Thiên nhiên đã ban tặng cho con người nhiều nguồn năng lượng khác nhau: mặt trời, gió, sông ngòi và những nguồn năng lượng khác. Nhược điểm của các máy phát năng lượng miễn phí này là thiếu tính ổn định. Do đó, trong thời kỳ năng lượng dư thừa, nó được lưu trữ trong các thiết bị lưu trữ và sử dụng trong thời kỳ suy thoái tạm thời. Các thiết bị lưu trữ năng lượng được đặc trưng bởi các thông số sau:
- lượng năng lượng dự trữ;
- tốc độ tích lũy và trả về của nó;
- trọng lượng riêng;
- thời gian lưu trữ năng lượng;
- độ tin cậy;
- chi phí sản xuất và bảo trì và các chi phí khác.
Có nhiều cách để tổ chức ổ đĩa. Một trong những cách thuận tiện nhất là phân loại theo loại năng lượng được sử dụng trong thiết bị lưu trữ, và theo phương pháp tích lũy và hoàn trả của nó. Thiết bị lưu trữ năng lượng được chia thành các loại chính sau:
- cơ;
- nhiệt;
- điện;
- hóa.
Tích lũy thế năng
Bản chất của những thiết bị này là đơn giản. Khi một tải được nâng lên, năng lượng tiềm năng được tích lũy; khi hạ xuống, nó sẽ thực hiện công việc hữu ích. Đặc điểm thiết kế phụ thuộc vào loại hàng hóa. Nó có thể ở thể rắn, lỏng hoặcchất lỏng. Theo nguyên tắc, thiết kế của các thiết bị loại này cực kỳ đơn giản, do đó độ tin cậy cao và tuổi thọ lâu dài. Thời gian lưu trữ của năng lượng dự trữ phụ thuộc vào độ bền của vật liệu và có thể lên tới hàng thiên niên kỷ. Thật không may, những thiết bị như vậy có mật độ năng lượng thấp.
Cơ lưu trữ động năng
Trong các thiết bị này, năng lượng được lưu trữ trong chuyển động của cơ thể. Thông thường, đây là một chuyển động dao động hoặc tịnh tiến.
Động năng trong hệ dao động tập trung ở chuyển động tịnh tiến qua lại của vật. Năng lượng được cung cấp và tiêu thụ theo từng phần, cùng lúc với sự vận động của cơ thể. Cơ chế này khá phức tạp và thất thường trong việc thiết lập. Được sử dụng rộng rãi trong đồng hồ cơ. Lượng năng lượng tích trữ thường nhỏ và chỉ phù hợp với hoạt động của chính thiết bị.
Thiết bị lưu trữ được hỗ trợ bởi con quay hồi chuyển
Kho động năng tập trung ở một bánh đà quay. Năng lượng riêng của bánh đà vượt quá đáng kể năng lượng của tải trọng tĩnh tương tự. Có thể nhận hoặc phát ra công suất đáng kể trong một khoảng thời gian ngắn. Thời gian lưu trữ năng lượng ngắn và đối với hầu hết các thiết kế bị giới hạn trong vài giờ. Các công nghệ hiện đại giúp cho thời gian lưu trữ năng lượng có thể kéo dài đến vài tháng. Bánh đà rất nhạy cảm với chấn động. Năng lượng của thiết bị phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ quay của nó. Do đó, trong quá trình tích lũy và hoàn trả năng lượng xảy ra sự thay đổi tốc độ quay của bánh đà. Và cho một tải nhưtheo quy luật, tốc độ quay thấp, không đổi là bắt buộc.
Thiết bị hứa hẹn hơn là superflywheels. Chúng được làm từ băng thép, sợi tổng hợp hoặc dây. Thiết kế có thể dày đặc hoặc có không gian trống. Nếu có không gian tự do, các cuộn dây của cuộn băng chuyển động ra ngoại vi quay, mômen quán tính của bánh đà thay đổi, một phần năng lượng tích vào lò xo bị biến dạng. Trong các thiết bị như vậy, tốc độ quay ổn định hơn so với các kết cấu rắn, và mức tiêu thụ năng lượng của chúng cũng cao hơn nhiều. Chúng cũng an toàn hơn.
Bánh đà siêu hiện đại được làm từ sợi Kevlar. Chúng quay trong một buồng chân không trên một hệ thống treo từ tính. Có thể dự trữ năng lượng trong vài tháng.
Kho cơ sử dụng lực đàn hồi
Loại thiết bị này có khả năng tích trữ một năng lượng riêng rất lớn. Trong số các bộ truyền động cơ học, nó có cường độ năng lượng cao nhất đối với các thiết bị có kích thước vài cm. Bánh đà lớn với tốc độ quay rất cao có hàm lượng năng lượng cao hơn nhiều, nhưng chúng rất dễ bị tác động từ bên ngoài và có thời gian lưu trữ năng lượng ngắn hơn.
Lưu trữ cơ năng lượng lò xo
Có khả năng cung cấp sức mạnh cơ học cao nhất so với bất kỳ loại lưu trữ năng lượng nào. Nó chỉ bị giới hạn bởi độ bền kéo của lò xo. Năng lượng trong một lò xo nén có thể được lưu trữ trong vài thập kỷ. Tuy nhiên, do sự biến dạng liên tục, mỏi tích tụ trong kim loại, và khả năng lò xogiảm dần. Đồng thời, lò xo thép chất lượng cao, trong điều kiện vận hành thích hợp, có thể hoạt động hàng trăm năm mà không bị giảm công suất đáng kể.
Chức năng lò xo có thể được thực hiện bởi bất kỳ phần tử đàn hồi nào. Ví dụ, dây cao su vượt trội hơn hàng chục lần so với các sản phẩm thép về năng lượng tích trữ trên một đơn vị khối lượng. Nhưng tuổi thọ của cao su do quá trình lão hóa hóa học chỉ là một vài năm.
Thiết bị lưu trữ cơ khí sử dụng năng lượng của khí nén
Trong loại thiết bị này, năng lượng được lưu trữ bằng cách nén khí. Trong trường hợp dư thừa năng lượng, khí được bơm dưới áp suất vào xi lanh bằng máy nén. Khi cần, khí nén được sử dụng để làm quay tuabin hoặc máy phát điện. Ở công suất thấp, nên sử dụng động cơ piston thay vì tua bin. Khí trong một bình dưới áp suất hàng trăm atm có mật độ năng lượng riêng cao trong vài năm và với các phụ kiện chất lượng cao - trong nhiều thập kỷ.
Lưu trữ nhiệt năng
Phần lớn lãnh thổ nước ta nằm ở các vùng phía Bắc nên một phần năng lượng đáng kể buộc phải dành cho việc sưởi ấm. Về vấn đề này, cần thường xuyên giải quyết vấn đề giữ nhiệt trong ổ và giải nén từ đó nếu cần.
Trong hầu hết các trường hợp, không thể đạt được mật độ nhiệt năng dự trữ cao và bất kỳ khoảng thời gian bảo tồn đáng kể nào của nó. Các thiết bị hiệu quả hiện có trongdo một số tính năng của nó và giá cao không phù hợp để ứng dụng rộng rãi.
Lưu trữ do nhiệt dung
Đây là một trong những cách cổ xưa nhất. Nó dựa trên nguyên tắc tích tụ nhiệt năng khi một chất bị đốt nóng và truyền nhiệt khi chất đó bị nguội đi. Thiết kế của các ổ đĩa như vậy là cực kỳ đơn giản. Nó có thể là một phần của bất kỳ chất rắn nào hoặc một thùng kín có chất làm mát dạng lỏng. Tích lũy nhiệt năng có tuổi thọ rất cao, số chu kỳ tích lũy và giải phóng năng lượng gần như không giới hạn. Nhưng thời gian lưu trữ không quá vài ngày.
Lưu trữ năng lượng điện
Năng lượng điện là hình thức tiện lợi nhất của nó trong thế giới hiện đại. Đó là lý do tại sao các thiết bị lưu điện được sử dụng rộng rãi và phát triển nhất. Thật không may, công suất cụ thể của các thiết bị rẻ tiền là nhỏ, và các thiết bị có công suất cụ thể cao thì quá đắt và thời gian sử dụng ngắn. Các thiết bị lưu trữ năng lượng điện là tụ điện, tụ điện, pin.
Tụ
Đây là loại lưu trữ năng lượng lớn nhất. Tụ điện có khả năng hoạt động ở nhiệt độ từ -50 đến +150 độ. Số chu kỳ tích lũy - trả lại năng lượng là hàng chục tỷ mỗi giây. Bằng cách kết nối song song nhiều tụ điện, bạn có thể dễ dàng đạt được điện dung cần thiết. Ngoài ra, còn có các tụ điện thay đổi được. Việc thay đổi điện dung của các tụ điện như vậy có thể được thực hiện bằng cơ học hoặc bằng điện hoặc bằng nhiệt độ. Thông thường, các tụ điện thay đổi được có thể được tìm thấy trongmạch dao động.
Tụ điện được chia thành hai loại - cực và không cực. Tuổi thọ của loại phân cực (điện phân) ngắn hơn loại không phân cực, chúng phụ thuộc nhiều hơn vào điều kiện bên ngoài, nhưng đồng thời chúng có công suất riêng lớn hơn.
Vì tụ lưu trữ năng lượng không phải là thiết bị rất thành công. Chúng có công suất thấp và mật độ năng lượng dự trữ riêng không đáng kể, và thời gian lưu trữ của nó được tính bằng giây, phút, hiếm khi là giờ. Tụ điện được ứng dụng chủ yếu trong điện tử và kỹ thuật điện công suất.
Việc tính toán tụ điện, như một quy luật, không gây khó khăn. Tất cả các thông tin cần thiết về các loại tụ điện khác nhau được trình bày trong sách hướng dẫn kỹ thuật.
Ionistors
Các thiết bị này chiếm vị trí trung gian giữa tụ cực và pin. Chúng đôi khi được gọi là "siêu tụ điện". Theo đó, chúng có số lượng giai đoạn nạp - phóng điện rất lớn, dung lượng lớn hơn tụ điện nhưng lại kém hơn một chút so với pin nhỏ. Thời gian lưu trữ năng lượng lên đến vài tuần. Những người theo chủ nghĩa tín ngưỡng rất nhạy cảm với nhiệt độ.
Pin nguồn
Pin điện hóa được sử dụng nếu bạn cần tích trữ nhiều năng lượng. Các thiết bị axit-chì là phù hợp nhất cho mục đích này. Chúng được phát minh ra khoảng 150 năm trước. Và kể từ đó, không có gì mới về cơ bản đã được đưa vào thiết bị pin. Nhiều dòng máy chuyên dụng đã xuất hiện, chất lượng linh kiện nâng lên rõ rệt,độ tin cậy của pin. Đáng chú ý là thiết bị dùng pin do các nhà sản xuất khác nhau tạo ra chỉ khác nhau ở những chi tiết nhỏ cho các mục đích khác nhau.
Pin điện hóa được chia thành lực kéo và khởi động. Lực kéo được sử dụng trong vận chuyển điện, cung cấp điện liên tục, dụng cụ điện. Những loại pin như vậy được đặc trưng bởi sự phóng điện đồng đều dài và độ sâu lớn của nó. Pin khởi động có thể cung cấp dòng điện cao trong một khoảng thời gian ngắn, nhưng độ phóng điện sâu không thể chấp nhận được đối với chúng.
Pin điện hóa có số chu kỳ sạc-xả giới hạn, trung bình từ 250 đến 2000. Thậm chí nếu không sử dụng, chúng sẽ hỏng sau một vài năm. Pin điện hóa nhạy cảm với nhiệt độ, thời gian sạc lâu và yêu cầu bảo trì nghiêm ngặt.
Thiết bị cần được sạc lại định kỳ. Pin lắp trên xe được sạc chuyển động từ máy phát điện. Vào mùa đông, điều này là chưa đủ, ắc quy lạnh không tiếp nhận điện tích tốt và tiêu thụ điện năng để khởi động động cơ tăng lên. Do đó, cần phải sạc bổ sung pin trong phòng ấm bằng bộ sạc đặc biệt. Một trong những nhược điểm đáng kể của các thiết bị axit chì là trọng lượng nặng của chúng.
Pin cho các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp
Nếu yêu cầu thiết bị di động có trọng lượng thấp, hãy chọn các loại pin sau: niken-cadmium,liti-ion, kim loại-lai, polyme-ion. Chúng có công suất riêng cao hơn, nhưng giá cao hơn nhiều. Chúng được sử dụng trong điện thoại di động, máy tính xách tay, máy ảnh, máy quay phim và các thiết bị nhỏ khác. Các loại pin khác nhau khác nhau về thông số của chúng: số chu kỳ sạc, thời hạn sử dụng, dung lượng, kích thước, v.v.
Pin lithium-ion công suất cao được sử dụng trong xe điện và xe hybrid. Chúng có trọng lượng nhẹ, dung lượng riêng cao và độ tin cậy cao. Đồng thời, pin lithium-ion rất dễ cháy. Đánh lửa có thể xảy ra do đoản mạch, biến dạng cơ học hoặc phá hủy vỏ, vi phạm chế độ sạc hoặc xả của pin. Việc dập lửa khá khó khăn do hoạt tính cao của lithium.
Pin là xương sống của nhiều thiết bị. Ví dụ, thiết bị lưu trữ năng lượng cho điện thoại là một cục pin bên ngoài nhỏ gọn được đặt trong một hộp chống thấm nước, bền. Nó cho phép bạn sạc hoặc cấp nguồn cho điện thoại di động của mình. Thiết bị lưu trữ năng lượng di động mạnh mẽ có khả năng sạc bất kỳ thiết bị kỹ thuật số nào, ngay cả máy tính xách tay. Theo quy định, trong các thiết bị như vậy, pin lithium-ion dung lượng cao được lắp đặt. Việc lưu trữ năng lượng cho ngôi nhà cũng không hoàn thành nếu không có pin. Nhưng đây là những thiết bị phức tạp hơn nhiều. Ngoài pin, chúng bao gồm một bộ sạc, một hệ thống điều khiển và một biến tần. Các thiết bị có thể hoạt động cả từ một mạng cố định và từ các nguồn khác. Công suất đầu ra trung bình là 5 kW.
Ổ đĩanăng lượng hóa học
Phân biệt loại truyền động "nhiên liệu" và "không dùng nhiên liệu". Họ yêu cầu các công nghệ đặc biệt và thiết bị công nghệ cao thường cồng kềnh. Các quy trình được sử dụng làm cho nó có thể thu được năng lượng ở các dạng khác nhau. Phản ứng nhiệt hóa có thể diễn ra ở cả nhiệt độ thấp và cao. Các thành phần cho phản ứng ở nhiệt độ cao chỉ được đưa vào khi cần thiết để thu được năng lượng. Trước đó, chúng được lưu trữ riêng biệt, ở những nơi khác nhau. Các thành phần cho phản ứng ở nhiệt độ thấp thường ở trong cùng một thùng chứa.
Tích trữ năng lượng bằng cách chạy nhiên liệu
Phương pháp này bao gồm hai giai đoạn hoàn toàn độc lập: tích lũy năng lượng ("sạc") và sử dụng ("xả"). Nhiên liệu truyền thống, theo quy luật, có dung lượng năng lượng riêng lớn, khả năng lưu trữ lâu dài và dễ sử dụng. Nhưng cuộc sống không hề đứng yên. Sự ra đời của các công nghệ mới làm tăng nhu cầu về nhiên liệu. Nhiệm vụ được giải quyết bằng cách cải tiến hiện có và tạo ra nhiên liệu mới, năng lượng cao.
Việc giới thiệu rộng rãi các mẫu mới bị cản trở do quy trình công nghệ chưa phát triển đầy đủ, nguy cơ cháy nổ cao trong công việc, nhu cầu nhân lực có trình độ cao và chi phí công nghệ cao.
Lưu trữ năng lượng hóa học không nhiên liệu
Trong kiểu lưu trữ này, năng lượng được lưu trữ bằng cách chuyển đổi một số chất hóa học thành những chất khác. Ví dụ, vôi tôi khi đun nóng sẽ chuyển sang trạng thái vôi sống. Khi phóng điện, năng lượng dự trữđược giải phóng dưới dạng nhiệt và khí. Đây chính xác là những gì xảy ra khi vôi tôi được pha với nước. Để phản ứng bắt đầu, nó thường là đủ để kết hợp các thành phần. Về bản chất, đây là một loại phản ứng nhiệt hóa, chỉ là nó tiến hành ở nhiệt độ hàng trăm, hàng nghìn độ. Do đó, thiết bị được sử dụng phức tạp và đắt tiền hơn nhiều.
