Щелочной аккумулятор для возобновляемых источников энергии. Энергия аккумулятора


Принцип работы аккумулятора

Аккумуляторы — это химические источники тока с обрати­мым процессом: они могут отдавать энергию, преобразуя хими­ческую энергию в электрическую, или накапливать энергию, преобразуя электрическую энергию в химическую. Та­ким образом, аккумулятор попеременно то разряжается, отдавая электрическую энергию, то заряжается от какого-либо соответствующего источника постоянного тока.

Схема сборки аккумулятора

Схема сборки аккумулятора.

Аккумуляторы, в зависимости от применяемого в них электро­лита, подразделяются на кислотные и щелочные. Кроме того, аккумуляторы различаются, в зависимости от материала электродов. Широкое применение имеют лишь свинцовые, кадмиево-никелевые, железо-никелевые и серебряно-цинковые акку­муляторы.

Емкость аккумулятора определяется количеством электри­чества qp, которое он может отдать при разряде в питаемую цепь.

Это количество электричества измеряется не в кулонах, а в более крупных единицах — ампер-часах (а-ч). 1 а-ч = 3600 кл. Но для заряда аккумулятора требуется большее количество электричества q3, чем отдаваемое при разряде. Отношение qp : q3 =ne  называется отдачей аккумулятора по емкости.

Напряжение, необходимое для заряда аккумулятора, значи­тельно выше того напряжения на зажимах аккумулятора, при котором он отдает длительно разрядный ток.

Схема устройства аккумулятора

Схема устройства аккумулятора.

Важной характеристикой аккумулятора являются его средние зарядное и разрядное напряжения.

Ясно, что из-за ряда потерь энергии аккумулятор отдает при разряде значительно меньшее количество энергии Wp, чем полу­чает при заряде. Отношение Wp : W3= n есть коэффициент полезного действия или отдача по энергии аккумулятора.

Наконец, весьма важной для характеристики аккумулятора величиной является его удельная э н е р г и я, т. е. количество энергии, отдаваемой при разряде, приходящееся на 1 кг веса аккумулятора. Особенно существенно, чтобы удельная энергия была возможно больше у нестационарных аккумуляторов, уста­навливаемых, например, на самолетах. В подобных случаях обычно она важнее, чем коэффициент полезного действия и от­дача по емкости.

Следует иметь в виду, что при медленном разряде процесс в аккумуляторе протекает равномерно во всей массе пластин, бла­годаря чему при длительном разряде малым током емкость акку­мулятора больше, чем при кратковременном разряде большим током. При быстром разряде процесс в массе пластин отстает от процесса на их поверхности, что вызывает внутренние токи и уменьшение отдачи.

Напряжение аккумулятора существенно изменяется во время разряда. Желательно, чтобы оно было возможно более постоян­ным. В расчетах обычно указывается среднее разрядное напря­жение Up. Но для заряда аккумулятора нужен источник тока, дающий значительно большее зарядное напряжение Uз (на 25— 40%). В противном случае невозможно зарядить аккумулятор полностью.

Схема литиево-кислородного аккумулятора

Схема литиево-кислородного аккумулятора.

Если напряжение одного аккумуляторного элемента недоста­точно для данной установки, то необходимое число аккумулятор­ных элементов соединяется последовательно. Конечно, последо­вательно соединять можно только аккумуляторы, рассчитанные на одну и ту же разрядную силу тока.

Если разрядный ток одного элемента недостаточен, то приме­няется параллельное соединение нескольких одинаковых элемен­тов.

Из числа кислотных аккумуляторов практическое значение имеют лишь свинцовые аккумуляторы. В них на положительном электроде активным веществом служит двуокись свинца РЬ02, на отрицательном электроде — губчатый свинец РЬ. Положительные пластины имеют бурый цвет, отрицатель­ные— серый, в качестве электролита применяется раствор сер­ной кислоты h3S04 с с удельным весом 1,18—1,29.

Химический процесс разряда и заряда свинцового аккумуля­тора относительно сложен. В основном он сводится к восстановлению свинца на положительном электроде и окислению губча­того свинца на отрицательном электроде в закисную соль серной кислоты. При этом образуется вода и, следовательно, плотность электролита уменьшается. При разря­де сначала напряжение аккумулятора быстро падает до 1,95 В, а затем медленно понижается до 1,8 В. После чего необходимо прекратить разряд.

При дальнейшем разряде имеет место необратимый процесс образования кристаллического сернокислого свинца PbS4. По­следний покрывает пластины белым налетом. Он обладает боль­шим удельным сопротивлением и почти не растворим в электро­лите. Слой сернокислого свинца увеличивает внутреннее сопро­тивление активной массы пластин. Такой процесс называется сульфатацией пластин.

При заряде аккумулятора процесс идет в обратном направ­лении: на отрицательном электроде восстанавливается металли­ческий свинец, а на положительном электроде свинец окисляется до двуокиси РЬ02. Ион S04 переходит в электролит, поэтому плотность серной кислоты при заряде увеличивается, следова­тельно, возрастает и удельный вес электролита. Для измерения удельного веса электролита применяется специальный арео­метр. По его показаниям можно ориентировочно судить, в какой мере аккумулятор заряжен. Среднее разрядное напряжение свинцового аккумулятора 1,98 В, а среднее зарядное напряжение 2,4 В.

Схема зарядки аккумулятора

Схема зарядки аккумулятора.

Внутреннее сопротивление rBн свинцовых аккумуляторов, бла­годаря малому расстоянию между пластинами и большой пло­щади их соприкосновения с электролитом, весьма мало: порядка тысячных долей ома у стационарных аккумуляторов и сотых до­лей у небольших переносных аккумуляторов.

Вследствие малого внутреннего сопротивления и относительно большого напряжения КПД этих аккумуляторов достигает 70— 80 %, а отдача — 0,85—0,95 %.

Однако из-за малого внутреннего сопротивления в свинцовых аккумуляторах при коротких замыканиях возникают токи очень большой силы, что приводит к короблению и распаду пластин.

Свинцовые аккумуляторы обладают рядом существенных не­достатков. Они тяжелы из-за большого веса свинца пластин, и их объем велик из-за значительного количества электролита, актив­но участвующего в процессе. В них неизбежен саморазряд внут­ренними паразитными электрическими токами с потерей заряда порядка 1 % в сутки. Наконец, они весьма чувствительны к толчкам и сотрясениям. Но их отдача и КПД значительно выше, чем у любых других аккумуляторов.

Из числа щелочных аккумуляторов широкое при­менение в настоящее время имеют кадмиево-никелевые, железо- никелевые и серебряно-цинковые. Во всех этих аккумуляторах электролитом служит щелочь — примерно двухпроцентный ра­створ едкого калия КОН или едкого натра NaOH. При заряде и разряде этот электролит почти не претерпевает изменений. Сле­довательно, от его количества емкость аккумулятора не зависит. Это дает возможность свести к минимуму количество электроли­та во всех щелочных аккумуляторах и таким путем существенно их облегчить.

Остовы положительной и отрицательной пластин этих акку­муляторов делаются из стальных никелированных рамок с пакетами для активной массы. Благодаря такой конструкции активная масса прочно удерживается в пластинах и не выпадает при толчках.

Схема устройства пластин свинцового аккумулятора

Схема устройства пластин свинцового аккумулятора.

В кадмиево-никелевом КН аккумуляторе ак­тивным веществом положительного электрода служат окислы никеля, смешанные для увеличения электропроводности с графи­том; активным веществом отрицательного электрода является губчатый металлический кадмий Cd. При разряде на положи­тельном электроде расходуется часть активного кислорода, со­держащегося в окислах никеля, а на отрицательном электроде окисляется металлический кадмий. При заряде обратно обога­щается кислородом положительный электрод: гидрат закиси никеля Ni(OH)2 переходит в гидрат окиси никеля Ni(OH)3. На отрицательном электроде гидрат закиси кадмия восстанавли­вается в чистый кадмий. Приближенно процесс в этом аккумуля­торе может быть выражен химической формулой:

разряд

2Ni (ОН)3 + 2КОН + Cd  ??2Ni (ОН)2 + 2КОН + Cd (ОН)2.

заряд

Как показывает формула, из электролита при разряде выде­ляется частица (ОН)2 на отрицательной пластине и такая же частица переходит в электролит на положительной пластине. При заряде процесс идет в обратном направлении, но в обоих случаях электролит не изменяется.

Устройство железо-никелевого аккумулятора отличается лишь тем, что в нем в отрицательных пластинах кадмий заменен мелким порошком железа (Fe). Химический процесс этого аккумулятора можно просле­дить по вышеприведенному для кадмиево-никелевого аккумуля­тора уравнению путем замены Cd на Fe.

Применение железа вместо кадмия удешевляет аккумуля­тор, делает его более прочным механически и увеличивает срок его службы. Но с другой сторо­ны, у железо-никелевого акку­мулятора при том же примерно разрядном напряжении зарядное напряжение на 0,2 В выше, вследствие чего КПД этого аккумулятора ни­же, чем кадмиево-никелевого. Затем очень важным недостат­ком железо-никелевого аккуму­лятора является относительно быстрый саморазряд. У кадмиево-никелевого аккумулятора саморазряд мал, и поэтому ему отдается предпочтение в тех случаях, когда аккумулятор должен длительно находиться в заряженном со­стоянии, например для питания радиоустановок. Среднее разрядное напряже­ние обоих этих аккумуляторов равно 1,2 В.

Схема железоникелевого аккумулятора

Схема железоникелевого аккумулятора.

Герметически закрытые сосуды вышеописанных щелочных аккумуляторов выполняются из листовой никелированной стали. Болты, через которые пласти­ны аккумуляторов соединяются с внешней целью, пропускаются через отвер­стия в крышке сосуда, причем болт, с которым соединены отрицательные пла­стины, тщательно изолирован от стального корпуса; но болт, соединенный с положительными пластинами, от корпуса не изолируется.

Внутреннее сопротивление щелочных аккумуляторов значи­тельно больше, чем кислотных, благодаря этому они лучше пере­носят короткие замыкания. Но по той же причине КПД щелоч­ных аккумуляторов (порядка 45%) значительно ниже, чем кис­лотных, также существенно меньше их удельная энергия и отда­ча по емкости (0,65). Так как состояние электролита у щелочных аккумуляторов при работе не изменяется, то определить их степень заряженности по внешним признакам нельзя. Вследствие чего за зарядом приходится следить на основании их емкости и напряжения. При заряде нужно сообщить аккумулятору количество электричества It=q значительно большее, чем его емкость, примерно в 1,5 раза. Например, аккумулятор емкостью 100 а-ч желательно заряжать током силой в 10 а в течение 15 час.

Серебряно-цинковые аккумуляторы являются новей­шими из числа современных аккумуляторов. Электролитом в них служит вод­ный раствор едкого калия КОН с удельным весом 1,4, с активным веществом положительного электрода (окисью серебра Ag20) и отрицательного электро­да (цинком Zn). Электроды изготавливаются в виде пористых пластин и отделяют­ся друг от друга пленочной перегородкой.

При разряде аккумулятора окись серебра восстанавливается до металли­ческого серебра, а металлический цинк окисляется до окиси цинка ZnO. Об­ратный процесс происходит при заряде аккумулятора. Основная химическая реакция выражается формулой

разряд

AgsO + КОН + Zn ?? 2Ag + КОН + ZnO.

 заряд

Устойчивое разрядное напряжение составляет около 1,5 В. При небольших токах разряда это напряжение почти не изменяется в течение примерно 75— 80% времени работы аккумулятора. Затем оно довольно быстро падает, и при напряжении 1 в разряд следует прекращать.

Внутреннее сопротивление серебряно-цинковых аккумуляторов сущест­венно меньше, чем остальных щелочных аккумуляторов. При равной емкости первые значительно легче. Они удовлетворительно работают как при пониженной (—50° С), так и при повышенной ( + 75° С) температурах. Наконец, они допускают большие разрядные токи. Например, некоторые типы таких акку­муляторов можно разогреть током короткого замыкания в течение одной минуты.

Выше изложены только основные сведения по  аккумуляторам. При практической работе с аккумуляторами, в особенности со свинцовыми, необходимо тщательно выполнять соответствующие заводские инструкции. Нарушение их вызывает быстрое разрушение аккумуляторов.

Поделитесь полезной статьей:

Top

fazaa.ru

Накопление энергии как способ радикально сократить углеродные выбросы : № 8 : Архив номеров : Вестник «ЮНИДО в России»

Даже частичный отказ от использования ископаемого топлива ради сокращения объемов углеродных выбросов полностью изменит облик энергетической отрасли. Причина проста: ископаемое топливо — это не просто энергия, а энергия «накопленная». Чтобы уголь начал отдавать тепло, его нужно поджечь. Если мы собираемся заменить ископаемые виды топлива, например, энергией ветра или Солнца, нам необходимо предусмотреть возможность ее накопления и хранения.

Хранение и использование заранее накопленной энергии весьма распространено: это и пища в желудке, и топливо в автомобиле, и аккумулятор в мобильном телефоне. При этом в одной из крупнейших систем, созданных человеком, — в электросети — практически не предусмотрено сохранение энергии [1]. Работоспособность этой неестественной конструкции объясняется тем, что в ней используется энергия, накопленная в ископаемом топливе, применяются сложные системы управления, позволяющие электросети незамедлительно реагировать на любые изменения в уровне энергопотребления, а также тем, что объемы вырабатываемой электроэнергии существенно превышают потребность в ней. Так, в 2008 году в США был выработан 1 триллион ватт электроэнергии, при этом средний уровень потребления энергии составил менее половины от выработки [4].

По мере развития возобновляемой и атомной энергетики все острее встает вопрос о создании хранилищ, которые позволили бы накапливать энергию и получать ее тогда, когда нужно [2], [3]. Конечно, сама идея не нова. В тысячах проектов, разработанных по всему миру, используются аккумуляторы тепловой энергии (АТЭ) в виде льда или охлажденной воды; изданы сотни статей, в которых описываются преимущества таких систем и обосновывается их применение [6], [7]. Но, несмотря на все эти достижения, средства хранения используются сравнительно редко, если учесть потенциальный размер этого рынка.

Рис. 1. Различные виды накопителей энергии

Рис. 1. Различные виды накопителей энергии [7]

Виды аккумуляторов энергии

Существует несколько видов аккумуляторов энергии: потенциальные, кинетические, химические и термальные. Одним из примеров аккумуляторов потенциальной энергии может служить гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС). На такой станции ночью вода закачивается наверх, а днем, когда потребность в электроэнергии повышается, стекает, вращая турбины, вырабатывающие электричество. Для хранения кинетической энергии часто применяются маховики, запасти химическую энергию позволяют аккумуляторные батареи.

На рис. 1 [7] показаны различные виды аккумуляторов, их энергоемкость, а также время, в течение которого каждый из них может отдавать энергию. Рисунок разделен на три области: слева внизу собраны устройства, обеспечивающие точное соответствие параметров электропитания заданным значениям, справа вверху — отличающиеся простотой управления и переключения режимов, а между этими областями — источники, подходящие для резервного питания.

Загорская ГАЭС — гидроаккумулирующая станция, способная не только производить, но и «запасать» электроэнергию

Загорская ГАЭС — гидроаккумулирующая станция, способная не только производить, но и «запасать» электроэнергию

Сфера применения

Для каждой области применения лучше всего использовать наиболее подходящие аккумуляторы. Маховики, конденсаторы и специальные химические аккумуляторы могут применяться там, где важно качество подаваемой мощности. Для натрий-серных (NaS) аккумуляторов подходит роль резервных источников питания. Большое количество энергии надолго можно запасти при помощи ГАЭС, пневмоаккумулирующих энергетических установок (ПАЭУ) и АТЭ. Аккумуляторы тепловой энергии отличаются от прочих тем, что могут размещаться как на стороне поставщика энергии, так и на стороне потребителя, имея при этом довольно высокий КПД.

Рис. 2. Стоимость систем хранения энергии

Рис. 2. Стоимость систем хранения энергии [7]

Стоимость

Рис. 2 позволяет сравнить стоимость кВт выходной мощности различных устройств хранения с ценой электричества в сети. Слева внизу на рисунке собраны системы, представляющие собой наиболее экономичное решение. Одна из таких систем — интегрированные аккумуляторы тепловой энергии. Встраивание АТЭ в систему охлаждения здания позволяет использовать менее мощное холодильное оборудование, а то и вовсе отказаться от него, что ведет к снижению общих капитальных расходов. Естественно, что, как и в случае с другими технологиями хранения, АТЭ предназначены для определенной цели: сглаживание пиковых нагрузок на компрессоры холодильного оборудования. Здесь важно отметить, что хранение холода обходится намного дешевле, чем аккумулирование электричества для питания систем охлаждения.

Рис. 3. КПД цикла и ожидаемый срок службы

Рис. 3. КПД цикла и ожидаемый срок службы [7]

КПД цикла

Возможно, самым существенным отличием АТЭ является высокий КПД цикла, составляющий от 75 % до 95 %. Как и в случае с любым другим аккумулятором, при сохранении энергии в устройстве и при ее извлечении неизбежны определенные потери (рис. 3). Ежедневные теплопотери ледниковых аккумуляторов составляют менее 1 %; аккумуляторы на пластовой воде имеют схожие показатели (то есть тепловой КПД таких систем составляет около 99 %). Тем не менее КПД цикла использования АТЭ значительно изменяется от случая к случаю.

Водный аккумулятор энергии может иметь высокий КПД, потому что более низкая температура окружающего воздуха повышает эффективность охлаждения в ночное время, позволяя компенсировать расход энергии насоса, обеспечивающего перенос энергии. Такова ситуация с чиллерами воздушного охлаждения, используемыми для производства льда [9], — величина снижения температуры воздуха в ночное время практически соответствует перепаду температур в испарителе при образовании льда.

В случае крупномасштабных систем для получения льда при помощи высокопроизводительных чиллеров водяного охлаждения КПД цикла аккумулятора может быть почти на четверть ниже, чем у безаккумуляторных систем. При этом общий абсолютный КПД водяной холодильной машины с аккумулятором будет выше, чем у оборудованного с аккумулятором воздушного чиллера.

Срок службы

Срок службы систем хранения энергии зависит от двух основных параметров: носителя и оборудования. В настоящее время наиболее распространены химические аккумуляторы: литий-ионные, никель-кадмиевые и свинцово-кислотные. Для всех них характерна постепенная деградация носителя. Кроме того, каждый из них имеет свои особенности: наиболее предпочтительный метод зарядки, число циклов полной разрядки, диапазон рабочих температур, стоимость производства и ограничения на использование, накладываемые применяемыми опасными материалами.

Что касается аккумуляторов тепловой энергии, то в случае использования эвтектических солей на них также накладываются определенные ограничения, связанные с химическим разрушением. АТЭ, использующие явную или скрытую энергию воды, конечно, совершенно стабильны. Срок службы оборудования систем хранения в большинстве случаев превышает срок службы носителя.

Рис. 4. Общая стоимость технологий сохранения энергии за срок службы

Рис. 4. Общая стоимость технологий сохранения энергии за срок службы [7]

Общая оценка

На рис. 4 собраны воедино различные аспекты технологий хранения энергии, определяющие их применение в той или иной сфере. Параметром для сравнения стала стоимость единицы выходной мощности, определяемая как отношение капитальных затрат на установку аккумулятора к числу циклов за срок службы и КПД цикла. Из рисунка видно, что дороже всего обходится обеспечение качества электроснабжения и резервное питание — то есть те приложения, где объем сохраняемой энергии не играет особой роли. В сфере же управления энергопотреблением, где объем сохраняемой энергии, напротив, имеет важное значение, могут использоваться более дешевые технологии.

Аккумулирование холода позволяет снизить выработку электроэнергии

При решении задачи по снижению объемов углеродных выбросов особое внимание следует уделить энергии источника, то есть топлива, используемого для выработки электроэнергии. Именно анализ того, как влияет КПД цикла различных типов аккумулирующих систем на реальное потребление исходной энергии для нужд охлаждения, позволяет определить, где нужно разместить аккумулятор.

На рис. 5 показаны два варианта использования аккумулятора энергии для охлаждения здания: в первом аккумулятор (ГАЭС) размещен на стороне электросети, во втором АТЭ (охлаждение) — в здании. Принимая удельный расход теплоты на 1 кВт•ч на электростанции равным 2,6 кВт/кВт•ч, что является нормой в случае базовой нагрузки, получаем, что КПД электростанции равен 38 % (1/2,6). КПД цикла ГАЭС равен 70 % (это значение получено экспериментальным путем). С учетом потерь на передачу и распределение в дневное время окончательный КПД в здании составит 23,5 %. То есть реально на выработку 1 кВт•ч электроэнергии тратится 4,24 кВт тепла. Таким образом, исходя из показателя 0,9 кВт•ч на одну холодильную тонну-час (3,52 кВт•ч), одна холодильная тонна-час требует расхода тепла в объеме 3,9 кВт•ч (~14 000 кДж).

Рис. 5. Аккумулятор энергии и исходная энергия для охлаждения

Рис. 5. Аккумулятор энергии и исходная энергия для охлаждения

Рис. 6. Расчетная неделя для определения выходной мощности ветроэлектростанции

Рис. 6. Расчетная неделя для определения выходной мощности ветроэлектростанции

Применив ту же логику к варианту с установкой в здании аккумулятора тепловой энергии, получим КПД выработки 38 % и немного более высокий КПД передачи и распределения в ночное время; суммарный КПД станет равным 35,4 %. При расходе 1,0 кВт на тонну (КПД цикла равен 89 %) АТЭ имеет эффективный расход тепловой энергии 2,82 кВт на 1 кВт•ч, что на 35 % выгоднее варианта с ГАЭС с энергетической точки зрения. Анализ, проведенный для ПАЭУ, даст схожие результаты.

Наконец, свяжем приведенные рассуждения с темой возобновляемых источников энергии — основной предпосылкой возникновения потребности в аккумуляторах энергии. В случае использования ГАЭС ветровая электростанция должна вырабатывать 1,45 кВт•ч для производства на каждую холодильную тонну-час, а при использовании АТЭ в здании — только 1,07 кВт•ч. Таким образом, из технологий сохранения энергии, отвечающих критерию экономичности, наиболее энергоэффективной системой для охлаждения зданий является АТЭ, установленный в здании.

Возобновляемые источники энергии

Двумя основными возобновляемыми источниками энергии, наиболее перспективными с точки зрения экологии, являются солнечное излучение и ветер. Но ни на один из этих источников нельзя рассчитывать постоянно. Данные, полученные в разных уголках США, показывают, что ночью скорость ветра, как правило, выше. Рисунок 6 показывает выработку энергии ветровой электростанцией в Калифорнии в течение самой жаркой недели 2006 г. Следует обратить внимание на то, что, когда электросети столкнулись с пиковой нагрузкой (красные ромбы на графике), ветрогенераторы работали только на 25 % от расчетной мощности. На рис. 7 показаны схожие данные, полученные от других региональных электросетей.

Рис. 7. Аккумуляторы дополняют переменные ветровые ресурсы

Рис. 7. Аккумуляторы дополняют переменные ветровые ресурсы (Данные по ветровой энергетике предоставлены Северо-Американской корпорацией по обеспечению надежности электроэнергетики. Отражены сведения по шести региональным подразделениям из восьми)

Не только штиль, но и постоянный сильный ветер может стать проблемой. Достаточно представить необходимость безотлагательной утилизации мегаваттов электроэнергии, когда скорость ветра становится слишком высокой. Системы резервного питания — топливные или аккумуляторы на электростанции — должны практически немедленно компенсировать образующуюся разницу. На проводившемся недавно совещании по вопросам хранения энергии диспетчер ISO представил график, который он назвал «днем в аду»: за 24 часа описанная ситуация возникала 4 раза.

Хотя периоды доступности солнечной энергии в целом совпадают с периодами пиковых нагрузок на сети, как правило, пиковая выработка электроэнергии за счет излучения Солнца приходится на полдень, а пиковая нагрузка на электросеть наступает на три-шесть часов позже. Кроме этого, вопрос осложняется непредсказуемой облачностью. Результаты мониторинга фотоэлектрических проектов по всей стране, полученные Лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL), показывают: несмотря на то что системы, установленные на зданиях, позволяют существенно снизить потребление электроэнергии из электросети, величина пиковой нагрузки таких зданий не ниже, чем у зданий, не оборудованных такими системами [12]. Таким образом, чтобы подготовиться к непредсказуемым перебоям в выработке солнечной или ветровой энергии, электросети должны иметь наготове больше «оборотных резервов», то есть генераторов, работающих на пониженной мощности (и, соответственно, с меньшей эффективностью), вне зависимости от реальной потребности в них в каждый отдельный момент. Таким образом, без возможности сохранять энергию солнечные и ветровые электростанции опосредованно становятся источниками углеродных выбросов.

Наконец, еще один аргумент в пользу перспективности накопления энергии: огромное количество ветрового электричества, вырабатываемого в неподходящее время (например, в ночные часы, когда его просто некому потреблять). Чтобы как-то справляться с этой ситуацией, электросети поощряют использование электроэнергии во внеурочное время. Так, в западной части штата Техас в течение 12 % от общего времени потребители могут получать энергию ветрогенераторов бесплатно и даже получать доплату за ее использование [13].

Таким образом, общее положение дел указывает домовладельцам на тот факт, что сохранение энергии в ночное время в системах здания — один из наиболее эффективных способов стабилизации расходов на электроэнергию в будущем.

Выводы

Десятки лет «накопительные» свойства ископаемых видов топлива позволяли нам получать электроэнергию в любой момент, покрывая пиковые нагрузки, в два раза превышающие среднее энергопотребление [1]. К счастью, причина самых высоких нагрузок на сеть — охлаждение — одновременно представляет собой и самый дешевый способ хранения энергии. Для модернизации электросетей необходимы все виды аккумуляторов энергии. Ввод в строй накопителей энергии на электростанциях позволит решить вопрос качества подаваемой электроэнергии, доступности резервных мощностей и бесперебойного питания. Вместе с тем хранилища охлажденной воды, заполняемые во время отсутствия пиковых нагрузок в месте потребления, позволяют удовлетворить более 30 % [15] пиковой потребности в электроэнергии, одновременно экономя деньги владельцу.

Литература

  1. EIA. 2010. «Electric Power Annual 2008», U. S. Energy Information Administration.
  2. California Independent System Operators Corporation. 2007. Integration of Renewable Resources.
  3. Berry, G. 2009. «Present and future electricity storage for intermittent renewables.» The 10–50 Solution: Technologies and Policies for a Low-Carbon Future. The Pew Center.
  4. EIA. 2000. «Electric Power Annual 2000» (with data from 2008), U. S. Energy Information Administration.
  5. Potter, R.A., D. P. Weitzel, D. J. King, and DD. Boettner. 1995. «ASHRAE RP-766: Study of operational experience with thermal storage systems». ASHRAE Transactions 101 (2) 549–557.
  6. O’Neal, E. 1996. «Thermal storage systems provide comfort and energy efficiency»). ASHRAE Journal 38 (4).
  7. Electricity Storage Association (with Thermal Storage data added by author). 2010.) www.electricitystorage.org/ESA/technologies.
  8. Priore, S. 2002. News Release, «AEP Dedicates First Use of Stationary Sodium Sulfur Battery», American Electric Power Co., Inc.
  9. MacCracken, M. 2003. «Thermal energy storage myths». ASHRAE Journal 45 (9).
  10. California ISO. 2007. «2007 Summer Loads and Resources Operations Assessment».
  11. NERC. 2008 Summer Reliability Assessment. May 2008.
  12. Crawley, D., S. Pless, P. Torcellini. 2009. «Getting to net zero». ASHRAE Journal 51 (9).
  13. Fahey, J. 2009. «Wind power’s weird effect». Forbes Magazine, Sept. 7.
  14. Foster, C. 2008. Personal conversation with EET consultant, Chuck Foster.
  15. EPRI. Commercial Cool Storage-Reduced Cooling Costs with Off-Peak Electricity.

www.unido-russia.ru

Щелочной аккумулятор для возобновляемых источников энергии —

Дата публикации: 30 сентября 2015

Источник: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=4047

Исследователи из США разработали щелочной потоковый аккумулятор, который, как они надеются, поможет решить достаточно сложную проблему запасания энергии, вырабатывающейся источниками возобновляемой энергии – ветряными и солнечными электростанциями.

потоковый источник питания может запасать энергию от возобновляемых источников

Новый потоковый аккумулятор может запасать энергию от возобновляемых источников, используя дешевые органические соединения. (Рисунок из Science, щелкнуть для увеличения)

Производительность нового источника питания сравнима с производительностью современных коммерческих потоковых источников, однако в данном устройстве используются дешевые и нетоксичные органические молекулы, что отличает их в выгодную сторону от обычных поточных аккумуляторов.

Доля солнечных и ветровых электростанций в выработке энергии постоянно растет, однако проблема, которую нужно решать, заключается в необходимости синхронизации потребления энергии и ее выработки, которая для возобновляемых источников энергии может зависеть от сезонных факторов. Одним из способов решения такой проблемы является долгосрочное хранение электроэнергии, а решить эту проблему могут аккумуляторы. В настоящий момент на рынке существует большое количество аккумуляторов, от литий-ионных до свинцово-сернокислотных, которые отличаются высокой стоимостью, небезопасны для применения в промышленных масштабах, а также не в состоянии хранить энергию в течение длительного времени. Таким образом, необходима разработка альтернативных способов запасания энергии.

Роберт Савинелл (Robert Savinell) из Университета Западного Резерва, специалист по электрохимическим устройствам запасания энергии, не принимавший участие в исследовании, отмечает, что потоковые аккумуляторы отличаются от обычных источников питания.

Руководитель исследования Майкл Маршак (Michael Marshak) заявляет, что потоковая батарея близка по строению к топливной ячейке, в которой потоки газообразных водорода и кислорода попадают в устройство конверсии энергии, где два электрода разделены мембраной. Разница между двумя устройствами заключается в том, что в случае потоковой батареи мембрана разделяет положительно и отрицательно заряженные электролиты, которые подаются в аккумулятор через раздельные резервуары. Отрицательно заряженный электролит отдает электроны, которые проходят по внешней электрической схеме, комбинируясь с катионами из положительно заряженного электролита, свободно диссоциирующими через мембрану. Этот процесс представляет собой зарядку, после которой электролиты можно хранить во внешних резервуарах. Поскольку течение жидких систем через батарею можно осуществлять в любом направлении, в ходе разрядки/питания батарей электрического устройства электролиты могут быть просто поданы в направлении обратном тому, в котором они подавались при зарядке.

Маршак считает, что такое устройство потоковых аккумуляторов делает их масштабируемыми и адаптабельными под решение каких-либо определенных задач, тем более что время работы такого источника питания только удлиняется с увеличением размеров внешнего резервуара для электролита, и для запасания большого количества энергии нет необходимости в большом количестве аккумуляторов – достаточно только одного, но большого.

Однако в существующих в настоящее время на рынке потоковых аккумуляторах применяются дорогие и опасные электролиты. Наиболее представленный на рынке тип аккумулятора – ванадиевый аккумулятор, в котором используются ионы ванадия в сернокислотном растворе, а из-за высокой стоимости ванадия стоимость такого источника питания также весьма велика.

Маршак с коллегами решили заменить эти компоненты более дешевыми и доступными материалами, находящимися в щелочном растворе. Исследователи растворили коммерчески доступные соединения – 2,6-дигидроксиантрахинон и ферроцианид (оба они используются в качестве пищевых добавок) в двух резервуарах, содержащих одномолярный раствор гидроксида калия, и прокачивали эти растворы через потоковую ячейку, изготовленную из графитовых потоковых систем и бумажно-углеродных электродов. Полученный источник питания ведет себя подобно серно-ванадиевому аналогу, выдавая напряжение 1,2 В, которое попадает в интервал напряжений, достаточных для разговора о коммерциализации источника питания. Еще одним приятным сюрпризом для исследователей была значительная стабильность работы нового источника питания во времени – несмотря на обычное предубеждение о неустойчивости органических соединений, молекулы, выбранные исследователями для создания нового аккумулятора, демонстрируют значительную устойчивость и не стремятся разлагаться.

Источник: Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aab3033

altenergiya.ru

«Энергетические аккумуляторы» |

 Описание объекта

 Энергетические аккумуляторы состоят из вещества способного сохранять энергию. Эти аккумуляторы представляют собой объем пространства заполненный аморфным веществом. Это вещество способно к запоминанию и накоплению энергии. Это вещество способно удерживать и аккумулировать большое количество энергии. Это вещество состоит из множества волчков. Каждый из волчков раскручивается при зарядке и сохраняет энергию вращения длительное время. Энергия сохраняется за счет вращения этих волчков. Таких волчков в аккумуляторе миллиарды. Этими волчками являются атомы вещества аккумулятора.

Источник энергии

 Источниками энергии аккумуляторов являются звезды, звездные скопления и галактики. Главным источником энергии аккумулятора является Солнце. Аккумулятор способен потреблять любые виды излучения и переводить их в собственную энергию вращения волчков. Аккумулятор входит в зацепление с мощными внешними излучающими объектами и накапливает в себе их излучение. Космическое излучение звезд, галактик, Вселенной всасывается аккумулятором.

 Свойства Артефакта

 Этот Артефакт, именуемый аккумулятором энергии способен накапливать и отдавать наружу большое количество энергии. Энергия Аккумулятора может быть впитана живыми объектами. Этот Артефакт является источником энергии для живых существ. Его энергия питает клетки живых организмов. Его энергия питает живые существа. Эта энергия дает силу и иммунитет. Энергия этого Артефакта является Силой. Это жизненная Сила. Этот Артефакт является частью древнего Артефакта накопителя энергии. Тот древний Артефакт, состоящий из Черного дерева, смолы эвкалипта, золота и платины, а так же слоновой кости и рога оленей существует и сейчас. Этот аккумулятор является частью того древнего артефакта и связан с ним каналом энергии.

 Качество Энергии

 Эта энергия желтого спектра. Это энергия Солнца и других Звезд. Эта энергия есть в растениях и животных это энергия Жизни. Эта энергия есть в клетках всего живого. Эта энергия хранится в аккумуляторе. Эта энергия втекает в аккумулятор со всех сторон. Аккумулятор собирает даровую энергию пространства.

  Сохранение энергии. Процесс зарядки

 Этот Аккумулятор заряжается от машины для зарядки. Эта машина сообщает аккумулятору качества. Этот аккумулятор заряжается от этой машины. Машина для зарядки собирает свет Звезд. Она собирает свет Солнца, энергию роста растений. Эта машина перекачивает эту энергию в аккумулятор. Он заполняется энергией жизни. Энергия жизни поступает в эту машину отовсюду. Эта машина принимает излучение звезд, Солнца, Галактик и Вселенной. Вся эта энергия всасывается машиной и закладывается в аккумулятор энергии. Машина организует.

Энергетические аккумуляторы

shopartefacts.atlantida-avalon.org


Смотрите также