Параметры и виды накопителей энергии. Накопление потенциальной энергии
Накопитель энергии – это устройство, которое воспринимает, сохраняет и выделяет энергию для ее использования, без ее преобразования.
Существует огромное количество источников энергии: солнце, ветер, реки и т.п. Однако, генераторам энергии свойственно такой недостаток, как отсутствие стабильности. Поэтому, когда складывается такая ситуация, как переизбыток энергии, используют накопители, которые характеризуются следующими параметрами:
- Стоимость изготовления.
- Объем запасаемой энергии.
- Стоимость обслуживания.
- Надежность.
- Скорость накопления энергии.
- Срок хранения энергии.
- Удельная плотность.
- Скорость отдачи энергии.
Способов классификации накопителей энергии огромное множество, самым удобным из них является классификация по типу накопляемой энергии. Согласно этому признаку накопители энергии делятся на:
- Химические.
- Механические.
- Тепловые.
- Электрические.
Принцип работы устройств, которые накапливают потенциальную энергию, достаточно прост. При подъеме груза происходит накопление потенциальной энергии, а при опускании совершается полезная работа. Особенности конструкции таких устройств зависят от вида груза. Это может быть сыпучее вещество, жидкость или твердое тело. Благодаря простой конструкции, данные устройства обладает высокой надежностью и большим сроком службы. В электроэнергетических системах эти устройства практически не используются.
Накопители электрической энергии
В электроэнергетических системах хранение электроэнергии может осуществляться несколькими способами. Самыми распространенными накопителями, использующимися для накопления электрической энергии, являются химические преобразователи, конденсаторы, накопители заряда активных частиц и ионисторы.
В конденсаторах заряд накапливается в двух пластинах. У современных конденсаторов имеется прокладка, изготавливаемая из полимеров с высокими показателями пробоя, что позволяет накапливать большее количество энергии, обеспечивать малые габариты накопителя, функционировать с большими показаниями напряжения, гарантировать безопасную эксплуатацию.
Элементы конденсатора, которые соединяются параллельно, позволяют построить батарею с необходимым показателем емкости. Такой тип накопителя энергии не может сохранять ее без потерь долго. Однако, при малом потреблении конденсаторы могут быть очень эффективными, именно они используются в современных аварийных светодиодных лампах. Во время питания конденсатор заряжается, а при отсутствии электроснабжения, благодаря ему, аварийные светильники работают в течении 30 минут.
Ионистор – это электрохимический конденсатор с двойным слоем. В ионисторах заряд распределяется в объеме рабочего тела в виде заряженных частиц. В результате этого достигаются большой срок хранения энергии и емкость, но при этом ионисторы очень чувствительны к температуре. Чем ниже температура рабочей среды, тем меньше отдача энергии от ионистора.
Аккумуляторы химического преобразования широко используются в электроэнергетических системах. Схема их работы следующая: в результате взаимодействия между металлическими пластинами и кислотой образуются заряженные частицы. В процессе работы соли осаждаются на пластинах. С понижением насыщенности электролита аккумулятор истощается, и его отдача снижается. При зарядке происходит обратный процесс. Электролиз способствует восстановлению показателей электролита, перенося металл на платину-донор. Аккумуляторы обладают огромным количеством достоинств. Благодаря им можно получить высокий и стабильный электрический ток, что необходимо для запуска мощного оборудования. Основным недостатком является конечное число циклов заряда-разрядов. Так как некоторое количество соли становятся инертным, пластины становятся непригодными для дальнейшего использования, что способствует истощению электролита. Однако, данный недостаток практически ликвидирован в гелевых батареях, в состав которых входит коллоидный электролит. В коллоидном электролите процесс образования ионов происходит эффективнее, но недостатком данных батарей является высокая чувствительность к температуре, так как при ее снижении гель твердеет, что способствует уменьшению. отдачи энергии.
Накопители тепловой энергии
В современных электроэнергетических системах также широко распространены накопители тепловой энергии. Самым популярным накопителем тепловой энергии является нагревательный электрический котел, который накапливает тепло, он используется в системах отопления. Еще один класс накопителей тепловой энергии - устройства, которые выполняют функцию стабилизаторов. К таким устройствам относятся водонагреватели, которые построены на вторичной схеме передачи тепла, а также расширительные емкости солнечных коллекторов, не допускающие перегрева теплоносителя и теплоаккумуляторы, действующие на принципе фазового перехода.
