Natyra i dha njeriut një shumëllojshmëri burimesh energjie: diellin, erën, lumenjtë dhe të tjera. Disavantazhi i këtyre gjeneratorëve të lirë të energjisë është mungesa e stabilitetit. Prandaj, gjatë periudhave të energjisë së tepërt, ajo ruhet në pajisjet e ruajtjes dhe shpenzohet gjatë periudhave të recesionit të përkohshëm. Pajisjet e ruajtjes së energjisë karakterizohen nga parametrat e mëposhtëm:
- sasia e energjisë së ruajtur;
- shpejtësia e akumulimit dhe kthimit të saj;
- graviteti specifik;
- koha e ruajtjes së energjisë;
- besueshmëri;
- kosto e prodhimit dhe mirëmbajtjes dhe të tjera.
Ka shumë mënyra për të organizuar disqet. Një nga më të përshtatshmet është klasifikimi sipas llojit të energjisë së përdorur në pajisjen e ruajtjes dhe sipas metodës së akumulimit dhe kthimit të saj. Pajisjet e ruajtjes së energjisë ndahen në llojet kryesore të mëposhtme:
- mekanike;
- termike;
- elektrik;
- kimike.
Akumulimi i energjisë potenciale
Thelbi i këtyre pajisjeve është i drejtpërdrejtë. Kur ngrihet një ngarkesë, akumulohet energjia potenciale; kur ulet, ajo kryen punë të dobishme. Karakteristikat e projektimit varen nga lloji i ngarkesës. Mund të jetë i ngurtë, i lëngshëm osesubstancë e lirshme. Si rregull, modelet e pajisjeve të këtij lloji janë jashtëzakonisht të thjeshta, prandaj besueshmëria e lartë dhe jeta e gjatë e shërbimit. Koha e ruajtjes së energjisë së ruajtur varet nga qëndrueshmëria e materialeve dhe mund të arrijë mijëvjeçarë. Fatkeqësisht, pajisje të tilla kanë densitet të ulët energjie.
Ruajtja mekanike e energjisë kinetike
Në këto pajisje, energjia ruhet në lëvizjen e një trupi. Zakonisht kjo është një lëvizje osciluese ose përkthimore.
Energjia kinetike në sistemet osciluese është e përqendruar në lëvizjen reciproke të trupit. Energjia furnizohet dhe konsumohet në pjesë, në kohë me lëvizjen e trupit. Mekanizmi është mjaft kompleks dhe kapriçioz në vendosje. Përdoret gjerësisht në orët mekanike. Sasia e energjisë së ruajtur është zakonisht e vogël dhe është e përshtatshme vetëm për funksionimin e vetë pajisjes.
Pajisjet ruajtëse me xhiroskop
Magazinimi i energjisë kinetike është i përqendruar në një volant rrotullues. Energjia specifike e një volant tejkalon ndjeshëm energjinë e një ngarkese statike të ngjashme. Është e mundur të marrësh ose të nxjerrësh fuqi të konsiderueshme në një periudhë të shkurtër kohore. Koha e ruajtjes së energjisë është e shkurtër dhe për shumicën e modeleve është e kufizuar në disa orë. Teknologjitë moderne bëjnë të mundur rritjen e kohës së ruajtjes së energjisë në disa muaj. Fluturat janë shumë të ndjeshme ndaj goditjeve. Energjia e pajisjes varet drejtpërdrejt nga shpejtësia e rrotullimit të saj. Prandaj, në procesin e akumulimit dhe kthimit të energjisë, ndodh një ndryshim në shpejtësinë e rrotullimit të volantit. Dhe për një ngarkesë sisi rregull, kërkohet një shpejtësi rrotulluese konstante dhe e ulët.
Pajisjet më premtuese janë supervolantët. Ato janë bërë nga shirit çeliku, fibra sintetike ose tela. Dizajni mund të jetë i dendur ose të ketë hapësirë boshe. Nëse ka hapësirë të lirë, mbështjelljet e shiritit lëvizin në periferi të rrotullimit, momenti i inercisë së volantit ndryshon, një pjesë e energjisë ruhet në pranverën e deformuar. Në pajisje të tilla, shpejtësia e rrotullimit është më e qëndrueshme sesa në strukturat e ngurta, dhe konsumi i tyre i energjisë është shumë më i lartë. Ato janë gjithashtu më të sigurta.
Valantet super moderne janë bërë nga fibra Kevlar. Ata rrotullohen në një dhomë vakum në një pezullim magnetik. Në gjendje të ruajë energji për disa muaj.
Magazinimi mekanik duke përdorur forca elastike
Ky lloj pajisjeje është në gjendje të ruajë një energji të madhe specifike. Nga disqet mekanike, ai ka intensitetin më të lartë të energjisë për pajisjet me dimensione disa centimetra. Volantët e mëdhenj me shpejtësi rrotulluese shumë të larta kanë një përmbajtje shumë më të lartë energjie, por ato janë shumë të prekshme ndaj ndikimeve të jashtme dhe kanë një kohë më të shkurtër të ruajtjes së energjisë.
Magazinimi mekanik i energjisë së pranverës
I aftë për të dhënë fuqinë më të lartë mekanike të çdo klase të ruajtjes së energjisë. Kufizohet vetëm nga forca në tërheqje e sustës. Energjia në një burim të ngjeshur mund të ruhet për disa dekada. Megjithatë, për shkak të deformimit të vazhdueshëm, lodhja grumbullohet në metal dhe në kapacitetin e pranverëszvogëlohet. Në të njëjtën kohë, sustat prej çeliku të cilësisë së lartë, në kushte të përshtatshme funksionimi, mund të funksionojnë për qindra vjet pa humbje të dukshme të kapacitetit.
Funksionet e pranverës mund të kryhen nga çdo element elastik. Për shembull, shiritat e gomës janë dhjetëra herë më të lartë se produktet e çelikut për sa i përket energjisë së ruajtur për njësi të masës. Por jeta e shërbimit të gomës për shkak të plakjes kimike është vetëm disa vjet.
Pajisjet e ruajtjes mekanike që përdorin energjinë e gazeve të ngjeshur
Në këtë lloj pajisjeje, energjia ruhet duke shtypur gazin. Në prani të një tepricë të energjisë, gazi pompohet nën presion në cilindër duke përdorur një kompresor. Sipas nevojës, gazi i ngjeshur përdoret për të kthyer një turbinë ose gjenerator elektrik. Në kapacitete të ulëta, këshillohet të përdorni një motor pistoni në vend të një turbine. Gazi në një enë nën presionin e qindra atmosferave ka një densitet të lartë specifik të energjisë për disa vite dhe me pajisje cilësore - për dekada.
Ruajtja e energjisë termike
Pjesa më e madhe e territorit të vendit tonë ndodhet në rajonet veriore, ndaj një pjesë e konsiderueshme e energjisë detyrohet të shpenzohet për ngrohje. Në këtë drejtim, është e nevojshme që rregullisht të zgjidhet problemi i mbajtjes së nxehtësisë në makinë dhe nxjerrja e saj prej andej nëse është e nevojshme.
Në shumicën e rasteve, nuk është e mundur të arrihet një densitet i lartë i energjisë termike të ruajtur dhe ndonjë periudhë e rëndësishme e ruajtjes së saj. Pajisjet efektive ekzistuese nëpër shkak të disa veçorive dhe çmimit të lartë nuk janë të përshtatshme për aplikim të gjerë.
Ruajtja për shkak të kapacitetit të ngrohjes
Kjo është një nga mënyrat më të lashta. Ai bazohet në parimin e akumulimit të energjisë termike kur një substancë nxehet dhe transferimit të nxehtësisë kur ajo ftohet. Dizajni i disqeve të tilla është jashtëzakonisht i thjeshtë. Mund të jetë një pjesë e çdo lënde të ngurtë ose një enë e mbyllur me një ftohës të lëngshëm. Akumulatorët e energjisë termike kanë një jetë shumë të gjatë shërbimi, një numër pothuajse të pakufizuar ciklesh akumulimi dhe çlirimi të energjisë. Por koha e ruajtjes nuk i kalon disa ditë.
Ruajtja e energjisë elektrike
Energjia elektrike është forma më e përshtatshme e saj në botën moderne. Kjo është arsyeja pse pajisjet e ruajtjes elektrike përdoren gjerësisht dhe më të zhvilluara. Fatkeqësisht, kapaciteti specifik i pajisjeve të lira është i vogël, dhe pajisjet me një kapacitet specifik të lartë janë shumë të shtrenjta dhe jetëshkurtër. Pajisjet e ruajtjes së energjisë elektrike janë kondensatorët, jonistorët, bateritë.
kondensatorë
Ky është lloji më masiv i ruajtjes së energjisë. Kondensatorët janë të aftë të funksionojnë në temperatura nga -50 në +150 gradë. Numri i cikleve të akumulimit-kthimit të energjisë është dhjetëra miliarda në sekondë. Duke lidhur disa kondensatorë paralelisht, mund të merrni lehtësisht kapacitetin e kërkuar. Përveç kësaj, ka kondensatorë të ndryshueshëm. Ndryshimi i kapacitetit të kondensatorëve të tillë mund të bëhet mekanikisht ose elektrike ose me temperaturë. Më shpesh, kondensatorët e ndryshueshëm mund të gjenden nëqarqet osciluese.
Kondensatorët ndahen në dy klasa - polare dhe jopolare. Jeta e shërbimit të polare (elektrolitike) është më e shkurtër se ajo jopolare, ato varen më shumë nga kushtet e jashtme, por në të njëjtën kohë kanë një kapacitet specifik më të madh.
Meqë kondensatorët e ruajtjes së energjisë nuk janë pajisje shumë të suksesshme. Ata kanë një kapacitet të ulët dhe një densitet specifik të parëndësishëm të energjisë së ruajtur, dhe koha e ruajtjes së saj llogaritet në sekonda, minuta, rrallë orë. Kondensatorët kanë gjetur aplikim kryesisht në elektronikë dhe inxhinierinë elektrike.
Llogaritja e kondensatorit, si rregull, nuk shkakton vështirësi. Të gjitha informacionet e nevojshme për lloje të ndryshme kondensatorësh janë paraqitur në manualet teknike.
Jonistors
Këto pajisje zënë një pozicion të ndërmjetëm midis kondensatorëve polare dhe baterive. Ata nganjëherë quhen "superkondensatorë". Prandaj, ata kanë një numër të madh të fazave të ngarkimit-shkarkimit, kapaciteti është më i madh se ai i kondensatorëve, por pak më i vogël se ai i baterive të vogla. Koha e ruajtjes së energjisë është deri në disa javë. Jonistorët janë shumë të ndjeshëm ndaj temperaturës.
Bateritë me energji
Bateritë elektrokimike përdoren nëse keni nevojë të ruani shumë energji. Pajisjet me acid plumbi janë më të përshtatshmet për këtë qëllim. Ata u shpikën rreth 150 vjet më parë. Dhe që atëherë, asgjë thelbësisht e re nuk është futur në pajisjen e baterisë. Janë shfaqur shumë modele të specializuara, cilësia e komponentëve është rritur ndjeshëm,besueshmëria e baterisë. Vlen të përmendet se pajisja e një baterie e krijuar nga prodhues të ndryshëm ndryshon vetëm në detaje të vogla për qëllime të ndryshme.
Bateritë elektrokimike ndahen në tërheqje dhe nisje. Tërheqja përdoren në transportin elektrik, furnizimet me energji të pandërprerë, veglat elektrike. Bateritë e tilla karakterizohen nga një shkarkim i gjatë uniform dhe thellësia e tij e madhe. Bateritë fillestare mund të japin rrymë të lartë në një kohë të shkurtër, por shkarkimi i thellë nuk është i pranueshëm për to.
Bateritë elektrokimike kanë një numër të kufizuar ciklesh ngarkimi-shkarkimi, mesatarisht nga 250 në 2000. Edhe nëse nuk përdoren, ato dështojnë pas disa vitesh. Bateritë elektrokimike janë të ndjeshme ndaj temperaturës, kërkojnë kohë të gjata karikimi dhe kërkojnë mirëmbajtje të rreptë.
Pajisja duhet të rikarikohet periodikisht. Bateria e instaluar në automjet ngarkohet në lëvizje nga gjeneratori. Në dimër, kjo nuk mjafton, një bateri e ftohtë nuk e pranon mirë ngarkesën dhe konsumi i energjisë elektrike për ndezjen e motorit rritet. Prandaj, është e nevojshme të ngarkoni shtesë baterinë në një dhomë të ngrohtë me një karikues të veçantë. Një nga disavantazhet e rëndësishme të pajisjeve me acid plumbi është pesha e tyre e madhe.
Bateri për pajisjet me fuqi të ulët
Nëse kërkohen pajisje celulare me peshë të ulët, atëherë zgjidhni llojet e mëposhtme të baterive: nikel-kadmium,litium-jon, metal-hibrid, polimer-jon. Ata kanë një kapacitet specifik më të lartë, por çmimi është shumë më i lartë. Ato përdoren në telefona celularë, laptopë, kamera, videokamera dhe pajisje të tjera të vogla. Llojet e ndryshme të baterive ndryshojnë në parametrat e tyre: numri i cikleve të karikimit, jetëgjatësia, kapaciteti, madhësia, etj.
Bateritë litium-jon me fuqi të lartë përdoren në automjetet elektrike dhe automjetet hibride. Ato kanë peshë të lehtë, kapacitet të lartë specifik dhe besueshmëri të lartë. Në të njëjtën kohë, bateritë litium-jon janë shumë të ndezshme. Ndezja mund të ndodhë nga një qark i shkurtër, deformimi mekanik ose shkatërrimi i kasës, shkeljet e mënyrave të ngarkimit ose shkarkimit të baterisë. Shuarja e zjarrit është mjaft e vështirë për shkak të aktivitetit të lartë të litiumit.
Bateritë janë shtylla kurrizore e shumë pajisjeve. Për shembull, një pajisje për ruajtjen e energjisë për një telefon është një bateri e jashtme kompakte e vendosur në një kuti të qëndrueshme dhe të papërshkueshme nga uji. Kjo ju lejon të karikoni ose fuqizoni telefonin tuaj celular. Pajisjet e fuqishme të ruajtjes së energjisë celulare janë të afta të karikojnë çdo pajisje dixhitale, madje edhe laptopë. Në pajisje të tilla, si rregull, instalohen bateri litium-jon me kapacitet të lartë. Ruajtja e energjisë për shtëpinë gjithashtu nuk është e plotë pa bateri. Por këto janë pajisje shumë më komplekse. Përveç baterisë, ato përfshijnë një karikues, një sistem kontrolli dhe një inverter. Pajisjet mund të funksionojnë si nga një rrjet fiks ashtu edhe nga burime të tjera. Fuqia dalëse është mesatarisht 5 kW.
Drivesenergjia kimike
Dalloni midis llojeve të disqeve "karburant" dhe "jo-karburant". Ato kërkojnë teknologji të veçanta dhe shpesh pajisje të mëdha të teknologjisë së lartë. Proceset e përdorura bëjnë të mundur marrjen e energjisë në forma të ndryshme. Reaksionet termokimike mund të ndodhin në temperatura të ulëta dhe të larta. Komponentët për reaksione në temperaturë të lartë futen vetëm kur është e nevojshme të merret energji. Para kësaj, ato ruhen veçmas, në vende të ndryshme. Komponentët për reaksionet në temperaturë të ulët janë zakonisht në të njëjtin enë.
Ruajtja e energjisë duke përdorur karburant
Kjo metodë përfshin dy faza krejtësisht të pavarura: akumulimin e energjisë ("karikimin") dhe përdorimin e saj ("shkarkimin"). Karburanti tradicional, si rregull, ka një kapacitet të madh energjetik specifik, mundësinë e ruajtjes afatgjatë dhe lehtësinë e përdorimit. Por jeta nuk qëndron ende. Futja e teknologjive të reja shton kërkesat për karburant. Detyra zgjidhet duke përmirësuar ekzistuesit dhe duke krijuar karburante të reja me energji të lartë.
Futja e gjerë e mostrave të reja pengohet nga zhvillimi i pamjaftueshëm i proceseve teknologjike, rreziqet e larta të zjarrit dhe shpërthimit në punë, nevoja për personel të kualifikuar dhe kostoja e lartë e teknologjisë.
Magazinimi i energjisë kimike pa karburant
Në këtë lloj magazinimi, energjia ruhet duke konvertuar disa kimikate në të tjera. Për shembull, gëlqereja e shuar, kur nxehet, kalon në gjendje gëlqereje. Gjatë shkarkimit, energjia e ruajturlirohet si nxehtësi dhe gaz. Kjo është pikërisht ajo që ndodh kur gëlqereja shuhet me ujë. Në mënyrë që reagimi të fillojë, zakonisht mjafton të kombinohen përbërësit. Në thelb, ky është një lloj reaksioni termokimik, vetëm ai vazhdon në një temperaturë prej qindra e mijëra gradë. Prandaj, pajisjet e përdorura janë shumë më komplekse dhe më të shtrenjta.
