Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /nano-data/main/resources.obj.php:5902) in /nano-data/main/resources.obj.php on line 5089
Альтернативная батарейка
Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Альтернативная батарейка

Ключевые слова:  альтернативная энергетика, мнение, накопители энергии, периодика

Автор(ы): Набиуллин Александр

Опубликовал(а):  Набиуллин Александр Ринатович

01 октября 2010

Тема альтернативной энергетики сейчас популярна. Разработано много оригинальных способов извлечения энергии ветра, солнца, приливов, тепловой энергии Земли. Но помимо получения энергии, необходимо её как-то накопить и сохранить. Это особенно актуально для источников, которые не действуют постоянно. Рассмотрим ряд способов накопления энергии с точки зрения типа энергии и запасаемого количества, высвобождаемой мощности, габаритов и обслуживания.

Аккумуляторы

Наиболее очевидный и привычный обывателю способ накопления электрической энергии. Реализуется с использованием готовых блоков, которые подключаются к источнику. Промышленно выпускаемые аккумуляторы, в т.ч. аккумуляторы автомобильные, практически не требуют обслуживания и удобны с точки зрения потребления накопленной энергии. Высвобождаемая единичным блоком мощность ограничена, но суммарная может быть очень большой. Блоки сравнительно компактны, но отличаются немалой массой. Свинцовый автомобильный аккумулятор массой 20 кг запасает 60 – 70 А/ч. При использовании литиевых батарей показатели значительно лучше (та же ёмкость обеспечивается при массе батареи около 2 кг), но они существенно дороже.

Конденсаторы

Немного менее очевидный способ накопления электрической энергии. Система принципиально очень проста и реализуется с использованием готовых блоков. Конденсаторы не требуют обслуживания и весьма долговечны. Запасаемая энергия сравнительно невелика, но режим её высвобождения позволяет получать огромную мощность.

Ротор (маховик)

Суть данного метода состоит в накоплении кинетической энергии, которая запасается в массивном вращающемся роторе. Чем больше масса и скорость вращения ротора, тем больше энергии он запасает и при определённых параметрах его “энергоёмкость” превосходит аккумуляторы. Энергия легко преобразуется в механическую (например, вращение узлов станка) или электрическую. Высвобождаемая мощность, в принципе ограничена только пределом прочности конструкции и может быть очень большой. Ротор с массой обода 10 кг и радиусом 1 метр, вращающийся со скоростью 3000 оборотов в минуту, имеет кинетическую энергию равную 493,5 кДж. При увеличении скорости вращения до 5000 об/мин запасаемая энергия возрастает до 1370,1 кДж. Обслуживания ротор не требует, но он должен иметь очень надёжные механизмы самоконтроля и системы торможения. Размеры ротора сравнительно велики, но он может быть изготовлен из дешёвых материалов. Важной особенностью изготовления ротора является тщательная балансировка, что может быть трудно реализуемо при его больших размерах и массе. Серьёзным недостатком является то, что в случае аварии ротор мгновенно остановить невозможно и вся запасённая энергия выделится либо в виде одного мощнейшего удара, либо в виде серии ударов меньшей мощности.

ГЭС (бассейн)

Этот тип накопителя запасает энергию в виде потенциальной энергии воды, поднятой на высоту. Количество запасаемой энергии на единицу массы мало: при массе 1 кг, поднятой на высоту 10 метров система запасает всего 98,1 Дж энергии. В качестве рабочего тела чаще всего используется вода. Подобные накопители обычно используются на крупных электростанциях как системы утилизации/накопления избыточной электроэнергии, которая появляется на спаде пика потребления энергии (например, городом) Система имеет очень большие размеры и является малоэффективной. Обслуживания требуют только механизмы преобразования энергии (турбины) и насосы, закачивающие воду на высоту.

Водород + топливный элемент

Очень популярный и широко обсуждаемый способ накопления энергии. Запасается химическая энергия, которая при работе элемента конвертируется в электрическую. Для безопасности вся система должна работать при низком давлении и иметь немалые размеры. КПД данной системы ниже, чем аккумулятора или конденсатора, она сложнее в эксплуатации и требует драгметаллов. Количество запасаемой энергии на единицу массы очень велико, на единицу объёма – достаточно мало. Принципиально реализуема без движущихся частей, что является несомненным плюсом. Мощность системы может быть большой.

Сжатый воздух

Редко применяемый и достаточно неудобный способ накопления механической энергии, которая может быть конвертирована в кинетическую и затем в электрическую. Для эффективной работы требует высокого давления и, следовательно, громоздкой системы хранения. Компрессоры высокого давления требуют присмотра и регулярных профилактических работ. Запасаемая энергия невелика и очень сильно зависит от температуры. В принципе, это может быть использовано в сочетании с нагревательными элементами, что сильно увеличит “энергоёмкость”, но в чистом виде это скорее минус. Высвобождаемая мощность может быть очень большой, но при этом работа устройства нестабильна, так как расширяющийся газ сильно охлаждается и содержащиеся пары воды могут замёрзнуть. При сжатии воздуха будет конденсироваться вода, что потребует системы её отвода из накопителя. Возникнут и проблемы коррозии.

Пружины типа часового механизма

В принципе, возможный способ накопления механической энергии, но сейчас он вызовет разве что улыбку. Низкая ёмкость, высвобождаемая мощность, необходимость присмотра и использования высококачественной стали. Сравнительно большие габариты.

Сброс в общую энергетическую сеть

Реализуемый и пропагандируемый способ, но он очень плох с точки зрения стабильного энергоснабжения. Связано это с тем, что альтернативные источники энергии непостоянны, и на случай прекращения их работы необходимо иметь стабильную резервную мощность равную соответствующему альтернативному источнику. Необходимость содержания одновременно и тепловой энергостанции и альтернативной системы сильно снижает ценность последней.

Расход энергии и накопление необходимого в быту продукта или создание специфических условий

Помимо традиционных способов накопления и утилизации энергии можно развивать и нетрадиционные. Это может быть накопление тепла или холода, накопление конденсата, выполнение определённой работы (например, периодическая откачка воды), изготовление востребованного продукта, освещение или вентиляция теплиц. Здесь практически нет ограничений фантазии и можно использовать практически любую мощность. Некоторый недостаток заключается в том, что эти способы не запасают энергию, которую затем можно использовать, но производят продукты или условия, которые могут требовать обычной энергии.

В вопросе альтернативных накопителей готовых решений ещё мало, и есть масса вариантов полёта фантазии...



Средний балл: 7.1 (голосов 7)

 


Комментарии
Владимир Владимирович, 01 октября 2010 02:51 
"потенциально гениальных"? ... мм... да...
...ну если планочку поставить низехонько-низехонько, то каждый перепрыгнет, и все будут гениально-счастливы (эксклюзивно-исключительный рецепт счастья для всех, кстати )
Владимир Владимирович, ну это я нагло в абстракте написал. ПОТЕНЦИАЛЬНО они гениальны, в целом... как
идея... как стремление... как необходимость... А вообще, можно было бы и часть 2 и 3 про это написать,
и уже написанное расшифровать... Все молодцы (а я публикацию, как всегда, испортил).
Травкин Илья Олегович, 01 октября 2010 09:37 
А еще как - нибудь написать про "холодный термояд" и сверхпроводниковые роторы - накопители энергии...
А часть 2 будет
Про воспроизводимый холодный термояд я не слышал. Сверхпроводниковые роторы - это имеются в виду катушки, "накачанные" током?
Владимир Владимирович, 01 октября 2010 10:27 
Евгений Алексеевич,
Извиняюсь - если редактором написано, то совсем другое дело.
Все молодцы!
В тексте отсутствуют оценки предельных значений плотности накапливаемой энергии.
Отсутствуют. Просто при их подсчёте слишком много взаимосвязанных переменных.

На примере конденсатора. Энергия зависит от напряжения, расстояния между обкладками, материала обкладок и прослойки между ними. Причём, чем выше напряжение и ближе обкладки - тем больше вероятность пробоя, следовательно, меньше гарантированный срок службы. Выигрывая в энергетике, мы неизменно проиграем в долговечности и надёжности конструкции.

Принципы накопления и высвобождения энергии и диктуемые ими условия более универсальны.
Сначала для разных классов накопителей даем оценки предельных значений плотности энергии, потом обсуждаем всякие trade-offs.
А смысл?
Предельные значения плотности накопленной энергии - это из области чистой теории. В промышленном масштабе они недостижимы. Описанные в публикации схемы могут быть легко реализованы уже сейчас.

Но и это не принципиально. Дело в том, что любая из этих схем по количеству запасаемой энергии на единицу массы уступает обычным дровам. (водородная, разве что, является исключением, но водород весьма неудобен в работе).

Так что вопрос альтернативной батарейки остаётся открытым.
Пастух Евфграфович, 04 октября 2010 16:11 
А можно, чтобы из нефтяных скважин (путепроводов в погибшую цивилизацию) брать не нефть а... ток. Кое что придумаем, закачаем в пласт, это нечто самособерётся, пропитается нефтью, вступит с ней в реакцию и
Палии Наталия Алексеевна, 04 октября 2010 16:49 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Спиральные нанотрубки
Спиральные нанотрубки

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

I МОСКОВСКАЯ ОСЕННЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ПЕРОВСКИТНОЙ ФОТОВОЛЬТАИКЕ
14-15 октября 2019 года состоится школа - конференция молодых ученых - I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019).

Золото России на Международной Химической Олимпиаде
30 июля в Париже завершилась 51-я Международная химическая олимпиада. Она была рекордной по числу участников - 309 школьников из более, чем 80 стран. Олимпиада прошла под девизом "Двигаем науку вместе" ("Make the science together"). Сборная России на олимпиаде завоевала 4 золотые медали и в медальном зачете поделила 1-2 место с командой Кореи. Победителями стали Михаил Матвеев (Вологда) и три москвича - Даниил Бардонов, Алексей Шишкин и Никита Чернов.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.