Kaj so naprave za shranjevanje energije?

Koncepti racionalne porabe energije postajajo vedno bolj pomembni v primerjavi s splošnim ozadjem tehnološkega razvoja. To je posledica dejstva, da je energetska učinkovitost kot taka prešla iz kategorije dodatnih in pogosto izključnih lastnosti v rang ene od ključnih potrošniških lastnosti izdelka. Dovolj je, da se spomnimo na najpreprostejše baterije, ki se uporabljajo v digitalni tehnologiji, električni opremi, opremi za električno orodje, itd. Obstaja večja uporaba sistemov za shranjevanje energije, za katere je gospodarstvo porabe energije še posebej pomembno. In ta zahteva najde odgovor specializiranih proizvajalcev, ki proizvajajo shranjevanje energije z izboljšano zmogljivostjo.

Splošne informacije o shranjevanju energije

V naravi obstaja veliko trajnih in neizčrpnih virov energije, ki se uporabljajo za različne potrebe človeštva. Vendar pa mora za njegovo končno uporabo preiti številne faze obdelave in kopičenja. To funkcijo opravljajo elektrarne in podpostaje. Seznam njihovih neposrednih nalog vključuje pridobivanje energije s sprejemljivimi lastnostmi za uporabo ter njeno pretvorbo in distribucijo. Glavna infrastruktura za oskrbo z energijo v stanovanjskih stavbah, industrijskih objektih, inženirski opremi in drugih odgovornih potrošnikih se izvaja prek fiksnih električnih omrežij. Zagotavljajo stalno dobavo, danes pa povpraševanje po avtonomni opremi, napravah in električnih napravah stalno narašča. Zlasti za te uporabnike uporablja neodvisno napravo za shranjevanje kapacitivne energije vir energije vendar je treba v določenih časovnih presledkih pogojno zaračunavati tudi iz istih fiksnih omrežij. Najenostavnejši primer takega pogona je telefonska baterija. Element Li-Ion ima lahko na primer zmogljivost okoli 2000-3000 mAh. Dovolj bo za več ur ali dni avtonomnega delovanja servisirane naprave, odvisno od modela. Po izčrpanju te prostornine pa mora biti baterija priključena na 220 V vtičnico za obnovitev.

Mehanski pogoni

Ta kategorija pogonov ima najdaljšo zgodovino obstoja. Za ponazoritev takšnih naprav lahko navedemo kot primer gravitacijske sisteme. Danes se skoraj nikoli ne uporabljajo, toda prej so bila razširjena nadzemna vrata s protiuteži. Uporabljajo energijo tovora, ki se nakopiči in se ob pravem času vrne v takšni ali drugačni obliki - odvisno od strukturne učinkovitosti pogona. Poleg običajnega blaga tekočina deluje kot aktivni akumulacijski element. Prednosti takšnih sistemov so strukturna prilagodljivost. Inženirji bi lahko uporabljali obsežno mrežo cevovodov, skozi katere je voda dajala energijo povezanim rezervoarjem. V današnjem času so takšne naprave za shranjevanje energije predstavljene v obliki črpalnih skladiščnih postaj. Res je, da je za tekoče akumulacijske naprave značilen kratek čas skladiščenja, saj voda izhlapi in zahteva redno posodabljanje.

Kinetični pogoni

Ta skupina je v glavnem predstavljena z oscilacijskimi mehanizmi, pri katerih se akumulacijski proces uresničuje z izmeničnimi, rotacijskimi ali linearnimi gibi istega tovora. Značilnost takšnih struktur je, da se bo, če bo potrebno, vračanje energije izvajalo prav tako neprekinjeno in v serijah - v ciklih. Klasičen primer kinetičnega pogona je mehanska ura. V tem primeru se "naboj" proizvaja s pomočjo mehanizma naprave, ki mu sledi postopno sproščanje energije iz vzmetnega nihala. Sodobnejša interpretacija kinetičnih mehanizmov je žiroskopska baterija. Shranjevanje energije v tem primeru temelji na rotirajočem vztrajniku s funkcijo šoka. Takšni sistemi se uporabljajo v hidravlični in pnevmatski tehnologiji.

Toplotni akumulatorji

S tehnološkega vidika je to najpreprostejši primer kopičenja energije, s procesi, kjer je človek povsod. Kovinska ograja, ogrevana pod neposrednimi sončnimi žarki, že postaja akumulator toplote, saj jo ohranja v svoji strukturi. Drugi materiali lahko delujejo tudi kot akumulatorji toplote. Učinkovitost njihovega dela v tej kakovosti bo odvisna od specifične in volumetrične toplotne zmogljivosti. Na primer toplotne zmogljivosti vode je 4,2 kJ, za jeklo pa majhno - samo 0,46 kJ. Kljub temu, ko gre za ciljno kopičenje, se pogosteje uporablja kovinsko skladiščenje toplotne energije ali olja. Ta odločitev je utemeljena z željo po optimizaciji zasnove. Sodobni konvektorji in radiatorji so večinoma izdelani iz jekla in aluminija. Tudi nekateri modeli so napolnjeni z donosnejšimi materiali v smislu zadrževanja toplote.

Shranjevanje električne energije

Najmasivnejša oblika energije je električna energija. Zato se ta kategorija razvija najbolj aktivno, saj ponuja nove in naprednejše rešitve. Trenutno je najpogostejša baterija električni kondenzator. Zanj je značilna visoka stopnja odboja in shranjevanje energije, ne da bi delovni procesi omejevali na okoljske razmere. Na primer, večina modelov se lahko uporablja v pogojih povišanih ali izredno nizkih temperatur. In še enkrat, da bi optimizirali naprave za shranjevanje električne energije, so napolnjene s posebnimi elektrolitskimi celicami z visoko specifično zmogljivostjo.

Skladiščenje kemikalij

Pri teh pogonih pride do kemične reakcije. Vir energije v tem primeru bo organizacija pogojev za to reakcijo in zagotavljanje aktivnosti vključenih komponent. Poleg tega lahko proizvodnja ustvari različne vrste energije. Na primer, vodik se lahko pri neposredni elektrolizi sprosti iz vode. Najpogosteje pri takšnih načinih kopičenja je to gorivo, ki se sprosti. Lahko se preoblikuje v kompleks, ki zagotavlja kemično reakcijo ali prenese na potrošnika v njegovi prvotni obliki. Zato lahko naprave za shranjevanje energije delujejo kot pretvorniki, čeprav takšna širitev funkcij tehnično otežuje sistem.

Elektrokemični pogoni

Ta vrsta pogonov, kot že ime pove, je kombinacija ali hibrid. Ker se kemijske reakcije odlikujejo z visoko stopnjo učinkovitosti in nizkimi stroški, so logično kombinirane z nalogo generiranja najbolj zahtevane vrste energije - električne energije. Aktivni element v takih napravah je elektrolit. Naprava za shranjevanje energije za telefon je zlasti izdelana na osnovi litij-ionskih ali litij-polimernih elementov. Enako velja za akumulatorje za električna orodja. Glede na značilnosti je precej donosne baterije, za katere je značilna dostojna zmogljivost, visoka zmogljivost in majhnost. Toda elektrokemijske baterije imajo omejeno število ciklov polnjenja in praznjenja, kar je njihova glavna pomanjkljivost.

Sodobne rešitve

Napredna visokotehnološka podjetja spodbujajo smer kapacitivnih baterij. Na primer, Teslovi inženirji so ustvarili 122-kilogramski Powerwall 2 blok, ki temelji na istih litij-ionskih baterijah. Ta enota je modularna in lahko shranjuje približno 13,5 kWh. Podoben razvoj ponuja LG. Sistem Chem RESU ima na primer približno 10 kWh, vendar pri drugih zmogljivostnih lastnostih ni slabši od Teslove enote. Ta baterija je univerzalna naprava za shranjevanje energije, ki jo lahko uporabljate v vsakdanjem življenju in v industriji za proizvodnjo. Glavna stvar je, da moč izpolnjuje zahteve za porabniške sisteme.

Zaključek

V segmentu skladiščenja energije obstajajo tudi različne smeri tehnološkega razvoja. Združujejo le eno stvar - izpolnjevanje zahtev končnih potrošnikov. Na primer pogoni električne energije za majhno opremo in opremo morajo izpolnjevati zahteve po zanesljivosti in zanesljivosti. Širok trg za digitalno tehnologijo se bo bolj osredotočil na velikosti kompaktnih pogonov in povečal njihovo zmogljivost. Očitno je, da ni mogoče združiti vseh navedenih lastnosti v eni napravi, zato se razvijalci še vedno trudijo, da svoje izdelke najprej usmerijo na specifična področja uporabe.