Якія бываюць назапашвальнікі энергіі

Прырода падарыла чалавеку разнастайныя крыніцы энергіі: сонца, вецер, рэкі і іншыя. Недахопам гэтых генератараў бясплатнай энергіі з'яўляецца адсутнасць стабільнасці. Таму ў перыяды лішку энергіі яе запасяць ў назапашвальніках і расходуюць ў перыяды часовага спаду. Назапашвальнікі энергіі характарызуюць наступныя параметры:

• аб'ём запасімся энергіі;
• хуткасць яе назапашвання і аддачы;
• удзельная шчыльнасць;
• тэрміны захоўвання энергіі;
• надзейнасць;
• кошт вырабу і абслугоўвання і іншыя.

Метадаў сістэматызацыі назапашвальнікаў мноства. Адным з самых зручных з'яўляецца класіфікацыя па тыпу энергіі, якая выкарыстоўваецца ў назапашвальніку, і па спосабе яе назапашвання і аддачы. Назапашвальнікі энергіі падпадзяляюцца на наступныя асноўныя віды:

• механічныя;
• цеплавыя;
• электрычныя;
• хімічныя.

Назапашванне патэнцыйнай энергіі

Сутнасць гэтых прылад немудрагелістая. Пры ўздыме грузу адбываецца назапашванне патэнцыйнай энергіі, пры апусканні яна робіць карысную працу. Асаблівасці канструкцыі залежаць ад выгляду грузу. Гэта можа быць цвёрдае цела, вадкасць або сыпкіх рэчыва. Як правіла, канструкцыі прылад гэтага тыпу вельмі простыя, адсюль высокая надзейнасць і працяглы тэрмін службы. Час захоўвання назапашанай энергіі залежыць ад даўгавечнасці матэрыялаў і можа дасягаць тысячагоддзяў. На жаль, такія прылады валодаюць нізкай удзельнай энергаёмістасцю.

Механічныя назапашвальнікі кінэтычнай энергіі

У гэтых прыладах энергія захоўваецца ў руху якога-небудзь цела. Звычайна гэта вагальны або паступальны рух.

Кінэтычная энергія ў вагальных сістэмах засяроджаная ў зваротна-паступальным руху цела. Энергія падаецца і выдаткоўваецца порцыямі, у такт з рухам цела. Механізм досыць складаны і капрызны ў наладзе. Шырока выкарыстоўваецца ў механічных гадзінніках. Колькасць запасімся энергіі звычайна невяліка і падыходзіць толькі для працы самога прылады.

Назапашвальнікі, якія выкарыстоўваюць энергію гіраскопа

Запас кінэтычнай энергіі засяроджаны у вяртлявым махавік. Удзельная энергія махавіка значна пераўзыходзіць энергію аналагічнага статычнага грузу. Маецца магчымасць у кароткі прамежак часу вырабляць прыём або аддачу значнай магутнасці. Час захоўвання энергіі невяліка, і для большасці канструкцый абмежавана некалькімі гадзінамі. Сучасныя тэхналогіі дазваляюць данесці час захоўвання энергіі да некалькіх месяцаў. Махавікі вельмі адчувальныя да скалынанням. Энергія прылады знаходзіцца ў прамой залежнасці ад хуткасці яго кручэння. Таму ў працэсе назапашвання і аддачы энергіі адбываецца змена хуткасці кручэння махавік. А для нагрузкі, як правіла, патрабуецца пастаянная, невысокая хуткасць кручэння.

Больш перспектыўнымі прыладамі з'яўляюцца супермаховики. Іх вырабляюць з сталёвай стужкі, сінтэтычнага валакна або дроту. Канструкцыя можа быць шчыльнай або мець пустое прастору. Пры наяўнасці вольнага месца віткі стужкі перамяшчаюцца да перыферыі кручэння, момант інэрцыі махавік змяняецца, частка энергіі запасіцца ў падверглася дэфармацыі спружыне. У такіх прыладах хуткасць кручэння больш стабільная, чым у цельнотелых канструкцыях, а іх энергаёмістасць значна вышэй. Акрамя таго, яны больш бяспечныя.

Сучасныя супермаховики вырабляюць з кевларовый валакна. Яны круцяцца ў вакуумнай камеры на магнітным подвесе. Здольныя захоўваць энергію некалькі месяцаў.

Механічныя назапашвальнікі, якія выкарыстоўваюць сілы пругкасці

Гэты тып прылад здольны назапашваць велізарную ўдзельную энергію. З механічных назапашвальнікаў ён валодае найбольшай энергаёмістасцю для прылад з габарытамі ў некалькі сантыметраў. Вялікія махавікі з вельмі высокай хуткасцю кручэння маюць значна большую энергаёмістасць, але яны вельмі ўразлівыя ад знешніх фактараў і маюць меншы час захоўвання энергіі.

Механічныя назапашвальнікі, якія выкарыстоўваюць энергію спружыны

Здольныя забяспечыць самую вялікую механічную магутнасць з усіх класаў назапашвальнікаў энергіі. Яна абмежаваная толькі мяжой трываласці спружыны. Энергія ў сціснутай спружыне можа захоўвацца некалькі дзесяцігоддзяў. Аднак з-за пастаяннай дэфармацыі ў метале назапашваецца стомленасць, і ёмістасць спружыны зніжаецца. У той жа час высакаякасныя сталёвыя спружыны пры захаванні ўмоў эксплуатацыі могуць працаваць сотні гадоў без адчувальнай страты ёмістасці.

Функцыі спружыны могуць выконваць любыя пругкія элементы. Гумовыя джгуты, напрыклад, у дзесяткі разоў пераўзыходзяць сталёвыя вырабы па запасімся энергіі на адзінку масы. Але тэрмін службы гумы з-за хімічнага старэння складае ўсяго некалькі гадоў.

Механічныя назапашвальнікі, якія выкарыстоўваюць энергію сціснутых газаў

У гэтым тыпе прылад назапашванне энергіі адбываецца за кошт сціску газу. Пры наяўнасці лішку энергіі газ пры дапамозе кампрэсара запампоўваецца пад ціскам у балон. Па меры неабходнасці сціснуты газ выкарыстоўваецца для кручэння турбіны або электрагенератара. Пры невялікіх магутнасцях замест турбіны мэтазгодна выкарыстоўваць поршневай матор. Газ у ёмістасці пад ціскам ў сотні атмасфер валодае высокай удзельнай шчыльнасцю энергіі на працягу некалькіх гадоў, а пры наяўнасці якаснай арматуры - і дзесяткі гадоў.

Назапашванне цеплавой энергіі

Большая частка тэрыторыі нашай краіны размешчана ў паўночных раёнах, таму значная частка энергіі вымушана расходуецца для абагравання. У сувязі з гэтым даводзіцца рэгулярна вырашаць праблему захавання цяпла ў назапашвальніку і выманні яго адтуль пры неабходнасці.

У большасці выпадкаў не ўдаецца дасягнуць высокай шчыльнасці запасімся цеплавой энергіі і колькі-небудзь значных тэрмінаў яе захавання. Існуючыя эфектыўныя прылады, у сілу шэрагу сваіх асаблівасцяў і высокай кошты не падыходзяць для шырокага прымянення.

Назапашванне за кошт цеплаёмістасці

Гэта адзін з самых старажытных спосабаў. У яго аснове ляжыць прынцып назапашвання цеплавой энергіі пры награванні рэчывы і аддачы цяпла пры яго астуджэнні. Канструкцыя такіх назапашвальнікаў надзвычай простая. Ім можа быць кавалак любога цвёрдага рэчыва альбо закрытая ёмістасць з вадкім цепланосбітам. Назапашвальнікі цеплавой энергіі маюць вельмі вялікі тэрмін службы, практычна неабмежаваная колькасць цыклаў назапашвання і аддачы энергіі. Але час захоўвання не перавышае некалькіх сутак.

Акумуляванне электрычнай энергіі

Электрычная энергія - гэта самая зручная яе форма ў сучасным свеце. Менавіта таму электрычныя назапашвальнікі атрымалі шырокае распаўсюджванне і найбольшае развіццё. На жаль, удзельная ёмістасць танных апаратаў невялікая, а прыборы з вялікай удзельнай ёмістасцю занадта дарогі і недаўгавечныя. Назапашвальнікі электрычнай энергіі - гэта кандэнсатары, ионисторы, акумулятары.

кандэнсатары

Гэта самы масавы від назапашвальнікаў энергіі. Кандэнсатары здольныя працаваць пры тэмпературы ад -50 да +150 градусаў. Колькасць цыклаў назапашвання-аддачы энергіі - дзясяткі мільярдаў у секунду. Злучаючы некалькі кандэнсатараў паралельна, можна лёгка атрымаць ёмістасць неабходнай велічыні. Акрамя таго, існуюць зменныя кандэнсатары. Змена ёмістасці такіх кандэнсатараў можа вырабляцца механічным або электрычным спосабам альбо уздзеяннем тэмпературы. Часцей за ўсё зменныя кандэнсатары можна сустрэць у вагальных контурах.

Кандэнсатары дзеляцца на два класа - палярныя і непалярныя. Тэрмін службы палярных (электралітычныя) менш, чым непалярных, яны больш залежаць ад знешніх умоў, але ў той жа час валодаюць большай удзельнай ёмістасцю.

Як назапашвальнікі энергіі кандэнсатары - не вельмі ўдалыя прыборы. Яны маюць малую ёмістасць і нязначную ўдзельную шчыльнасць запасімся энергіі, а час яе захоўвання вылічаецца секундамі, хвілінамі, рэдка гадзінамі. Кандэнсатары знайшлі прымяненне ў асноўным у электроніцы і сілавы электратэхніцы.

Разлік кандэнсатара, як правіла, не выклікае цяжкасцяў. Уся неабходная інфармацыя па розных тыпах кандэнсатараў прадстаўлена ў тэхнічных даведніках.

Ионисторы

Гэтыя прыборы займаюць прамежкавае месца паміж палярнымі кандэнсатарамі і акумулятарамі. Часам іх называюць «суперконденсаторах». Адпаведна, яны маюць вялікую колькасць этапаў зарада-разраду, ёмістасць больш, чым у кандэнсатараў, але трохі менш, чым у невялікіх акумулятараў. Час захоўвання энергіі - да некалькіх тыдняў. Ионисторы вельмі адчувальныя да тэмпературы.

сілавыя акумулятары

Электрахімічныя акумулятары выкарыстоўваюцца, калі патрабуецца запасіць досыць шмат энергіі. Лепш за ўсё для гэтай мэты падыходзяць свінцова-кіслотныя прыборы. Іх вынайшлі каля 150 гадоў таму. І з таго часу ў прылада акумулятара не ўнеслі нічога прынцыпова новага. З'явілася шмат спецыялізаваных мадэляў, значна ўзрасла якасць камплектуючых вырабаў, павысілася надзейнасць акумулятарнай батарэі. Характэрна, што прылада акумулятара, створанага рознымі вытворцамі, для розных мэтаў адрозніваецца толькі ў нязначных дэталях.

Электрахімічныя акумулятары падпадзяляюцца на цягавыя і стартавыя. Цягавыя выкарыстоўваюцца ў электратранспарту, крыніцах бесперабойнага харчавання, электраінструментаў. Для такіх акумулятараў характэрныя працяглы раўнамерны разрад і вялікая яго глыбіня. Стартавыя акумулятары могуць выдаць вялікі ток у кароткі прамежак часу, але глыбокі разрад для іх недапушчальны.

Электрахімічныя акумулятары маюць абмежаваную колькасць цыклаў зарада-разраду, у сярэднім ад 250 да 2000. Нават пры адсутнасці эксплуатацыі праз некалькі гадоў яны выходзяць з ладу. Электрахімічныя акумулятары адчувальныя да тэмпературы, патрабуюць доўгага часу зарада і строгага захавання правіл эксплуатацыі.

Прыбор неабходна перыядычна подзаряжать. Зарад акумулятара, усталяванага на транспартны сродак, вырабляецца ў руху ад генератара. У зімовы час гэтага недастаткова, халодная батарэя дрэнна прымае зарад, а спажыванне электраэнергіі на запуск рухавіка ўзрастае. Таму неабходна дадаткова праводзіць зарад акумулятара ў цёплым памяшканні спецыяльным зарадным прыладай. Адным з істотных недахопаў свінцова-кіслотных прыбораў з'яўляецца іх вялікая вага.

Акумулятары для маламагутных прылад

Калі патрабуюцца мабільныя прылады з малым вагой, то выбіраюць наступныя тыпы акумулятараў: нікель-кадміевыя, літый-іённыя, метал-гібрыдныя, палімер-іённыя. У іх вышэй ўдзельная ёмістасць, але і кошт шмат больш. Іх ужываюць у мабільных тэлефонах, наўтбуках, фотаапаратах, відэакамеры і іншых малагабарытных прыладах. Розныя тыпы акумулятараў адрозніваюцца сваімі параметрамі: колькасцю цыклаў зарадкі, тэрмінам захоўвання, ёмістасцю, памерам і т. П.

Літый-іённыя акумулятары вялікай магутнасці ўжываюць у электрамабілях і гібрыдных машынах. Яны маюць невялікі вага, большую ўдзельную ёмістасць і высокую надзейнасць. У той жа час літый-іённыя акумулятары вельмі пажаранебяспечныя. Ўзгаранне можа адбыцца ад кароткага замыкання, механічнай дэфармацыі або разбурэння корпуса, парушэнняў рэжымаў зарада або разраду акумулятара. Патушыць пажар даволі цяжка з-за высокай актыўнасці літыя.

Акумулятары з'яўляюцца асновай шматлікіх прыбораў. Напрыклад, назапашвальнік энергіі для тэлефона - гэта кампактны знешні акумулятар, змешчаны ў трывалы, влагозащищенный корпус. Ён дазваляе зарадзіць або запитать сотавы тэлефон. Магутныя мабільныя назапашвальнікі энергіі здольныя зараджаць любыя лічбавыя апараты, нават ноўтбукі. У такіх прыладах усталёўваюць, як правіла, літый-іённыя акумулятары вялікай ёмістасці. Назапашвальнікі энергіі для дома таксама ня абыходзяцца без акумулятарных батарэй. Але гэта значна больш складаныя прылады. Акрамя акумулятара ў іх склад уваходзяць зарадная прылада, сістэма кіравання, інвертар. Апараты могуць працаваць як ад стацыянарнай сеткі, так і ад іншых крыніц. Выхадныя магутнасць ў сярэднім складае 5 кВт.

Назапашвальнікі хімічнай энергіі

Адрозніваюць «паліўныя» і «безтопливные» тыпы назапашвальнікаў. Для іх патрабуюцца спецыяльныя тэхналогіі і нярэдка грувасткае высокатэхналагічнае абсталяванне. Выкарыстоўваюцца працэсы дазваляюць атрымліваць энергію ў розных відах. Тэрмахімічная рэакцыі могуць праходзіць як пры нізкай, так і пры высокай тэмпературы. Кампаненты для высокатэмпературных рэакцый ўводзяць толькі тады, калі неабходна атрымаць энергію. Да гэтага іх захоўваюць асобна, у розных месцах. Кампаненты для нізкатэмпературных рэакцый звычайна знаходзяцца ў адной ёмістасці.

Назапашванне энергіі напрацоўкай паліва

Гэты спосаб ўключае два цалкам незалежных этапы: назапашванне энергіі ( «зарадка») і яе выкарыстанне ( «разрадка»). Традыцыйнае паліва, як правіла, валодае вялікай удзельнай ёмістасцю энергіі, магчымасцю працяглага захоўвання, выгодай выкарыстання. Але жыццё не стаіць на месцы. Укараненне новых тэхналогій прад'яўляе павышаныя патрабаванні да паліва. Задача вырашаецца шляхам паляпшэння існуючых і стварэння новых, высокаэнергетычных відаў паліва.

Шырокага ўкаранення новых узораў перашкаджае недастатковая отработанность тэхналагічных працэсаў, вялікая пажара-і выбуханебяспеку у працы, неабходнасць высокакваліфікаванага персаналу, высокі кошт тэхналогіі.

Безтопливное хімічнае назапашванне энергіі

У гэтым выглядзе назапашвальнікаў энергія запасіцца за кошт пераўтварэння адных хімічных рэчываў у іншыя. Напрыклад, гашаная вапна пры нагрэве пераходзіць у негашеной стан. Пры "разрадцы" назапашаная энергія выдзяляецца ў выглядзе цяпла і газу. Менавіта так адбываецца пры гашэнні вапны вадой. Для таго каб рэакцыя пачалася, звычайна досыць злучыць кампаненты. У сутнасці, гэта выгляд тэрмахімічнай рэакцыі, толькі працякае яна пры тэмпературы ў сотні і тысячы градусаў. Таму выкарыстоўваецца абсталяванне значна складаней і даражэй.