Табиғат адамға әртүрлі энергия көздерін берді: күн, жел, өзен және т.б. Бұл бос энергия генераторларының кемшілігі - тұрақтылықтың болмауы. Сондықтан артық энергия кезеңдерінде ол сақтау құрылғыларында сақталады және уақытша құлдырау кезеңдерінде жұмсалады. Энергияны сақтау құрылғылары келесі параметрлермен сипатталады:
- сақталған энергия мөлшері;
- оның жинақталу және қайтару жылдамдығы;
- меншікті ауырлық;
- энергияны сақтау уақыты;
- сенімділік;
- өндіріс және техникалық қызмет көрсету құны және т.б.
Драйверлерді ұйымдастырудың көптеген жолдары бар. Ең қолайлыларының бірі - сақтау құрылғысында қолданылатын энергия түріне және оны жинақтау және қайтару әдісіне қарай жіктеу. Энергияны сақтау құрылғылары келесі негізгі түрлерге бөлінеді:
- механикалық;
- жылу;
- электр;
- химиялық.
Потенциалды энергияның жинақталуы
Бұл құрылғылардың мәні түсінікті. Жүкті көтергенде потенциалдық энергия жинақталады, түсіргенде ол пайдалы жұмыс атқарады. Дизайн ерекшеліктері жүктің түріне байланысты. Ол қатты, сұйық немесе болуы мүмкінбос зат. Әдетте, осы типтегі құрылғылардың конструкциялары өте қарапайым, сондықтан жоғары сенімділік пен ұзақ қызмет ету мерзімі. Сақталатын энергияның сақтау уақыты материалдардың беріктігіне байланысты және мыңжылдықтарға жетуі мүмкін. Өкінішке орай, мұндай құрылғылардың қуат тығыздығы төмен.
Кинетикалық энергияны механикалық сақтау
Бұл құрылғыларда энергия дененің қозғалысында сақталады. Әдетте бұл тербелмелі немесе трансляциялық қозғалыс.
Тербелмелі жүйелердегі кинетикалық энергия дененің кері қозғалысында шоғырланған. Энергия порциялар бойынша, уақыт бойынша дененің қозғалысымен беріледі және тұтынылады. Механизм орнатуда өте күрделі және капризді. Механикалық сағаттарда кеңінен қолданылады. Сақталған энергия мөлшері әдетте аз және тек құрылғының жұмысы үшін жарамды.
Гироскоппен жұмыс істейтін жад құрылғылары
Кинетикалық энергия қоры айналмалы маховикте шоғырланған. Маховиктің меншікті энергиясы ұқсас статикалық жүктеменің энергиясынан айтарлықтай асып түседі. Қысқа уақыт ішінде айтарлықтай қуатты алуға немесе шығаруға болады. Энергияны сақтау уақыты қысқа және көптеген конструкциялар үшін бірнеше сағатпен шектеледі. Заманауи технологиялар энергияны сақтау уақытын бірнеше айға дейін жеткізуге мүмкіндік береді. Маховиктер соққыға өте сезімтал. Құрылғының энергиясы оның айналу жылдамдығына тікелей байланысты. Сондықтан энергияны жинақтау және қайтару процесінде маховиктің айналу жылдамдығының өзгеруі орын алады. Және ұқсас жүктеме үшінәдетте, тұрақты, төмен айналу жылдамдығы қажет.
Болашағы бар құрылғылар - супермахабаттар. Олар болат таспадан, синтетикалық талшықтан немесе сымнан жасалған. Дизайн тығыз немесе бос орын болуы мүмкін. Егер бос кеңістік болса, таспаның катушкалары айналу шетіне қарай жылжиды, маховиктің инерция моменті өзгереді, энергияның бір бөлігі деформацияланған серіппеде сақталады. Мұндай құрылғыларда айналу жылдамдығы қатты құрылымдарға қарағанда тұрақты, ал олардың энергияны тұтынуы әлдеқайда жоғары. Олар да қауіпсіз.
Заманауи супер маховиктер кевлар талшығынан жасалған. Олар магнитті суспензиядағы вакуумдық камерада айналады. Бірнеше ай бойы энергияны сақтай алады.
Серпімді күштерді пайдаланатын механикалық сақтау
Бұл құрылғы түрі үлкен ерекше энергияны сақтауға қабілетті. Механикалық жетектердің ішінде ол бірнеше сантиметр өлшемдері бар құрылғылар үшін ең жоғары энергия сыйымдылығына ие. Айналу жылдамдығы өте жоғары үлкен маховиктердің энергия мөлшері әлдеқайда жоғары, бірақ олар сыртқы әсерлерге өте осал және энергияны сақтау уақыты қысқа болады.
Көктемгі энергияны механикалық сақтау
Кез келген энергия сақтау класының ең жоғары механикалық қуатын беруге қабілетті. Ол серіппенің созылу күшімен ғана шектеледі. Сығылған серіппедегі энергия бірнеше ондаған жылдар бойы сақталуы мүмкін. Дегенмен, тұрақты деформацияға байланысты металда шаршау жинақталады, және серіппелі сыйымдылықтөмендейді. Сонымен қатар, жоғары сапалы болат серіппелер дұрыс жұмыс жағдайында жүздеген жылдар бойы қуаттылығын айтарлықтай жоғалтпай жұмыс істей алады.
Көктем функцияларын кез келген серпімді элементтер орындай алады. Резеңке таспалар, мысалы, масса бірлігіне жинақталған энергия бойынша болаттан жасалған бұйымдардан ондаған есе артық. Бірақ химиялық ескіруге байланысты резеңкенің қызмет ету мерзімі бірнеше жыл ғана.
Сығылған газдардың энергиясын пайдаланатын механикалық сақтау құрылғылары
Бұл типтегі құрылғыда энергия газды қысу арқылы сақталады. Артық энергия болған жағдайда газ компрессордың көмегімен цилиндрге қысыммен айдалады. Қажет болса, сығылған газ турбинаны немесе электр генераторын айналдыру үшін қолданылады. Төмен қуаттылықта турбинаның орнына поршеньді қозғалтқышты қолданған жөн. Жүздеген атмосфера қысымындағы ыдыстағы газ бірнеше жыл бойы жоғары меншікті энергия тығыздығына, ал жоғары сапалы арматурамен ондаған жылдар бойына ие болады.
Жылу энергиясын сақтау
Еліміздің аумағының көп бөлігі солтүстік облыстарда орналасқан, сондықтан энергияның едәуір бөлігі жылу үшін жұмсауға мәжбүр. Осыған байланысты дискідегі жылуды сақтау және қажет болған жағдайда оны сол жерден алу мәселесін жүйелі түрде шешу қажет.
Көп жағдайда жинақталған жылу энергиясының жоғары тығыздығына және оны сақтаудың кез келген маңызды кезеңдеріне қол жеткізу мүмкін емес. Қолданыстағы тиімді құрылғыларкейбір мүмкіндіктеріне және жоғары бағасына байланысты кең қолдану үшін жарамсыз.
Жылу сыйымдылығына байланысты сақтау
Бұл ең көне жолдардың бірі. Ол зат қызған кезде жылу энергиясының жинақталуы және салқындаған кезде жылу беру принципіне негізделген. Мұндай жетектердің дизайны өте қарапайым. Бұл кез келген қатты заттың бөлігі немесе сұйық салқындатқышы бар жабық контейнер болуы мүмкін. Жылу энергиясы аккумуляторларының қызмет ету мерзімі өте ұзақ, энергияны жинақтау және босату циклдарының дерлік шексіз саны. Бірақ сақтау уақыты бірнеше күннен аспайды.
Электр энергиясын сақтау
Электр энергиясы қазіргі әлемдегі оның ең қолайлы түрі болып табылады. Сондықтан электр сақтау құрылғылары кеңінен қолданылады және ең дамыған. Өкінішке орай, арзан құрылғылардың меншікті сыйымдылығы аз, ал жоғары меншікті сыйымдылығы бар құрылғылар тым қымбат және қысқа мерзімді. Электр энергиясын сақтау құрылғылары конденсаторлар, ионисторлар, батареялар болып табылады.
Конденсаторлар
Бұл энергия сақтаудың ең ауқымды түрі. Конденсаторлар -50-ден +150 градусқа дейінгі температурада жұмыс істеуге қабілетті. Энергияны жинақтау-қайтару циклдарының саны секундына ондаған миллиардтарды құрайды. Бірнеше конденсаторларды параллель қосу арқылы қажетті сыйымдылықты оңай алуға болады. Сонымен қатар, айнымалы конденсаторлар бар. Мұндай конденсаторлардың сыйымдылығын өзгерту механикалық немесе электрлік немесе температура арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Көбінесе айнымалы конденсаторларды табуға боладытербелмелі тізбектер.
Конденсаторлар екі сыныпқа бөлінеді - полярлы және полярлы емес. Полярлық (электролиттік) қызмет ету мерзімі полярсызға қарағанда қысқа, олар сыртқы жағдайларға көбірек тәуелді, бірақ сонымен бірге олардың меншікті сыйымдылығы жоғары.
Энергияны сақтайтын конденсаторлар өте сәтті құрылғылар емес. Олардың сыйымдылығы төмен және жинақталған энергияның үлестік тығыздығы шамалы, ал оны сақтау уақыты секундтармен, минуттармен, сирек сағаттармен есептеледі. Конденсаторлар негізінен электроникада және электр энергетикасында қолданылады.
Конденсаторды есептеу, әдетте, қиындықтар туғызбайды. Конденсаторлардың әртүрлі түрлері туралы барлық қажетті ақпарат техникалық нұсқаулықтарда берілген.
Ионисторлар
Бұл құрылғылар полярлық конденсаторлар мен батареялар арасында аралық орынды алады. Оларды кейде «суперконденсаторлар» деп те атайды. Тиісінше, олардың зарядтау-разряд кезеңдерінің үлкен саны бар, сыйымдылығы конденсаторларға қарағанда үлкен, бірақ шағын батареяларға қарағанда сәл аз. Энергияны сақтау уақыты бірнеше аптаға дейін. Ионисторлар температураға өте сезімтал.
Қуат батареялары
Электрохимиялық батареялар көп энергия сақтау қажет болған жағдайда қолданылады. Бұл мақсат үшін қорғасын-қышқылды құрылғылар ең қолайлы. Олар шамамен 150 жыл бұрын ойлап табылған. Содан бері батарея құрылғысына түбегейлі жаңа ештеңе енгізілген жоқ. Көптеген мамандандырылған модельдер пайда болды, компоненттердің сапасы айтарлықтай артты,батареяның сенімділігі. Бір қызығы, әртүрлі өндірушілер жасаған аккумулятор құрылғысы әртүрлі мақсаттарға арналған ұсақ бөлшектермен ғана ерекшеленеді.
Электрохимиялық батареялар тарту және іске қосу болып бөлінеді. Тартқыш электр көлігінде, үздіксіз қоректендіру көздерінде, электр аспаптарында қолданылады. Мұндай батареялар ұзақ біркелкі разрядпен және оның үлкен тереңдігімен сипатталады. Стартер батареялары қысқа уақыт ішінде жоғары ток бере алады, бірақ олар үшін терең разряд қабылданбайды.
Электрохимиялық батареялардың зарядтау-разряд циклдерінің шектеулі саны бар, орташа есеппен 250-ден 2000-ға дейін. Қолданбағанның өзінде олар бірнеше жылдан кейін істен шығады. Электрохимиялық батареялар температураға сезімтал, ұзақ зарядтау уақытын қажет етеді және қатаң техникалық қызмет көрсетуді қажет етеді.
Құрылғыны мерзімді түрде қайта зарядтау қажет. Көлікке орнатылған аккумулятор генератордан қозғалыс кезінде зарядталады. Қыста бұл жеткіліксіз, суық батарея зарядты жақсы қабылдамайды, қозғалтқышты іске қосу үшін электр энергиясын тұтыну артады. Сондықтан батареяны жылы бөлмеде арнайы зарядтағышпен қосымша зарядтау қажет. Қорғасын-қышқылды құрылғылардың маңызды кемшіліктерінің бірі олардың ауыр салмағы болып табылады.
Төмен қуатты құрылғыларға арналған батареялар
Егер салмағы аз мобильді құрылғылар қажет болса, батареялардың келесі түрлерін таңдаңыз: никель-кадмий,литий-ион, металл-гибрид, полимер-ион. Олардың меншікті сыйымдылығы жоғары, бірақ бағасы әлдеқайда жоғары. Олар ұялы телефондарда, ноутбуктерде, камераларда, бейнекамераларда және басқа да шағын құрылғыларда қолданылады. Батареялардың әртүрлі түрлері параметрлері бойынша ерекшеленеді: зарядтау циклдарының саны, сақтау мерзімі, сыйымдылығы, өлшемі, т.б.
Жоғары қуатты литий-ионды аккумуляторлар электрлі көліктер мен гибридті көліктерде қолданылады. Олар жеңіл салмақ, жоғары меншікті сыйымдылық және жоғары сенімділік. Сонымен қатар, литий-иондық батареялар өте жанғыш. Тұтану қысқа тұйықталудан, корпустың механикалық деформациясынан немесе бұзылуынан, аккумуляторды зарядтау немесе разрядтау режимдерін бұзудан туындауы мүмкін. Литийдің жоғары белсенділігіне байланысты өртті сөндіру өте қиын.
Батареялар көптеген құрылғылардың негізі болып табылады. Мысалы, телефонға арналған энергияны сақтау құрылғысы ұзаққа созылатын, су өткізбейтін қорапқа салынған ықшам сыртқы батарея болып табылады. Бұл ұялы телефонды зарядтауға немесе қуаттандыруға мүмкіндік береді. Қуатты мобильді энергия сақтау құрылғылары кез келген цифрлық құрылғыларды, тіпті ноутбуктерді де зарядтай алады. Мұндай құрылғыларда, әдетте, сыйымдылығы жоғары литий-иондық батареялар орнатылады. Үйге арналған энергияны сақтау батареяларсыз аяқталмайды. Бірақ бұл әлдеқайда күрделі құрылғылар. Батареядан басқа олар зарядтағышты, басқару жүйесін және инверторды қамтиды. Құрылғылар тіркелген желіден де, басқа көздерден де жұмыс істей алады. Шығыс қуаты орта есеппен 5 кВт.
Драйверлерхимиялық энергия
Драйверлердің "отын" және "отынсыз" түрлерін ажыратыңыз. Олар арнайы технологияларды және жиі көлемді жоғары технологиялық жабдықты қажет етеді. Қолданылатын процестер энергияны әртүрлі формада алуға мүмкіндік береді. Термохимиялық реакциялар төмен температурада да, жоғары температурада да жүруі мүмкін. Жоғары температуралық реакцияларға арналған компоненттер энергия алу қажет болғанда ғана енгізіледі. Бұған дейін олар бөлек, әртүрлі жерде сақталады. Төмен температура реакцияларына арналған компоненттер әдетте бір контейнерде болады.
Жанармай арқылы энергияны сақтау
Бұл әдіс екі толық тәуелсіз кезеңді қамтиды: энергияны жинақтау («зарядтау») және оны пайдалану («разрядтау»). Дәстүрлі отын, әдетте, үлкен меншікті энергетикалық сыйымдылыққа, ұзақ мерзімді сақтау мүмкіндігіне және пайдаланудың қарапайымдылығына ие. Бірақ өмір бір орында тұрмайды. Жаңа технологияларды енгізу жанар-жағармайға деген сұранысты арттырады. Тапсырма бұрыннан бар отынды жақсарту және жаңа, жоғары қуатты отын жасау арқылы шешіледі.
Жаңа үлгілерді кеңінен енгізуге технологиялық процестердің жеткіліксіз дамуы, жұмыстағы жоғары өрт және жарылыс қаупі, жоғары білікті кадрларға деген қажеттілік және технологияның жоғары құны кедергі келтіреді.
Отынсыз химиялық энергияны сақтау
Сақтаудың бұл түрінде энергия кейбір химиялық заттарды басқаларға түрлендіру арқылы сақталады. Мысалы, сөнген әк қыздырылған кезде сөндірілмеген әк күйіне өтеді. Зарядтау кезінде жинақталған энергияжылу және газ түрінде бөлінеді. Әкті сумен сөндіргенде дәл осылай болады. Реакцияны бастау үшін әдетте компоненттерді біріктіру жеткілікті. Негізінде бұл термохимиялық реакцияның бір түрі, тек ол жүздеген және мыңдаған градус температурада жүреді. Сондықтан пайдаланылатын жабдық әлдеқайда күрделі және қымбат.
