Die einfachste Batterie dieser Art ist eine gewöhnliche Gasflasche, in die im Moment der Spitzenstromerzeugung von einem Kompressor Luft unter hohem Druck gepumpt wird. Wenn die Energieproduktion sinkt oder umgekehrt der Verbrauch stark ansteigt, öffnet sich das Ventil und die austretende Druckluft dreht die Generatorturbine. Der Wirkungsgrad einer solchen Anlage erweist sich als relativ gering, aber angesichts der Tatsache, dass bei Produktionsspitzen oft Energie einfach verschwendet wird und den umgebenden Raum erwärmt, sollte auch dieser Zusatz nicht vernachlässigt werden.
Wie können Sie die Effizienz steigern und die relativen Kosten eines solchen Systems senken? In einem Setup namens Compressed Luftenergie Storage (CAES), erstmals 1991 von den USA in McIntosh, Alabama, gebaut. Als Reservoir dient eine natürliche unterirdische Salzgrotte. Die Salzschicht lässt keine Luft durch, auch nicht darunter Hochdruck- Salzstaub mit kleinen Körnern dichtet die kleinsten Risse ab, die in der Dicke der Formation auftreten können. Luft in die Höhle mit einem Volumen von 538.000 Kubikmetern. von einem Kompressor auf einen Druck von 77 Atmosphären gepumpt. Wenn der Stromverbrauch im Netz unerwartet ansteigt, entweicht Luft und gibt Strom an das System ab. Die Zeit zum Entleeren des Tanks auf einen niedrigeren Betriebsdruck von 46 atm beträgt 26 Stunden, in denen die Station 110 MW Leistung produziert.
Wie kann die Effizienz des Systems gesteigert werden? Druckluft dreht das Laufrad nicht alleine, sondern wird mit Erdgas vermischt und der Gasturbine zugeführt. Am meisten Die Leistung einer Gasturbine (bis zu zwei Drittel) wird normalerweise für den Antrieb des Kompressors aufgewendet, der Luft hineinpumpt – hier erzielen wir erhebliche Einsparungen. Darüber hinaus wird die Luft vor dem Eintritt in die Turbine im Wärmetauscher (Rekuperator) durch Verbrennungsprodukte erhitzt, was ebenfalls zur Effizienz beiträgt.
Insgesamt bietet dieses Schema, vergleichbar mit einer herkömmlichen Gasturbine, eine Reduzierung des Gasverbrauchs um 60 bis 70 %, einen schnellen Start aus dem kalten Zustand (mehrere Minuten) und gute Arbeit bei geringer Belastung. Der Bau der Mcntosh-Station dauerte 30 Monate und kostete 65 Millionen US-Dollar (trotz der Anwesenheit einer natürlichen Salzgrotte).
Zusätzlich zum Projekt in Alabama haben die Deutschen 1978 in Huntorf einen 290-MW-Speicher (2 Stunden Betrieb) in zwei Salzhöhlen in einer Tiefe von 600...800 m mit einem Druckbereich von 50... in Betrieb genommen. 70 Atmosphären. Der Speicher diente ursprünglich als heiße Reserve für die Industrie im Nordwesten Deutschlands und dient heute der Glättung von Produktionsspitzen. Windkraftanlagen.
IN Sowjetzeit Im Donbass war der Bau einer pneumatischen 1050-MW-Batterie geplant, aber leider blieb, wie bei vielen Projekten dieser Jahre, alles auf dem Papier.
Nun, ein Video von den Projektentwicklern.
Eine Höhle, ein Kompressor und eine Gasturbine – so funktioniert es pneumatischer Speicher Energie. In den USA wurde das erste Gerät dieser Art 1991 in McIntosh, Alabama, gebaut. Sein Zweck ist die Glättung von Spitzenlasten in Kraftwerken.
Im Akkumulationsmodus wird Luft durch Kompressoren in einen unterirdischen Speicher (natürliche Salzgrotte) mit einem Volumen von 538.000 Kubikmetern getrieben. bis zu einem Druck von 77 atm. Wenn der Stromverbrauch im Netz unerwartet ansteigt, entweicht Luft und gibt Strom an das System ab. Die Zeit zum Entleeren des Tanks auf einen niedrigeren Betriebsdruck von 46 atm beträgt 26 Stunden, in denen die Station 110 MW Leistung produziert. 
Die verdichtete Luft dreht die Turbine nicht selbstständig, sondern gelangt in die Gasturbine. Da normalerweise 2/3 der Leistung einer Gasturbine für den Antrieb des Kompressors aufgewendet werden, der Luft hineinpumpt, werden erhebliche Einsparungen erzielt. Vor Eintritt in die Turbine wird die Luft in einem Wärmetauscher (Rekuperator) durch Verbrennungsprodukte erhitzt, was ebenfalls zur Effizienzsteigerung beiträgt. 
Sie stellen eine Reduzierung des Gasverbrauchs um 60 bis 70 % im Vergleich zu einer herkömmlichen Gasturbine, einen schnellen Start aus dem kalten Zustand (mehrere Minuten) und einen guten Betrieb bei niedrigen Lasten fest.
Der Bau der Mcntosh-Station dauerte 30 Monate und kostete 65 Millionen US-Dollar.
Das Alabama-Projekt ist nicht einzigartig. Bereits 1978 haben die Deutschen in Huntorf in zwei Salzgrotten in einer Tiefe von 600...800 m und einem Druckbereich von 50...70 atm einen 290-MW-Speicher (2 Stunden Betrieb) in Betrieb genommen. Der Speicher diente ursprünglich als heiße Reserve für die Industrie im Nordwesten Deutschlands und dient heute der Glättung von Leistungsspitzen bei Windparks.
Sie schreiben, dass sie während der Sowjetzeit im Donbass planten, in derselben Höhle eine 1050-MW-Pneumatikbatterie zu installieren, deren Schicksal unbekannt ist.
Im Jahr 2012 wurde in Texas neben einem 2-Megawatt-Windpark ein pneumatischer 500-MWh-Speicher eröffnet, es gibt jedoch nur wenige Einzelheiten dazu. 
Ein Behälter mit Luft oder einem anderen Gas, der an einen Kanal angeschlossen und mit ausgestattet ist Sicherheitsventil, angepasst an einen bestimmten Druck. Pneumatischer Speicher notwendiges Element Sandblas- und Sandschießmaschinen zur Herstellung von... ... Metallurgisches Wörterbuch
pneumatischer Speicher- pneumatinis akumuliatorius statusas T sritis Energetika apibrėžtis Suslėgtų dujų arba oro energijos kaupiklis. atitikmenys: engl. pneumatischer Speicher vok. Druckluftspeicher, m rus. pneumatischer Speicher, m; pneumatischer Speicher, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
PNEUMATISCHER AKKUMULATOR- ein Tank mit Luft (oder einem anderen Gas), der an den Luftkanal angeschlossen und mit einer Sicherheitsvorrichtung ausgestattet ist. Ventil, das auf einen vorgegebenen Maximaldruck geregelt wird. Wird in komplexen pneumatischen Anwendungen eingesetzt. Netzwerke zum Ausgleich des Betriebsdrucks, auf Windkraftanlagen... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch
Batterie (Begriffsklärung)- Batterie (lat. Accumulator Collector, von lat. accumulo sammeln, akkumulieren) ein Gerät zur Speicherung von Energie für den Zweck ihrer späteren Verwendung. Eine Autobatterie ist eine wiederaufladbare Batterie, die in einem Auto verwendet wird... ... Wikipedia
Batterie- Dieser Begriff hat andere Bedeutungen, siehe Batterie (Bedeutungen). Batterie (lat. Akkumulatorsammler, von lat. accumulo sammeln, akkumulieren) ein Gerät zur Speicherung von Energie zum Zweck ihrer späteren Verwendung, ... ... Wikipedia
BATTERIE- (vom lateinischen Akkumulatorsammler) ein Gerät zur Speicherung von Energie zum Zweck ihrer späteren Verwendung. 1) Elektrischer Batteriewechsel elektrische Energie in ein chemisches und sorgt bei Bedarf für eine Rückumwandlung;... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch
BATTERIE Moderne Enzyklopädie
Batterie- (vom lateinischen Akkumulatorsammler), ein Gerät zur Speicherung von Energie für den Zweck ihrer späteren Verwendung. 1) Elektrische Batterie galvanische Zelle wiederverwendbar; wandelt elektrische Energie in chemische Energie um und... Illustriertes enzyklopädisches Wörterbuch
Batterie- A; m. Ein Gerät zur Speicherung von Energie für den Zweck ihrer späteren Verwendung. Thermisch, elektrisch u. a. Laden Sie a auf. ◁ Wiederaufladbar, oh, oh. A. Panzer. Und das ist die Batterie. * * * Batterie (von lat. Akkumulatorsammler), ein Gerät zur Speicherung... ... Enzyklopädisches Wörterbuch
Batterie- (lat. Akkumulatorkollektor, von accumulo sammeln, akkumulieren) eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie für den Zweck ihrer späteren Verwendung. Je nach Art der gespeicherten Energie werden A. unterschieden: elektrische, hydraulische, thermische,... ... Große sowjetische Enzyklopädie
Ökologie des Wissens: Im Rahmen der aktiven Entwicklung neuer Technologien im Energiesektor sind Stromspeicher ein bekannter Trend. Dies ist eine hochwertige Lösung für das Problem von Stromausfällen oder völligem Energiemangel.
Es gibt eine Frage: „Welche Energiespeichermethode ist in einer bestimmten Situation vorzuziehen?“. Welche Methode der Energiespeicherung sollte ich beispielsweise für ein Privathaus oder Ferienhaus wählen, das mit einer Solar- oder Windanlage ausgestattet ist? Natürlich wird in diesem Fall niemand ein großes Pumpspeicherwerk bauen, aber es ist möglich, einen großen Tank zu installieren und ihn auf eine Höhe von 10 Metern anzuheben. Aber reicht eine solche Installation aus, um auch bei fehlender Sonne eine konstante Stromversorgung aufrechtzuerhalten?
Um die aufkommenden Fragen zu beantworten, ist es notwendig, einige Kriterien zur Bewertung von Batterien zu entwickeln, die uns eine objektive Beurteilung ermöglichen. Dazu müssen Sie verschiedene Antriebsparameter berücksichtigen, die es Ihnen ermöglichen, numerische Schätzungen zu erhalten.
Kapazität oder angesammelte Ladung?
Wenn über Autobatterien gesprochen oder geschrieben wird, wird oft ein Wert erwähnt, der Batteriekapazität genannt wird und in Amperestunden (bei kleinen Batterien in Milliamperestunden) ausgedrückt wird. Aber streng genommen ist die Amperestunde keine Kapazitätseinheit. In der elektrischen Theorie wird die Kapazität in Farad gemessen. Und die Amperestunde ist eine Maßeinheit für die Ladung! Das heißt, die akkumulierte Ladung sollte als Merkmal der Batterie betrachtet (und so genannt) werden.
In der Physik wird die Ladung in Coulomb gemessen. Ein Coulomb ist die Ladungsmenge, die bei einem Strom von 1 Ampere in einer Sekunde durch einen Leiter fließt. Da 1 C/s gleich 1 A ist, finden wir durch die Umrechnung von Stunden in Sekunden, dass eine Amperestunde 3600 C entspricht.
Es ist zu beachten, dass bereits aus der Definition eines Coulomb klar hervorgeht, dass die Ladung einen bestimmten Prozess charakterisiert, nämlich den Prozess des Stromflusses durch einen Leiter. Das Gleiche ergibt sich sogar aus dem Namen einer anderen Größe: Eine Amperestunde ist, wenn eine Stunde lang ein Strom von einem Ampere durch einen Leiter fließt.
Auf den ersten Blick scheint es, dass hier eine Art Inkonsistenz vorliegt. Wenn es um Energieeinsparung geht, sollte die in jeder Batterie gespeicherte Energie schließlich in Joule gemessen werden, da Joule in der Physik die Energiemesseinheit ist. Aber denken wir daran, dass Strom in einem Leiter nur dann entsteht, wenn an den Enden des Leiters eine Potentialdifferenz besteht, also Spannung an den Leiter angelegt wird. Wenn die Spannung an den Batterieklemmen 1 Volt beträgt und eine Ladung von einer Amperestunde durch den Leiter fließt, stellen wir fest, dass die Batterie 1 V · 1 Ah = 1 Wh Energie geliefert hat.
In Bezug auf Batterien ist es daher korrekter, von akkumulierter Energie (gespeicherter Energie) oder akkumulierter (gespeicherter) Ladung zu sprechen. Da der Begriff „Batteriekapazität“ jedoch weit verbreitet und irgendwie bekannter ist, werden wir ihn verwenden, allerdings mit einer gewissen Klarstellung, nämlich von Energiekapazität.
Energiekapazität – die Energie, die eine vollständig geladene Batterie abgibt, wenn sie auf den niedrigsten zulässigen Wert entladen wird.
Mit diesem Konzept werden wir versuchen, die Energiekapazität näherungsweise zu berechnen und zu vergleichen verschiedene Arten Energiespeichergeräte.
Energiekapazität chemischer Batterien
Vollständig aufgeladen elektrische Batterie Mit einer angegebenen Kapazität (Ladung) von 1 Ah ist es theoretisch in der Lage, eine Stunde lang einen Strom von 1 Ampere bereitzustellen (oder beispielsweise 10 A für 0,1 Stunde oder 0,1 A für 10 Stunden). Ein zu hoher Batterieentladestrom führt jedoch zu einer weniger effizienten Leistungsabgabe, was die Betriebszeit mit diesem Strom nichtlinear verkürzt und zu Überhitzung führen kann. In der Praxis wird die Batteriekapazität auf der Grundlage eines 20-stündigen Entladezyklus bis zur Endspannung berechnet. Bei Autobatterien beträgt sie 10,8 V. Die Aufschrift „55 Ah“ auf dem Batterieetikett bedeutet beispielsweise, dass sie 20 Stunden lang einen Strom von 2,75 Ampere liefern kann und die Spannung an den Klemmen nicht unter 10,8 IN sinkt .
Batteriehersteller weisen häufig darauf hin technische Spezifikationen ihrer Produkte die gespeicherte Energie in Wh (Wh) und nicht die gespeicherte Ladung in mAh (mAh), was im Allgemeinen nicht korrekt ist. Die Berechnung der gespeicherten Energie aus der gespeicherten Ladung ist im allgemeinen Fall nicht einfach: Sie erfordert die Integration der von der Batterie während der gesamten Entladezeit gelieferten Momentanleistung. Wenn keine größere Genauigkeit erforderlich ist, können Sie anstelle der Integration die Durchschnittswerte von Spannung und Stromverbrauch verwenden und die Formel verwenden:
1 Wh = 1 V 1 Ah.
Das heißt, die gespeicherte Energie (in Wh) entspricht ungefähr dem Produkt aus der gespeicherten Ladung (in Ah) und der durchschnittlichen Spannung (in Volt): E = Q · U. Wenn beispielsweise die Kapazität (im üblichen Sinne) einer 12-Volt-Batterie mit 60 Ah angegeben wird, beträgt die gespeicherte Energie, also ihre Energiekapazität, 720 W-Stunden.
Energiekapazität von Gravitationsenergiespeichern
In jedem Physiklehrbuch kann man lesen, dass die Arbeit A, die eine Kraft F verrichtet, wenn sie einen Körper der Masse m auf eine Höhe h hebt, durch die Formel A = m · g · h berechnet wird, wobei g die Erdbeschleunigung ist. Diese Formel gilt für den Fall, dass sich der Körper langsam bewegt und Reibungskräfte vernachlässigt werden können. Das Arbeiten gegen die Schwerkraft hängt nicht davon ab, wie wir den Körper heben: vertikal (wie ein Gewicht auf einer Uhr), entlang einer schiefen Ebene (wie beim Ziehen eines Schlittens auf einen Berg) oder auf andere Weise.
In allen Fällen gilt A = m · g · h. Wenn der Körper auf sein ursprüngliches Niveau abgesenkt wird, erzeugt die Schwerkraft die gleiche Arbeit, die von der Kraft F aufgewendet wurde, um den Körper anzuheben. Das bedeutet, dass wir beim Anheben eines Körpers Arbeit in Höhe von m · g · h gespeichert haben, d. h. der angehobene Körper hat eine Energie, die dem Produkt aus der auf diesen Körper wirkenden Schwerkraft und der Höhe, auf die er angehoben wird, entspricht. Diese Energie hängt nicht von dem Weg ab, auf dem der Aufstieg stattgefunden hat, sondern wird nur durch die Position des Körpers bestimmt (die Höhe, auf die er angehoben wird oder der Höhenunterschied zwischen der Anfangs- und Endposition des Körpers) und ist potentielle Energie genannt.
Mit dieser Formel schätzen wir die Energiekapazität einer Wassermasse ab, die in einen Tank mit einem Fassungsvermögen von 1000 Litern gepumpt wird, der sich 10 Meter über dem Boden (oder dem Niveau einer Wassergeneratorturbine) befindet. Nehmen wir an, dass der Tank die Form eines Würfels mit einer Kantenlänge von 1 m hat. Dann ist nach der Formel in Landsbergs Lehrbuch A = 1000 kg · (9,8 m/s2) · 10,5 m = 102900 kg · m2/. s2. Aber 1 kg m2/s2 entspricht 1 Joule, und in Wattstunden umgerechnet erhalten wir nur 28,583 Wattstunden. Das heißt, um eine Energiekapazität zu erhalten, die der Kapazität einer herkömmlichen Elektrobatterie von 720 Wattstunden entspricht, muss das Wasservolumen im Tank um das 25,2-fache erhöht werden.
Der Tank muss eine Rippenlänge von ca. 3 Metern haben. Gleichzeitig beträgt seine Energiekapazität 845 Wattstunden. Das ist mehr als die Kapazität einer einzelnen Batterie, allerdings ist das Einbauvolumen deutlich größer als die Größe einer herkömmlichen Blei-Zink-Autobatterie. Dieser Vergleich legt nahe, dass es sinnvoll ist, nicht die in einem System gespeicherte Energie für sich zu betrachten, sondern im Verhältnis zur Masse oder zum Volumen des betreffenden Systems.
Spezifische Energiekapazität
Daher sind wir zu dem Schluss gekommen, dass es ratsam ist, die Energiekapazität mit der Masse oder dem Volumen des Speichergeräts oder des Trägers selbst, beispielsweise in einen Tank eingefülltes Wasser, zu korrelieren. Es kommen zwei Indikatoren dieser Art in Betracht.
Wir bezeichnen die massenspezifische Energiekapazität als die Energiekapazität eines Speichergeräts geteilt durch die Masse dieses Speichergeräts.
Die volumetrische spezifische Energiekapazität ist die Energiekapazität eines Speichergeräts geteilt durch das Volumen dieses Speichergeräts.
Beispiel. Der für 12 Volt ausgelegte Blei-Säure-Akku Panasonic LC-X1265P hat eine Ladung von 65 Amperestunden und wiegt 20 kg. und Abmessungen (LxBxH) 350 · 166 · 175 mm. Seine Lebensdauer bei t = 20 C beträgt 10 Jahre. Somit beträgt seine massenspezifische Energieintensität 65 · 12 / 20 = 39 Wattstunden pro Kilogramm und seine volumetrische spezifische Energieintensität beträgt 65 · 12 / (3,5 · 1,66 · 1,75) = 76,7 Wattstunden pro Kubikdezimeter oder 0,0767 kWh pro Kubikmeter.
Für das im vorherigen Abschnitt besprochene Laufwerk Gravitationsenergie Basierend auf einem Wassertank mit einem Volumen von 1000 Litern beträgt die spezifische Massenenergieintensität nur 28,583 Wattstunden/1000 kg = 0,0286 Wh/kg, was 1363-mal weniger ist als die Massenenergieintensität einer Blei-Zink-Batterie. Und obwohl die Lebensdauer eines Schwerkraftspeichers deutlich länger sein kann, erscheint der Tank aus praktischer Sicht weniger attraktiv als eine Batterie.
Schauen wir uns noch ein paar Beispiele für Energiespeicher an und bewerten deren spezifische Energieintensität.
Energiekapazität des Wärmespeichers
Die Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die ein Körper aufnimmt, wenn er um 1 °C erhitzt wird. Je nachdem, zu welcher Mengeneinheit die Wärmekapazität gehört, unterscheidet man Masse, volumetrische und molare Wärmekapazität.
Masse spezifische Wärme, auch einfach spezifische Wärmekapazität genannt, ist die Wärmemenge, die einer Masseneinheit eines Stoffes zugeführt werden muss, um ihn um eine Temperatureinheit zu erhitzen. In SI wird es in Joule dividiert durch Kilogramm pro Kelvin (J kg−1 K−1) gemessen.
Die volumetrische Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die einer Volumeneinheit eines Stoffes zugeführt werden muss, um ihn pro Temperatureinheit zu erhitzen. In SI wird es in Joule pro Kubikmeter pro Kelvin (J m−3 K−1) gemessen.
Die molare Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die einem Mol eines Stoffes zugeführt werden muss, um ihn pro Temperatureinheit zu erhitzen. In SI wird es in Joule pro Mol pro Kelvin (J/(mol K)) gemessen.
Mol ist eine Maßeinheit für die Menge einer Substanz Internationales System Einheiten. Ein Mol ist die Stoffmenge in einem System, die die gleiche Anzahl an Strukturelementen enthält wie Kohlenstoff-12-Atome mit einem Gewicht von 0,012 kg.
Die spezifische Wärmekapazität wird von der Temperatur des Stoffes und anderen thermodynamischen Parametern beeinflusst. Beispielsweise liefert die Messung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser unterschiedliche Ergebnisse bei 20 °C und 60 °C. Darüber hinaus hängt die spezifische Wärmekapazität davon ab, wie sich die thermodynamischen Parameter des Stoffes (Druck, Volumen usw.) ändern dürfen; Beispielsweise sind die spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck (CP) und bei konstantem Volumen (CV) im Allgemeinen unterschiedlich.
Der Übergang eines Stoffes von einem Aggregatzustand in einen anderen geht mit einer abrupten Änderung der Wärmekapazität an einem bestimmten Temperaturübergangspunkt für jeden Stoff einher – dem Schmelzpunkt (Übergang). solide in Flüssigkeit), Siedepunkt (Übergang von Flüssigkeit in Gas) und dementsprechend die Temperaturen der Rückumwandlungen: Gefrieren und Kondensation.
Die spezifischen Wärmekapazitäten vieler Stoffe werden in Fachbüchern angegeben, meist für einen Prozess bei konstantem Druck. Zum Beispiel die spezifische Wärmekapazität flüssiges Wasser bei normale Bedingungen- 4200 J/(kg K); Eis - 2100 J/(kg K).
Anhand der dargestellten Daten können Sie versuchen, die Wärmekapazität eines Wasserwärmespeichers abzuschätzen (Zusammenfassung). Nehmen wir an, dass die darin enthaltene Wassermasse 1000 kg (Liter) beträgt. Wir erhitzen es auf 80 °C und lassen es so lange Wärme abgeben, bis es auf 30 °C abgekühlt ist. Wenn es Sie nicht stört, dass die Wärmekapazität unterschiedlich ist unterschiedliche Temperaturen Wir können davon ausgehen, dass der Wärmespeicher 4200 * 1000 * 50 J Wärme abgibt. Das heißt, die Energiekapazität eines solchen Wärmespeichers beträgt 210 Megajoule oder 58,333 Kilowattstunden Energie.
Wenn wir diesen Wert mit der Energieladung einer herkömmlichen Autobatterie (720 Wattstunden) vergleichen, sehen wir, dass die Energiekapazität des betreffenden Wärmespeichers der Energiekapazität von etwa 810 Elektrobatterien entspricht.
Die spezifische Massenenergieintensität eines solchen Wärmespeichers (auch ohne Berücksichtigung der Masse des Behälters, in dem das erwärmte Wasser tatsächlich gespeichert wird, und der Masse der Wärmedämmung) beträgt 58,3 kWh/1000 kg = 58,3 Wh/kg. Dies ist bereits mehr als die Massenenergieintensität einer Blei-Zink-Batterie, die, wie oben berechnet, 39 Wh/kg beträgt.
Nach groben Schätzungen ist der Wärmespeicher mit einem herkömmlichen vergleichbar Autobatterie und nach volumetrischer spezifischer Energieintensität, da ein Kilogramm Wasser ein Dezimeter Volumen ist, daher beträgt seine volumetrische spezifische Energieintensität ebenfalls 76,7 Wh/kg, was genau mit dem Volumen übereinstimmt spezifische Wärmekapazität Blei-Säure-Batterie. Bei der Berechnung des Wärmespeichers haben wir zwar nur das Wasservolumen berücksichtigt, obwohl auch das Volumen des Tanks und der Wärmedämmung berücksichtigt werden müssten. Aber auf jeden Fall wird der Verlust nicht so groß sein wie bei einem Schwerkraftspeicher.
Andere Arten von Energiespeichergeräten
Der Artikel „Überprüfung von Energiespeichern (Akkumulatoren)“ liefert Berechnungen der spezifischen Energieintensität einiger weiterer Energiespeicher. Lassen Sie uns einige Beispiele von dort ausleihen
Kondensatorspeicher
Bei einer Kondensatorkapazität von 1 F und einer Spannung von 250 V beträgt die gespeicherte Energie: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31,25 kJ ~ 8,69 Wh. Wenn Sie Elektrolytkondensatoren verwenden, kann deren Gewicht 120 kg betragen. Die spezifische Energie des Speichers beträgt 0,26 kJ/kg oder 0,072 W/kg. Im Betrieb kann das Laufwerk eine Stunde lang maximal 9 W belasten. Lebensdauer Elektrolytkondensatoren können bis zu 20 Jahre halten. In Bezug auf die gespeicherte Energiedichte ähneln Ionistoren chemischen Batterien. Vorteile: Die angesammelte Energie kann innerhalb kurzer Zeit genutzt werden.
Akkumulatoren mit Schwerkraftantrieb
Zuerst heben wir einen Körper mit einem Gewicht von 2000 kg auf eine Höhe von 5 m. Anschließend wird der Körper unter dem Einfluss der Schwerkraft abgesenkt, wodurch der elektrische Generator rotiert. E = mgh ~ 2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 kJ ~ 27,8 Wh. Spezifische Energiekapazität 0,0138 W·h/kg. Im Betrieb kann das Laufwerk eine Stunde lang maximal 28 W belasten. Die Lebensdauer des Antriebs kann 20 Jahre und mehr betragen.
Vorteile: Die angesammelte Energie kann innerhalb kurzer Zeit genutzt werden.
Schwungrad
Die im Schwungrad gespeicherte Energie kann mit der Formel E = 0,5 J w2 ermittelt werden, wobei J das Trägheitsmoment des rotierenden Körpers ist. Für einen Zylinder mit Radius R und Höhe H:
J = 0,5 p r R4 H
Dabei ist r die Dichte des Materials, aus dem der Zylinder besteht.
Limit lineare Geschwindigkeit am Umfang des Schwungrads Vmax (ca. 200 m/s für Stahl).
Vmax = wmax R oder wmax = Vmax /R
Dann ist Emax = 0,5 J w2max = 0,25 p r R2 H V2max = 0,25 M V2max
Die spezifische Energie beträgt: Emax /M = 0,25 V2max
Bei einem zylindrischen Schwungrad aus Stahl beträgt der maximale spezifische Energiegehalt etwa 10 kJ/kg. Für ein Schwungrad mit einem Gewicht von 100 kg (R = 0,2 m, H = 0,1 m) kann die maximal akkumulierte Energie 0,25 ∙ 3,14 ∙ 8000 ∙ 0,22 ∙ 0,1 ∙ 2002 ~ 1 MJ ~ 0,278 kWh betragen. Im Betrieb kann der Antrieb eine Stunde lang maximal 280 W belasten. Die Lebensdauer des Schwungrads kann 20 Jahre und mehr betragen. Vorteile: Die angesammelte Energie kann für kurze Zeit genutzt werden, die Leistung kann deutlich verbessert werden.
Super Schwungrad
Das Superschwungrad ist im Gegensatz zu herkömmlichen Schwungrädern dazu in der Lage Designmerkmale theoretisch bis zu 500 Wh pro Kilogramm Gewicht speichern. Aus irgendeinem Grund wurde die Entwicklung von Superschwungrädern jedoch eingestellt.
Pneumatischer Speicher
Luft unter einem Druck von 50 Atmosphären wird in einen Stahltank mit einem Fassungsvermögen von 1 m3 gepumpt. Um diesem Druck standzuhalten, müssen die Wände des Tanks etwa 5 mm dick sein. Für die Arbeit wird Druckluft verwendet. In einem isothermen Prozess wird die Arbeit A, die ein ideales Gas bei der Expansion in die Atmosphäre verrichtet, durch die Formel bestimmt:
A = (M / m) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1)
Dabei ist M die Masse des Gases, m die Molmasse des Gases, R die universelle Gaskonstante, T die absolute Temperatur, V1 das Anfangsvolumen des Gases und V2 das Endvolumen des Gases. Unter Berücksichtigung der Zustandsgleichung für ein ideales Gas (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2) für diese Implementierung des Speichergeräts V2 / V1 = 50, R = 8,31 J/(mol Grad), T = 293 0K, M / m ~ 50: 0,0224 ~ 2232, Gasarbeit während der Expansion 2232 ∙ 8,31 ∙ 293 ∙ ln 50 ~ 20 MJ ~ 5,56 kW · Stunde pro Zyklus. Die Masse des Antriebs beträgt ca. 250 kg. Die spezifische Energie beträgt 80 kJ/kg. Im Betrieb kann der pneumatische Speicher eine Stunde lang eine Belastung von maximal 5,5 kW bereitstellen. Lebensdauer pneumatischer Speicher kann 20 Jahre oder länger betragen.
Vorteile: Der Lagertank kann standardmäßig unter der Erde platziert werden Gasflaschen in der benötigten Menge mit entsprechender Ausrüstung, beim Einsatz einer Windkraftanlage, diese kann direkt die Kompressorpumpe antreiben, ist ausreichend vorhanden große Zahl Geräte, die die Energie der Druckluft direkt nutzen.
Vergleichstabelle einiger Energiespeicher
Fassen wir alle oben erhaltenen Werte der Parameter von Energiespeichern in einer Übersichtstabelle zusammen. Beachten wir jedoch zunächst, dass die spezifische Energieintensität es uns ermöglicht, Speichergeräte mit konventionellem Kraftstoff zu vergleichen.
Das Hauptmerkmal von Kraftstoff ist seine Verbrennungswärme, d. h. die Menge an Wärme, die bei der vollständigen Verbrennung freigesetzt wird. Man unterscheidet zwischen spezifischer Verbrennungswärme (MJ/kg) und volumetrischer Wärme (MJ/m3). Wenn wir MJ in kWh umrechnen, erhalten wir:
| Kraftstoff | Energiekapazität (kWh/kg) |
| Brennholz | 2,33-4,32 |
| Ölschiefer | 2,33 – 5,82 |
| Torf | 2,33 – 4,66 |
| Braunkohle | 2,92 -5,82 |
| Kohle | OK. 8.15 |
| Anthrazit | 9,08 – 9,32 |
| Öl | 11,63 |
| Benzin | 12,8 kWh/kg, 9,08 kWh/Liter |
Wie wir sehen, übersteigt die spezifische Energieintensität von Kraftstoff die Energieintensität von Energiespeichern deutlich. Weil als Backup-Quelle Energien werden oft genutzt Dieselgeneratoren, werden wir in die Abschlusstabelle die Energieintensität von Dieselkraftstoff einbeziehen, die 42624 kJ/kg oder 11,84 kW-Stunden/kg entspricht. Und fügen wir zum Vergleich noch mehr hinzu Erdgas und Wasserstoff, da letzterer auch als Grundlage für die Schaffung von Energiespeichern dienen kann.
Der spezifische Massenenergiegehalt von Flaschengas (Propan-Butan) beträgt 36 mJ/kg. oder 10 kWh/kg und für Wasserstoff - 33,58 kWh/kg.
Als Ergebnis erhalten wir die folgende Tabelle mit den Parametern der betrachteten Energiespeicher (die letzten beiden Zeilen dieser Tabelle wurden zum Vergleich mit herkömmlichen Energieträgern hinzugefügt):
| Energiespeicher | Eigenschaften möglich Umsetzung vorantreiben |
Auf Lager Energie, kWh |
Spezifische Energiekapazität, Wh/kg |
Maximale Betriebszeit bei einer Belastung von 100 W, Minuten |
Volumetrische spezifische Energieintensität, W h/dm3 |
Lebensdauer Jahre |
| Koprovy | Gewicht Rammgerät 2 t, Höhe Hub 5 m |
0,0278 | 0.0139 | 16,7 | 2,78/Volumen Pfahlramme in dm | mehr als 20 |
| Hydraulische Schwerkraft | Wassermasse 1000 kg, Pumphöhe 10 m | 0,0286 | 0,0286 | 16,7 | 0,0286 | mehr als 20 |
| Kondensator | Batteriekapazität 1 F, Spannung 250 V, Gewicht 120 kg |
0,00868 | 0.072 | 5.2 | 0,0868 | bis 20 |
| Schwungrad | Stahlschwungrad mit einem Gewicht von 100 kg, einem Durchmesser von 0,4 m und einer Dicke von 0,1 m | 0,278 | 2,78 | 166,8 | 69,5 | mehr als 20 |
| Blei-Säure-Batterie | Kapazität 190 Ah, Ausgangsspannung 12 V, Gewicht 70 kg | 1,083 | 15,47 | 650 | 60-75 | 3 … 5 |
| Pneumatisch | Stahltank mit einem Volumen von 1 m3 und einer Masse von 250 kg mit Druckluft unter Druck 50 Atmosphären | 0,556 | 22,2 | 3330 | 0,556 | mehr als 20 |
| Wärmespeicher | Wasservolumen 1000 l., erhitzt auf 80 °C, | 58,33 | 58,33 | 34998 | 58,33 | bis 20 |
| Wasserstoffflasche | Volumen 50 l., Dichte 0,09 kg/m³, Verdichtungsverhältnis 10:1 (Gewicht 0,045 kg) | 1,5 | 33580 | 906,66 | 671600 | mehr als 20 |
| Propan-Butan-Zylinder | Gasvolumen 50 l, Dichte 0,717 kg/m³, Verdichtungsverhältnis 10:1 (Gewicht 0,36 kg) | 3,6 | 10000 | 2160 | 200000 | mehr als 20 |
| Kanister mit Dieselkraftstoff | Volumen 50 l. (=40kg) | 473,6 | 11840 | 284160 | 236800 | mehr als 20 |
Die in dieser Tabelle angegebenen Zahlen sind sehr ungefähre Angaben; die Berechnungen berücksichtigen viele Faktoren, beispielsweise den Koeffizienten, nicht nützliche Aktion Dieser Generator, der gespeicherte Energie, Volumina und Gewichte nutzt notwendige Ausrüstung und so weiter. Allerdings ermöglichen diese Zahlen meiner Meinung nach eine erste Einschätzung der potenziellen Energieintensität verschiedene Arten Energiespeichergeräte.
Und wie aus der obigen Tabelle hervorgeht, die meisten effektives Aussehen Der Speicher wird durch eine Flasche mit Wasserstoff dargestellt. Wenn „kostenlose“ (überschüssige) Energie aus erneuerbaren Quellen zur Herstellung von Wasserstoff genutzt wird, könnte sich der Wasserstoffspeicher als der vielversprechendste erweisen.
Wasserstoff kann als Kraftstoff in einem herkömmlichen Motor verwendet werden interne Verbrennung, der den elektrischen Generator dreht, oder in Wasserstoff Brennstoffzellen die direkt Strom produzieren. Die Frage, welche Methode rentabler ist, bedarf einer gesonderten Betrachtung. Nun, Sicherheitsfragen bei der Produktion und Verwendung von Wasserstoff können zu Anpassungen führen, wenn die Machbarkeit der Verwendung des einen oder anderen Typs von Energiespeichergeräten geprüft wird. veröffentlicht
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