah perlu untuk kerap menyelesaikan masalah mengekalkan haba dalam pemacu dan mengekstraknya dari sana jika perlu.
Dalam kebanyakan kes, adalah tidak mungkin untuk mencapai ketumpatan tinggi tenaga haba tersimpan dan sebarang tempoh penting pemuliharaannya. Peranti berkesan sedia ada dalamdisebabkan oleh beberapa ciri dan harga yang tinggi tidak sesuai untuk aplikasi yang luas.
Penyimpanan disebabkan kapasiti haba
Ini adalah salah satu cara yang paling kuno. Ia berdasarkan prinsip pengumpulan tenaga haba apabila bahan dipanaskan dan pemindahan haba apabila ia disejukkan. Reka bentuk pemacu sedemikian sangat mudah. Ia boleh menjadi sekeping bahan pepejal atau bekas tertutup dengan cecair penyejuk. Penumpuk tenaga haba mempunyai hayat perkhidmatan yang sangat panjang, bilangan kitaran pengumpulan dan pembebasan tenaga yang hampir tidak terhad. Tetapi masa penyimpanan tidak melebihi beberapa hari.
Penyimpanan tenaga elektrik
Tenaga elektrik ialah bentuk tenaga yang paling mudah di dunia moden. Itulah sebabnya peranti storan elektrik digunakan secara meluas dan paling maju. Malangnya, kapasiti khusus peranti murah adalah kecil, dan peranti dengan kapasiti khusus yang tinggi terlalu mahal dan jangka pendek. Peranti storan tenaga elektrik ialah kapasitor, ionistor, bateri.
Kapasitor
Ini adalah jenis simpanan tenaga yang paling besar. Kapasitor mampu beroperasi pada suhu dari -50 hingga +150 darjah. Bilangan kitaran pengumpulan-pulangan tenaga ialah berpuluh-puluh bilion sesaat. Dengan menyambungkan beberapa kapasitor secara selari, anda boleh mendapatkan kapasitans yang diperlukan dengan mudah. Di samping itu, terdapat kapasitor berubah-ubah. Menukar kapasitansi kapasitor tersebut boleh dilakukan secara mekanikal atau elektrik atau mengikut suhu. Selalunya, kapasitor boleh ubah boleh didapati dilitar berayun.
Kapasitor terbahagi kepada dua kelas - kutub dan bukan kutub. Hayat perkhidmatan kutub (elektrolitik) adalah lebih pendek daripada bukan kutub, ia lebih bergantung pada keadaan luaran, tetapi pada masa yang sama ia mempunyai kapasiti khusus yang lebih besar.
Memandangkan kapasitor storan tenaga bukanlah peranti yang sangat berjaya. Mereka mempunyai kapasiti yang rendah dan ketumpatan khusus yang tidak ketara bagi tenaga tersimpan, dan masa penyimpanannya dikira dalam saat, minit, jarang jam. Kapasitor telah menemui aplikasi terutamanya dalam elektronik dan kejuruteraan elektrik kuasa.
Pengiraan kapasitor, sebagai peraturan, tidak menyebabkan kesukaran. Semua maklumat yang diperlukan tentang pelbagai jenis kapasitor dibentangkan dalam manual teknikal.
Ionistor
Peranti ini menduduki kedudukan pertengahan antara kapasitor kutub dan bateri. Mereka kadang-kadang dirujuk sebagai "supercapacitors". Oleh itu, mereka mempunyai sejumlah besar peringkat caj-nyahcas, kapasiti lebih besar daripada kapasitor, tetapi kurang sedikit daripada bateri kecil. Masa penyimpanan tenaga adalah sehingga beberapa minggu. Ionistor sangat sensitif kepada suhu.
Bateri kuasa
Bateri elektrokimia digunakan jika anda perlu menyimpan banyak tenaga. Peranti asid plumbum paling sesuai untuk tujuan ini. Mereka dicipta kira-kira 150 tahun yang lalu. Dan sejak itu, tiada apa yang secara asasnya baru telah diperkenalkan ke dalam peranti bateri. Banyak model khusus telah muncul, kualiti komponen telah meningkat dengan ketara,kebolehpercayaan bateri. Perlu diperhatikan bahawa peranti bateri yang dicipta oleh pengeluar yang berbeza hanya berbeza dalam butiran kecil untuk tujuan yang berbeza.
Bateri elektrokimia dibahagikan kepada daya tarikan dan permulaan. Daya tarikan digunakan dalam pengangkutan elektrik, bekalan kuasa tidak terganggu, alat kuasa. Bateri sedemikian dicirikan oleh pelepasan seragam yang panjang dan kedalaman yang besar. Bateri pemula boleh menghantar arus tinggi dalam masa yang singkat, tetapi nyahcas dalam tidak boleh diterima untuknya.
Bateri elektrokimia mempunyai bilangan kitaran cas-nyahcas yang terhad, secara purata dari 250 hingga 2000. Walaupun tidak digunakan, ia gagal selepas beberapa tahun. Bateri elektrokimia adalah sensitif suhu, memerlukan masa pengecasan yang lama dan memerlukan penyelenggaraan yang ketat.
Peranti perlu dicas semula secara berkala. Bateri yang dipasang pada kenderaan dicas secara bergerak dari penjana. Pada musim sejuk, ini tidak mencukupi, bateri sejuk tidak menerima pengecasan dengan baik, dan penggunaan elektrik untuk menghidupkan enjin meningkat. Oleh itu, adalah perlu untuk mengecas bateri tambahan di dalam bilik yang hangat dengan pengecas khas. Salah satu kelemahan ketara peranti asid plumbum ialah beratnya yang berat.
Bateri untuk peranti kuasa rendah
Jika peranti mudah alih dengan berat rendah diperlukan, maka pilih jenis bateri berikut: nikel-kadmium,litium-ion, logam-hibrid, polimer-ion. Mereka mempunyai kapasiti khusus yang lebih tinggi, tetapi harganya jauh lebih tinggi. Ia digunakan dalam telefon bimbit, komputer riba, kamera, kamkoder dan peranti kecil lain. Jenis bateri yang berbeza berbeza dalam parameternya: bilangan kitaran pengecasan, jangka hayat, kapasiti, saiz, dsb.
Bateri litium-ion berkuasa tinggi digunakan dalam kenderaan elektrik dan kenderaan hibrid. Ia ringan, kapasiti khusus yang tinggi dan kebolehpercayaan yang tinggi. Pada masa yang sama, bateri litium-ion sangat mudah terbakar. Pencucuhan boleh berlaku daripada litar pintas, ubah bentuk mekanikal atau kemusnahan kes, pelanggaran mod pengecasan atau nyahcas bateri. Memadamkan api agak sukar kerana aktiviti litium yang tinggi.
Bateri ialah tulang belakang kepada banyak peralatan. Sebagai contoh, peranti storan tenaga untuk telefon ialah bateri luaran yang padat yang diletakkan di dalam bekas yang tahan lasak dan kalis air. Ia membolehkan anda mengecas atau menghidupkan telefon bimbit anda. Peranti storan tenaga mudah alih yang berkuasa mampu mengecas sebarang peranti digital, malah komputer riba. Dalam peranti sedemikian, sebagai peraturan, bateri litium-ion berkapasiti tinggi dipasang. Penyimpanan tenaga untuk rumah juga tidak lengkap tanpa bateri. Tetapi ini adalah peranti yang lebih kompleks. Selain bateri, ia termasuk pengecas, sistem kawalan dan penyongsang. Peranti boleh beroperasi dari rangkaian tetap dan dari sumber lain. Kuasa keluaran ialah 5 kW secara purata.
Drivestenaga kimia
Bezakan antara jenis pemacu "bahan api" dan "bukan bahan api". Mereka memerlukan teknologi khas dan selalunya peralatan berteknologi tinggi yang besar. Proses yang digunakan memungkinkan untuk mendapatkan tenaga dalam bentuk yang berbeza. Tindak balas termokimia boleh berlaku pada suhu rendah dan tinggi. Komponen untuk tindak balas suhu tinggi diperkenalkan hanya apabila perlu untuk mendapatkan tenaga. Sebelum itu, mereka disimpan secara berasingan, di tempat yang berbeza. Komponen untuk tindak balas suhu rendah biasanya berada dalam bekas yang sama.
Penyimpanan tenaga dengan menggunakan bahan api
Kaedah ini termasuk dua peringkat bebas sepenuhnya: pengumpulan tenaga ("mengecas") dan penggunaannya ("menyahcas"). Bahan api tradisional, sebagai peraturan, mempunyai kapasiti tenaga khusus yang besar, kemungkinan penyimpanan jangka panjang, dan kemudahan penggunaan. Tetapi kehidupan tidak berhenti. Pengenalan teknologi baharu menyebabkan peningkatan permintaan terhadap bahan api. Tugas itu diselesaikan dengan menambah baik sedia ada dan mencipta bahan api bertenaga tinggi baharu.
Pengenalan sampel baharu secara meluas terhalang oleh pembangunan proses teknologi yang tidak mencukupi, bahaya kebakaran dan letupan yang tinggi dalam kerja, keperluan untuk kakitangan yang berkelayakan tinggi, dan kos teknologi yang tinggi.
Penyimpanan tenaga kimia tanpa bahan api
Dalam storan jenis ini, tenaga disimpan dengan menukar beberapa bahan kimia kepada yang lain. Contohnya, limau nipis, apabila dipanaskan, akan menjadi kapur cepat. Apabila menunaikan, tenaga yang disimpandibebaskan sebagai haba dan gas. Inilah yang berlaku apabila kapur disiram dengan air. Agar tindak balas bermula, biasanya cukup untuk menggabungkan komponen. Pada dasarnya, ini adalah sejenis tindak balas termokimia, hanya ia berlangsung pada suhu ratusan dan ribuan darjah. Oleh itu, peralatan yang digunakan adalah lebih kompleks dan mahal.
