Какви са устройствата за съхранение на енергия?

Концепциите за рационално потребление на енергия стават все по-важни спрямо общия фон на технологичното развитие. Това се дължи на факта, че енергийната ефективност като такава е преминала от категорията на допълнителни и често изключителни свойства към ранга на една от основните потребителски характеристики на продукта. Достатъчно е да си припомним най-простите батерии, които се използват в цифровата технология, електрическото оборудване, електроинструментите и т.н. Има по-широко приложение на системи за съхранение на енергия, за които икономиката на консумация на енергия е особено важна. И тази молба намира отговор от специализирани производители, които произвеждат съхранение на енергия с подобрена производителност.

Обща информация за съхранението на енергия

В природата има много постоянни и неизчерпаеми източници на енергия, които се използват за обслужване на различните нужди на човечеството. Но за крайната му употреба, тя трябва да премине през много етапи на обработка и натрупване. Тази функция се изпълнява от електроцентрали и подстанции. Списъкът на непосредствените им задачи включва генерирането на енергия с приемливи за употреба характеристики, както и преобразуването и разпределението им. Основната инфраструктура за енергийно снабдяване на жилищни сгради, промишлени съоръжения, инженерно оборудване и други отговорни потребители се осъществява чрез фиксирани електрически мрежи. Те осигуряват постоянна доставка, но днес търсенето на автономно оборудване, устройства и електрически уреди непрекъснато нараства. Специално за тези потребители се използва капацитивно устройство за съхраняване на енергия, което е независимо източник на енергия но условно, на определени интервали, също трябва да се зарежда от самите фиксирани мрежи. Най-простият пример за такова устройство е батерията на телефона. Например, елементът Li-Ion може да има капацитет от около 2000-3000 mAh. Това ще е достатъчно за няколко часа или дни автономна работа на обслужваното устройство, в зависимост от неговия модел. Но след изчерпване на този обем, батерията трябва да бъде свързана към 220 V изход за възстановяване.

Механични задвижвания

Тази категория дискове има най-дългата история на съществуване. За илюстрация на такива устройства може да се посочат като пример гравитационни системи. Днес те почти никога не се използват, но преди това са били широко разпространени надземните врати с противотежести. Те използват енергията на товара, която се натрупва и в подходящия момент се връща в една или друга форма - това зависи от конструктивните характеристики на задвижването. В допълнение към обичайните стоки, течността действа като активен акумулиращ елемент. Предимствата на такива системи включват структурна гъвкавост. Инженерите биха могли да използват широка мрежа от тръбопроводи, през които водата е давала енергия на свързаните резервоари. В наше време такива устройства за съхранение на енергия са представени под формата на помпени станции за съхранение. Вярно е, че течните акумулиращи устройства се характеризират с кратко време на съхранение, тъй като водата се изпарява и изисква редовно обновяване.

Кинетични задвижвания

Тази група е представена главно от осцилаторни механизми, при които процесът на натрупване се осъществява чрез възвратно-постъпателни, ротационни или линейни движения на един и същ товар. Характеристика на такива структури е, че ако е необходимо, връщането на енергия ще се извършва както непрекъснато, а на партиди - в цикли. Класически пример за кинетичен диск е механичен часовник. В този случай "зареждането" се произвежда чрез механизма на завода, последвано от постепенно освобождаване на енергия от пружинното махало. По-модерна интерпретация на кинетичните механизми е жироскопична батерия. Съхранението на енергия в този случай се основава на въртящ се маховик с ударна функция. Такива системи се използват в хидравличната и пневматичната технология.

Топлинни акумулатори

От технологична гледна точка това е най-простият пример за натрупване на енергия, с процесите, при които човек се намира навсякъде. Металната ограда, загрята под слънчевите лъчи, вече се превръща в акумулатор на топлина, тъй като я запазва в структурата си. Други материали могат да действат и като топлинни акумулатори. Ефективността на тяхната работа в това качество ще зависи от специфичния и обемния топлинен капацитет. Например топлинна мощност на водата е 4.2 kJ, а за стомана е малък - само 0.46 kJ. И все пак, когато става въпрос за целенасочено натрупване, по-често се използва метално съхранение на топлинна енергия или нефт. Това решение е оправдано от желанието за оптимизиране на дизайна. Съвременните конвектори и радиатори са предимно от стомана и алуминий. Отново, някои модели са изпълнени с по-печеливши материали по отношение на задържането на топлина.

Съхранение на електрическа енергия

Най-масивната форма на енергия е електричеството. Ето защо тази категория се развива най-активно, предлагайки нови и по-напреднали решения. В момента най-често срещаната батерия на електроенергия е радио кондензатор. Характеризира се с висока степен на откат и съхранение на енергия, без да се ограничават работните процеси до условията на околната среда. Например, повечето модели могат да се използват в условия на повишени или изключително ниски температури. И отново, за да се оптимизират устройствата за съхраняване на електрическа енергия, са пълни със специални електролитни клетки с висок специфичен капацитет.

Химическо съхранение

В процеса на такива задвижвания настъпва химическа реакция. Източникът на енергия в този случай ще бъде организирането на условията за тази реакция и гарантирането на дейността на участващите компоненти. Освен това, изходът може да формира различни видове енергия. Например, водород може да бъде освободен от вода по време на директна електролиза. Най-често при такива методи на акумулиране се отделя горивото. Той може да се трансформира вътре в комплекса, като осигурява химическа реакция или се прехвърля на потребителя в неговата оригинална форма. Следователно, устройствата за съхранение на енергия могат да действат като преобразуватели, въпреки че подобно разширяване на функциите технически усложнява системата.

Електрохимични задвижвания

Този тип устройства, както подсказва името, е комбинация или хибрид. Тъй като химичните реакции се отличават с висока степен на ефективност и ниска себестойност, те логично се комбинират със задачата за генериране на най-търсения вид енергия - електричество. Активният елемент в такива устройства е електролитът. По-специално, устройството за акумулиране на енергия за телефон обикновено се прави на базата на литиево-йонни или литиево-полимерни елементи. Същото се отнася и за батериите за електроинструменти. Според характеристиките това са доста изгодни батерии, характеризиращи се с достойни характеристики, висок капацитет и малки размери. Но електрохимичните батерии имат ограничен брой цикли на разреждане, което е основният им недостатък.

Съвременни решения

Разширени високотехнологични компании насърчават посоката на капацитивните батерии. Например, инженерите на Tesla създадоха блок от 122кг Powerwall 2, базиран на същите литиево-йонни батерии. Това устройство е модулно и може да съхранява около 13,5 kWh. Подобна разработка предлага и LG. Например системата Chem RESU притежава около 10 kWh, но при други качествени показатели тя не отстъпва на Tesla. Тази батерия е универсално устройство за съхранение на енергия, което може да се използва както в ежедневието, така и в промишлеността за производство. Основното е, че мощността отговаря на изискванията за консумиращи системи.

заключение

В сегмента на съхранението на енергия съществуват и различни направления на технологичното развитие. Те обединяват само едно - удовлетворяване на изискванията на крайните потребители. Например, дискове електрическа енергия за малки по размер оборудване и оборудване трябва да отговарят на изискванията за надеждност и надеждност. Широк пазар за цифрови технологии е по-вероятно да се съсредоточи върху компактните размери на задвижването и увеличаване на техния капацитет. Очевидно е, че не е лесно да се комбинират всички изброени качества в едно устройство, така че разработчиците все още се стремят първоначално да ориентират продуктите си към конкретни области на приложение.