Альтернативная энергия Альтернативная энергетика, возобновляемые источники энергии, энергетические ресурсы планеты. Технологии накопления электроэнергииАккумулирование энергии - технология, которая перевернет энергетикуАккумулирование энергии (оно же – аккумулирование мощности) – процесс, в ходе которого энергия, выделяемая из внешних источников (солнечных, тепловых, ветряных и осмотических электростанций, а также – кинетической энергии или энергии окружающей среды), захватывается и хранится в небольших беспроводных автономных устройствах, подобных тем, что используются в носимых компьютерах и беспроводных сенсорных сетях. Аккумуляторы энергии обеспечивают очень мало энергии для энергосберегающей электроники. В то время, как для выработки электроэнергии в больших объемах необходимы полезные ископаемые (нефть, уголь и так далее), источником энергии для аккумуляторов станет окружающая среда. Так, к примеру, перепады температур появляются при работе двигателя внутреннего сгорания и в городских условиях, а больное количество электромагнитной энергии в окружающей среде из-за радио- и телевещания. Одним из самых первых применений энергии, собранной из электромагнитного излучения окружающей среды, стал детекторный приемник. Принципы аккумулирования энергии из фонового электромагнитного излучения могут быть продемонстрированы с помощью основных компонентов. ЭксплуатацияАккумуляторы, преобразующие энергию окружающей среды в электричество, вызывают большой интерес как у военной, так и у коммерческой отрасли. Некоторые системы, преобразующие кинетическую энергию, в частности – энергию океанических волн, электричество, могут применяться океанографическими датчиками контроля для автономной работы. В будущем такие аккумуляторы могут применяться для высокомощных устройств выдачи (или их антенн), развернутых в удаленной местности и служащих в качестве надежных электростанций для крупных систем. Также аккумуляторы можно применять для носимой электроники, где с их помощью можно будет заряжать или перезаряжать сотовые телефоны, портативные компьютеры, радиотехнические средства связи и тому подобное. Все эти устройства должны быть достаточно надежными, чтобы переносить неблагоприятные условия окружающей среды, и иметь достаточно широкий уровень динамической чувствительности, чтобы использовать целый спектр волновых движений. Накопление энергииЭнергия также может накапливаться в мощных миниатюрных автономных датчиках, подобных тем, что разработаны с использованием микроэлектромеханической технологии. Они зачастую очень малы и нуждаются в малых объемах энергии, но их применение ограничено из-за опоры на мощность батареи. Аккумулирование энергии из колебаний окружающей среды, ветра, тепла или света может дать способность умным датчикам работать бесконечно долго. Несколько научных и коммерческих групп вовлечены в анализ и разработку аккумулирования энергии из колебаний. В их числе – Группа по контролю над Управляющими Мощностями, Группа по разработке Оптических и Полупроводниковых устройств при Имперском колледже Лондона, ИМЕК и сотрудничающий Центр Хольста, компании «Adaptive Energy», «LLC», «ARVENI», Массачусетский технологический институт, Викторианский институт в Веллингтоне, Технологический институт Джорджии, Калифорнийский университет в Беркли, Саутгемтонский университет, Бристольский Университет, Лаборатория микроэнергетических систем при Токийском университете, Наньянский технологический университет, компании «Perpetuum» и «ReVibe Energy», Вестфолльский университетский колледж, Национальный университет Сингапура, Научно-исследовательская лаборатория при Университете Перуджи, Колумбийский университет, Автомномный университет Барселоны, Лаборатория по исследованию экологически чистой энергии при университете в Ульсане (Южная Корея). Национальный научный фонд также поддерживает совместный научно-исследовательский центр при Политехническом университете Виргинии и Техасском университете в Далласе. Он известен, как Центр по исследованию материалов и систем аккумулирования энергии. Как правило, доступная удельная мощность аккумуляторов энергии сильно зависит от конкретной отрасли (влияя на размер генератора) и самой конструкции генератора. В целом, устройства, преобразующие движение в энергию, как правило, способны производить несколько мкВт/см3, работая от движений человеческого тела, и несколько сотен мкВт/см3 – работая с механизмом. Большинство аккумуляторов энергии для носимой электроники вырабатывают крайне малую мощность. Хранение энергииВ основном, энергия может храниться в конденсаторе, ионисторе или батарее. Конденсаторы применяется в случае необходимости обеспечения крупных энергетических всплесков. Из батареи просачивается меньше энергии, поэтому ее используют, если устройству нужен стабильный ток. Использование энергииНа данный момент аккумулирование энергии в малых объемах представляет интерес для независимых сенсорных сетей. В этой отрасли аккумуляторы энергии будут брать запасенную в конденсаторе энергию, изменять ее мощность посредством второго конденсатора или батареи, чтобы использовать ее в микропроцессоре. Эта энергия может быть использована датчиками или накопителями данных, или же, вероятнее всего, для передачи беспроводным путем. ПричиныИстория аккумулирования энергии уходит к ветряным мельницам и водяным колесам. Люди десятилетиями искали способы сохранения энергии из тепла и колебаний. Движущей силой для поиска новых устройств для накопления энергии стало стремление к созданию мощных сенсорных сетей и мобильных устройств без батарей. Также причиной развития этой отрасли стала стремление обратить внимание на вопрос изменения климата и глобальное потепление. УстройстваСуществует много источников энергии малой мощности, которые в, большинстве своем, не могут быть применены в промышленных масштабах:
Источники фонового изученияОдним из возможных источников энергии могут стать распространенные радиопередатчики. Исторически сложилось так, что при большой области аккумулирования или близости к источнику беспроводной передачи электричества необходимо много энергии. Наноантенна – одно из изобретений, которое предлагает преодолеть это ограничение через преобразование энергии фонового излучения (к примеру, солнечного). Теоретически можно использовать радиовещание для подпитки устройств с дистанционным управлением, так как сейчас широко распространены система пассивной радиочастотной идентификации (РИ), но Федеральная комиссия по связи США (как и ряд аналогичных структур по всему миру) ограничили максимальную мощность, которая может быть передана этим путем для гражданского пользования. Этот метод используется для усиления индивидуальных узлов в беспроводной сенсорной сети. Движение потока жидкости или газаЭнергия из воздушных потоков тоже может быть аккумулирована при помощи различных генераторов с турбинами и без них. К примеру, малая ветряная турбина «Windbeam» собирает энергию для перезарядки батарей и подпитки электроники из воздушных потоков, создаваемых ветрами со скоростью менее 2 миль/ч. Кровоток может использоваться для подпитки приборов. К примеру, в Университете Берна был разработан кардиостимулятор, использующий кровоток для завода пружины, запускающей микроэлектрогенератор. ФотовольтаикаБеспроводная технология накопления энергии с использованием фотоэлементов предлагает серьезные преимущества в сравнении с проводной или исключительно аккумуляторной технологиями хранения энергии. Среди них – практически неисчерпаемый источник энергии без негативных для окружающей среды последствий. Современные системы фотоэлементов, расположенные в помещении, набирают мощность за счет специального покрытия из некристаллического силикона, используемого также в калькуляторах на солнечных батарейках. В последние годы появились новые технологии в области фотовольтаики, в частности – ячейки Гретцеля. Краситель поглощает свет также, как хлорофилл в растениях. Освободившиеся электроны попадают на слой оксида титана, откуда распространяются по всей площади электролита. Краска может быть создана так, что при видимом свете она производит намного больше энергии. К примеру, ячейка Гретцеля при освещенности в 200 люкс способна обеспечить более 10мкВт/см2 энергии. Пьезоэлектричество
Пьезоэлектрический эффект позволяет преобразовать механическое воздействие в электрический ток или напряжение. Воздействие может появиться за счет множества разных источников. Среди повседневных примеров – движение человека, низкочастотные сейсмические колебания и акустический шум. За редким исключением, пьезоэлектрический эффект связан с переменным током, требующим периодически сменяющегося значения механического резонанса для эффективной работы. Большинство источников пьезоэлектричества вырабатывают мощность, измеряемую в мВт (милливаттами), которой недостаточно для систематического использования, но достаточно для таких наручных устройств, как некоторые коммерческие модели часов с автоматическим заводом. Также предлагается использовать пьезоэлектрик в таких малогабаритных устройствах, как микронакопитель гидравлической энергии. В нем поток находящейся под давлением гидравлической жидкости будет управлять поршнем возвратно-поступательного хода, поддерживаемым тремя пьезоэлектрическими элементами, преобразующими изменения давления в переменный ток. Так как аккумулирование энергии с помощью пьезоэлектриков начало изучаться только с конца 1990-х годов, эта технология развивается до сих пор. Несмотря на это, инженерный колледж при Научном институте прикладных исследований (связанном, в свою очередь, с компанией «Arveni») сделал немало интересных открытий, связанных с переключателями с автономным источником питания. В 2006 году была создана первая беспроводная кнопка для дверного звонка, работающая без батареи. Так же недавно было доказано, что обычный беспроводной переключатель можно запитать от пьезоэлектрического аккумулятора. Остальные возможности применения в промышленности (примеры – аккумулирование энергии из колебаний или ударов с подающими датчиками) появились в 2000-2005 годах. Пьезоэлектрические системы могут преобразовывать движение человека в энергию. Управление перспективных исследовательских проектов при Министерстве обороны США финансировало программы по преобразованию движений рук и ног, шагов в обуви, и кровяного давления в энергию, необходимую для маломощных имплантируемых или носимых датчиков. Еще одним примером пьезоэлектрических аккумуляторов энергии являются нанощетки, которые можно вшить в одежду. Многие другие наносистемы использовались для создания устройства для аккумулирования энергии. Так, например, однокристальный ПМЯ-ИТ нанопояс был создан и преобразован в пьезоэлектрический аккумулятор энергии в 2016 году. Для того, чтобы до предела уменьшить дискомфорт человека, такие устройства нуждаются в тщательном проектировании. Эти источники накапливаемой энергии будут также влиять и на тело. Еще одним проектом, который старается создать устройство для аккумулирования энергии из колебаний и движения окружающей среды, стал «Vibration Energy Scavenging». Для накопления энергии дыхания можно использовать микропояс. Наконец, удалось создать пьезоэлектрический накопитель энергии величиной в несколько миллиметров. Использование пьезоэлектриков для аккумулирования энергии уже стало популярным. Они способны преобразовывать энергию механического воздействия в электрический заряд. Пьезоэлементы уже монтируют в покрытия аллей, чтобы собирать энергию из человеческих шагов. Также их можно встроить в обувь для накопления «энергии от прогулок». В 2005 году исследователи из Массачусетского технологического университета разработали первый микроскопический пьезоэлектрический накопитель энергии с использованием тонкой пленки из цирконат-титаната свинца. Арман Хаджати и Сан Гук Ким изобрели сверхширокополосный микроскопический пьезоэлектрический накопитель энергии, используя нелинейную жесткость двух резонаторов микроэлектромеханических систем. Сила деформации, направленная к двунаправленным лучам, приводит к изменяемой жесткости, обеспечивающей пассивную обратную связь, а позднее – резонанс. Энергия из «умных дорог» и пьезоэлектричествоВ 1880 году братья Пьер и Жак Кюри представили идею пьезоэлектричества. Пьезоэлектрический эффект позволяет преобразовать энергию механического воздействия в электричество, что дает возможность вырабатывать энергию от шагов, веса, колебаний и изменений температуры. Пленки из цирконат-титаната свинца привлекли внимание, как перспективные компоненты для датчиков силы, акселерометров, гироскопов, исполнительных устройств, настраиваемой оптики, микроскопических насосов, сегнетоэлектрических ОЗУ, дисплеев и умных дорог. Ведь при ограниченности источников энергии важную роль для окружающей среды будет играть именно аккумулирование энергии. Умные дороги также могут сыграть серьезную роль в выработке энергии. Вмонтированные в дорожное покрытие пьезоэлектрики могут преобразовывать давление движущихся автомобилей в напряжение и электричество. Умная система транспортировкиПьезоэлектрические датчики – самые полезные элементы, которые можно использовать для создания интеллектуальных систем «умных дорог», а также – увеличения их эффективности при продолжительной работе. Многие десятилетия ученые и эксперты спорили о том, как лучше преодолеть пробки при помощи таких интеллектуальных транспортных систем, как датчики на обочинах, нужные для измерения плотности транспортного потока и синхронизации работы светофоров для его контроля. Но из-за цены эти технологии очень ограничены. Существуют также умные технологии, которые уже готовы к быстрому развертыванию и эксплуатации, но большинство из них все еще находятся на стадии разработки и не могут быть воплощены на практике, как минимум, в ближайшие пять лет. ПироэлектричествоПироэлектрический эффект преобразовывает изменения температуры в электричество или напряжение так же, как и в случае с пьезоэлектрическим эффектом, являющимся разновидностью сегнетоэлектричества. Пироэлектрик требует периодически изменяющегося входного сигнала и, как правило, отличается током крайне малой мощности на выходе, которой не хватает для аккумулирования. Однако, ключевым преимуществом пироэлектрики над термоэлектрикой является стабильность многих пироэлектриков при температуре свыше 1200 °С, что позволяет использовать их для аккумулирования энергии из высокотемпературных источников, и в дальнейшем – увеличить их термодинамическое КПД. Одним из способов превратить израсходованное тепло в электричество является осуществление цикла Ольсена с пироэлектриками. Цикл Ольсена состоит из двух изотермических и изоэлектрических полей, в которых происходят процессы по смещению электрического поля. Основой цикла Ольсена является заряд конденсатора через охлаждение в маломощном электрическом поле и разряд – при нагревании или мощном электрическом поле. Для реализации цикла Ольсена было разработано несколько пироэлектрических преобразователей, использующих проводимость, конвекцию или излучение. Также существует теоретическое обоснование того, что пироэлектрическое преобразование основано на регенерации тепла, используемой в колеблющейся рабочей жидкости, а за счет цикла Ольсена можно достичь КПД цикла Карно между горячим и холодным тепловым резервуаром. Более того, недавние исследования показали, что полимеры на основе поливинилденфторид-трифторэтилена или керамика на основе цирконат-титанат свинца могут стать перспективными пироэлектриками, которые будут применяться для в преобразователях энергии за счет своей большой плотности энергии, создаваемой при низких температурах. К тому же, недавно был представлен пироэлектрический накопитель энергии, не нуждающийся периодически меняющегося входного сигнала. Аккумулятор энергии использует деполяризуемое электрическое поле нагретого пироэлектрика для преобразования тепловой энергии в механическую вместо извлечения электрического тока из двух электродов, прикрепленных к граням кристалла. ТермоэлектричествоВ 1821 году Томас Иоганн Зеебек открыл, что перепад температур, созданный между двумя различными проводниками, вырабатывает напряжение. В основе эффекта термоэлектричества – факт того, что перепад температур в проводнике приводит к появлению теплового потока, что, в свою очередь, к диффузии переносчика заряда. Поток в переносчике заряда между горячим и холодным пространствами, в свою очередь, создает напряжение. В 1834 году Жан Шарль Атаниз Пельтье обнаружил, что движение электрического тока через соединение двух разных проводников, в зависимости от его направления, может служить как для нагрева, так и для охлаждения. Поглощаемое или выделяемое тепло пропорционально току, и эта постоянная известна, как коэффициент Пельтье. Сегодня за счет сведений об эффекте Зеебека и Пельтье, термоэлектрики могут применяться, как нагреватели, охладители и генераторы (ТЭГи) Идеальный термоэлектрик обладает высокими коэффициентом Зеебека и электропроводимостью и низкой теплопроводностью. Она необходима для поддержки высокого перепада температур в переходе. Стандартные термоэлектрические модули, производимые сегодня, состоят из двух полупроводников из теллурита висмута (положительного и отрицательного), расположенных между двумя металлизированными керамическими пластинами. Пластины добавляют системе жесткости и изоляции. Полупроводники соединены последовательно в электрической схеме и параллельно – в тепловой. Были разработаны миниатюрные термоэлементы, преобразующие тепло тела в электричества и вырабатывающие 40 мкВт и 3 В электричества при разнице температур в 5 градусов, в то время, как более крупные аналоги сейчас применяются в радиоизотопных термоэлектрических генераторах. Примеры практического воплощения – пальчиковый тахокардиометр от «Holst Center» и термогенератор от немецкой компании «Fraunhofer». Преимущества термоэлектрики:
Недостатком преобразования тепла в электричество является низкий КПД (на данный момент – меньше 10 %). Сейчас происходит разработка материалов, способных работать при больших перепадах температуры и проводить электричество без тепла, что еще недавно считалось невозможным. Подобные разработки обещают увеличить КПД. Предстоящие работы в этой области позволят преобразовывать потраченное тепло, к примеру, от двигателя внутреннего сгорания, в электричество. Электростатика (емкостный накопитель)Этот тип аккумулирования энергии основан на изменении емкости конденсаторов, преобразующих колебания в электричество. Колебания отделяют платы заряженного конденсатора переменной емкости, и механическая энергия преобразуется в электрическую. Электростатические накопители энергии нуждаются в источнике поляризации для работы и преобразования механической энергии колебаний в электричество. Источник поляризации должен давать ток напряжением в несколько сотен вольт, что серьезно осложняет питание управляющей схемы. Другое решение – использование электретов, представляющих собой электрически заряженные диэлектрики, способные хранить поляризацию конденсатора много лет. Для этой цели можно переделать схемы обычных генераторов электростатической индукции, извлекающих энергию различного емкостного сопротивления. Получившиеся в итоге устройства будут способны к самозарядке, зарядке батарей и выработке энергии с напряжением, растущим в геометрической прогрессии, для хранения в конденсаторах, откуда ее будут периодически извлекать преобразователи постоянного тока. Магнитная индукцияМагниты, качающиеся на консолях, чувствительны к малейшим колебаниям и создают токи малой мощности при движении относительно проводников благодаря закону электромагнитной индукции Фарадея. После разработки устройства подобного типа в 2007 году, команда ученых из Саутгемптонского университета сделала возможной установку таких устройств в окружающей среде, которым не потребуется электричество извне. Датчики, установленные в недоступных местах, уже сейчас могут вырабатывать энергию сами и передавать данные внешним приемникам. Одним из главных ограничений для накопителей энергии из магнитных колебаний, разработанных в Саутгемптонском университете, является размер генератора (в данном случае – около 1 см3), который слишком велик для установки в современные мобильные устройства. Собранный генератор включает в себя схему размером 4х4х1 см, сравнимую с устройством «iPod nano». Последующее уменьшение габаритов станет возможным через интеграцию новых, более гибких материалов для консольного стержня. В 2012 году исследовательская группа из Северо-западного университета разработала генератор, получающий энергию из колебаний. Он был собран из полимеров и имел форму струны. Это устройство было способно определять те же частоты, что и аналог из Сатугемптона на кремниевой основе, но его балка была на треть короче. Также для аккумулирования энергии на основе магнитной индукции был предложен новый подход в виде использования феррожидкости. Статья из журнала под названием «Электромагнитный накопитель энергии на основе феррожидкости» обсуждает использование феррожидкости для накопления энергии низкочастотных (менее 2.2 Гц) колебаний с выходной мощностью около 80мВ/г. Коммерчески успешные накопители энергии из колебаний получили свое развитие после появления прототипов в Саутгемптонском университете. Они были достаточно велики для производства необходимой беспроводным сенсорным узлам энергии, но не могли нормально применяться в областях, требующих взаимодействия механизмов. Эти накопители на данный момент распространены в больших количествах для подпитки беспроводных сенсорных узлов, созданных компаниями типа «General Electrics» или «Emerson», или вмонтированной в поезд системы проверки от компании «Perpetuum». Беспроводные датчики линий электропередач могут использовать магнитную индукцию для аккумулирования энергии напрямую с контролируемого проводника. Сахар в кровиДругой путь аккумулирования энергии – окисление сахара в крови. Эти накопители энергии называют биобатареями. могут быть использованы для питания таких имплантированных электронных устройств, как кардиостимулятор, имплантированные биодатчики для диабетиков или активные системы РЧИ и других. На данный момент Майнтирская группа при Университете в Сент-Луисе создала энзимы, которые можно будет применять для генерации энергии из сахара в крови. Однако каждые несколько лет их нужно будет вводить заново. В 2012 в Университете Кларксона под управлением доктора Евгения Катца удалось запитать кардиостимулятор от введенных биохимических топливных элементов. Электроника, встроенная в деревьяАккумулирование энергии из метаболизма в деревьях относится к биологическому способу. Проект «Voltree» был разработан, как метод аккумулирования энергии из деревьев. Эти накопители используются для питания дистанционно управляемых датчиков и узловых сетей, как основы развернутой долгосрочной системы мониторинга лесных пожаров и погоды. Их веб-сайт утверждает, что срок службы такого устройства может быть ограничены лишь длительностью жизни самого дерева, где оно было установлено. Недавно они развернули малую тестовую сеть в лесу Национального парка США. Среди других источников энергии из деревьев – улавливание движения деревьев генератором. Теоретический анализ этого источника показал некоторые перспективы для питания малых электронных устройств. Устройство, основанное на этой теории, было создано и успешно питало сенсорный узел в течение года. Накопитель энергии на основе метаматериалов способен без использования проводов преобразовывать микроволны частотой в 900 МГц в постоянный ток напряжением в 7,3 В (больше, чем необходимо для USB-устройства). Также оно может быть настроено для накопления энергии из таких сигналов, как Wi-Fi, спутникового или даже звукового. Экспериментальный образец использует ряж из пяти стеклопластиковых и медных проводников. КПД преобразования достигает 37 %. Когда обычные антенны находятся слишком близко друг к другу, то они создают помехи друг другу, но, так как мощность радиоволны падает в отношении к кубу расстояние, количество энергии оказывается крайне малым. Несмотря на то, что заявленные 7,3 В являются достаточно крупным значением, это измерение актуально только для незамкнутого контура. Так как энергия – крайне мала, то при подключении может не вырабатываться практически никакого тока. Изменения атмосферного давленияВ отличие от герметичной камеры, для обеспечения энергией механических часов типа «Atmos clock» используется изменения в атмосферном давлении, причиняемые изменениями температуры или синоптической ситуацией. Энергия человекаАтлет способен произвести 300-400 Вт механической энергии за час, что примерно равно 1/3 кВтч или 0,5 л.с., в то время, как взрослый с хорошим физическим здоровьем – около 50-150 Вт за час энергичных упражнений (0,1 кВтч). Здоровый работник может примерно за 8 часов обеспечить 75 Вт энергии (0,5 кВтч). Вследствие этого самым подходящим способом производства энергии для краткосрочных заданий, не нуждающихся в больших затратах энергии, является энергия от нажатия на педали. Вспомогательная аппаратура для телаТакже уже появились биомеханические накопители энергии. Один из таких образцов, который пристегивается к колену, был создан Максом Донеланом. Устройства подобного типа позволяет вырабатывать 2,5 Вт энергии, чего достаточно для зарядки пяти мобильных телефонов. Футбольный мяч «Soccket», разработанный канадской компанией «Bionic Power», способен вырабатывать и хранить до 6 Вт энергии. Также энергия, извлекаемая из тела, может использоваться для кардиостимуляторов. МостовыеКомпания «PaveGen» выпустила специальную брусчатку для мостовых, способную к выработке электричества. Помимо стационарной установки, она также была продемонстрирована на таких мероприятиях, как Олимпиада 2012 года в Лондоне и Марафон в Париже Энергия от нажатия на педалиЭнергия от нажатия на педали является простым, эффективным и практичным методом получения энергии. По сути, существует всего две схемы подобных аппаратов – педаль с возвратно-поступательным движением и система ведущих звезд, вращающих педаль. Стационарные устройства типа деревообрабатывающих станков использовались несколько тысячелетий (по меньшей мере, с Бронзового века) и точно такой же возвратно-поступательный механизм с небольшими улучшениями был использован для швейной машинки, запатентованной Айзеком Зингером в 1851 году. Энергия от нажатия на педали чаще всего применяется в велосипедах или трициклах, которые пользуются большой популярностью с конца XIX века. Но квадроцикл, запатентованный в 1853 году, показал, что энергия может вырабатываться несколькими велосипедистами сразу. Педальные электрогенераторыНекоторые велотренажеры снабжены генераторами и батареями, и, по меньшей мере, один из них – запатентован американцами. Как правило, количество выработанной или накопленной полезной электроэнергии – мало, так как ни генераторы, ни батареи не обладают высоким КПД, а много энергии тратится на то, чтобы преобразовать мускульную силу во вращающую. Преодолимость этих проблем показали концепты, способные долгое время вырабатывать энергию мощностью в 120 Вт. Генератор «Dynapod»В 1980 году Добровольцами по оказанию технической помощи (ВИТА, штат Мэриленд, США) было предложено устройство для выработки энергии, названное ими «Dynapod». Их идея заключалась в том, чтобы оборудовать такую бытовую технику, как миксер, шлифовальный станок, ручная дрель и деревообрабатывающий станок, маломощными (меньше 1 л.с. или 500 – 1 000 Вт) электромоторами, используемыми в короткие промежутки времени. Так как большинство бытовых приборов используют в относительно постоянных условиях, где часто очень важен контроль скорости рабочего органа, педальные механизмы могут одновременно передать мускульную силу и отлично управлять скоростью там, где это необходимо. При этом можно также обеспечить комфортное сидячее место для оператора и освободить обе руки для управления устройством. Перспективные направленияДля аккумулирования энергии были предложены электроактивные полимеры. Они обладают большим коэффициентом деформации, большой энергетической плотностью и высоким КПД преобразования энергии. Предполагается, что общий вес систем на основе ЭАП (электроактивных полимеров) будет значительно ниже, чем у их аналогов на основе пьезоэлектриков. Наногенераторы, подобные тем, что были созданы в Технологическом университете Джорджии, могут предложить новый путь для обеспечения энергией устройств без батарей. По состоянию на 2008 год, они могут вырабатывать ток мощностью лишь в несколько десятков нВт, что слишком мало для практического применения. Итальянскими учеными был предложен шум в качестве источника энергии. Предполагается, что из различных низкочастотных колебаний можно будет извлекать и аккумулировать энергию за счет нелинейного динамического механизма, способного улучшить КПД накопителя в 4 раза по сравнению с традиционными линейными накопителями. Сочетание различных типов накопителей энергии в дальнейшем может уменьшить зависимость от батарей, в частности – в тех условиях, где периодически меняются виды доступной в окружающей среде энергии. Этот тип взаимодополняющего и сбалансированного аккумулирования энергии обладает потенциалом для увеличения надежности беспроводных сенсорных систем для структурной дозиметрии. www.tehnohacker.ru Развитие технологий накопления электрической энергииВ этой статье рассмотрены различные виды энергии. Особое внимание уделено электрической, механической и химической энергии. Представлены основные методы хранения энергии каждого типа, а также преобразования одного вида в другой. Сравнивается производительность трех технических решений для хранения электрической энергии: маховик, суперконденсаторы и литий-ионные батареи. Если электричество станет энергоносителем будущего, необходимо будет иметь системы хранения, которые будут соответствовать параметрам сети и потребителей. При этом эти системы хранения должны отвечать требованиям по энергоээфективности и энергобезопасности. Ключевые слова: энергия, хранение энергии, аккумуляторная батарея, суперконденсаторы, сверхпроводники Электрическая энергия является энергетическим вектором. Это означает, что электричество можно производить, передавать и хранить. Физически электричество определяется перемещением электронов в проводнике. В силу динамической природы, его хранение затруднительно. Существует два пути хранения электрической энергии. Первым вариантом является применение некоторого технологического решения, позволяющего сохранить энергию в электростатическом или электродинамическом виде. Вторым путем является преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Единицей измерения энергии является или Джоуль, или Ватт час. Известно, что один Ватт час составляет 3600 Джоулей. Различные классы энергии представлены на рисунке 1. Помимо электрической энергии существуют механическая, химическая, тепловая и лучистая энергия. Кроме этого, можно добавить шестой класс — ядерную энергию. Описывая эти различные виды энергии и их компоненты, в данной работе описываются основные методы хранения энергии. Затем в статье рассмотрены принципы хранения электрической энергии. В заключении приведено сравнение эффективности различных видов хранения энергии и дан прогноз энергетического баланса завтрашнего дня. Рис. 1. Классы энергий и виды перехода из одного типа в другой 1 Классы энергии 1.1. Механическая энергия Механическая энергия существует в двух формах — кинетическая и потенциальная. Все движущиеся объекты обладают кинетической энергией, пропорциональной массе объекта m и квадрату его скорости. Любой неподвижный объект на Земле может прийти в движение, особенно из-за силы тяжести. Иными словами, он содержит потенциальную механическую энергию, пропорциональную массе m, ускорению свободного падения g (9,81 м/с2 на поверхности Земли) и высоте h между его центром тяжести и расстоянием до поверхности Земли:
1.2. Химическая энергия Химическая энергия — это энергия, проявляющаяся при химических реакциях. Она обеспечивает связь между атомами материала, состоящего из молекул. Так как химическая реакция разрушает эти связи, энергия высвобождается. Например, при горении, часть этой энергии переходит в тепло. 1.3. Тепловая энергия Этот виды энергии обусловлен броуновским движением в веществе. Чем выше температура, чем больше пространства между атомами, тем дальше они могут передвигаться и тем большим запасом кинетической энергии они обладают. Эта тепловая энергия пропорциональна массе m, разности температур ΔT и коэффициенту С, зависящему от свойств материала. Этот коэффициент называется теплоемкость материала. Таким образом, охлажденный объект (соответственно нагретый) будет терять (набирать) определенное количество тепловой энергии, значение которой дается уравнением (3). 1.4. Лучистая и ядерная энергия Лучистая энергия включает в себя все формы энергии, передаваемой излучением. Если фотоны, переносящие эту энергию обладают длиной волны видимого спектра, то эта энергия называется видимым излучением. Для упрощения, энергия и длина волны связаны соотношением: где h — это постоянная Планка, равная 6,626*10–34 Дж/с. Наконец, ядерная энергия представляет собой силу, содержащуюся в атомах. В случае деления атома или спонтанно (радиоактивные материалы) испускаются различные виды частиц (альфа-частицы, состоящие из двух нейтронов и двух протонов, бета-частиц, состоящих из электрона, гамма-излучения, испускаемые по длинам нанометровые и пикометрические волны). 2. Хранение электрической энергии, преобразованной в другие виды энергии Поскольку существует множество видов энергии, которые могут храниться. Поэтому электрическую энергию возможно хранить в преобразованном виде. На рисунке 1 описаны основные технические решения для преобразования энергии из одной формы в другую. В этой статье рассмотрено только хранение энергии в электрических, механических и химических формах. 2.1. Механическая энергия С помощью электродвигателя электрическая энергия преобразуется в механическую. Одной из самых древних систем накопления энергии в механической форме, еще со времен Античной Греции, является маховик. Маховик представляет собой вращающуюся массу, которая приводится в движение электродвигателем или вручную. Его кинетическая энергия определяется как функция массы, ее угловой скорости ω и момента инерции J: Когда источник энергии отключается, маховик продолжает вращение по инерции. Если к маховику подводится электрическая энергия, то он возвращает ее обратно в сеть в силу обратимости электродвигателя. Самые маленькие маховики позволяют накапливать несколько киловатт часов, тогда как самые большие маховики накапливают сотни мегаватт часов [1]. Кроме этого, существует второй способ хранения механической энергии — в потенциальной форме. Такой метод используется в гидроаккумулирующих электростанциях [2]. В частности, необходимо наличие двух резервуаров с водой, располагающихся на различной высоте H. Для того чтобы запасать электрическую энергию воды, из резервуара 1, находящегося на меньшей высоте, закачивается воду с помощью насосов в другой резервуар 2. Для высвобождения энергии этот запас воды сбрасывается в резервуар 1, при этом проходя через турбину, генерирующую электрическую энергию за счет сброса воды. Мощность, вырабатываемая в Ваттах пропорциональная напору воды H, расхода воды Q и коэффициенту полезного действия турбины (0,93–0,96 %): Этот метод иногда используется для накопления избыточной энергии тепловых или атомных электростанций. Другие решения включают в себя хранение сжатого воздуха в естественных полостях или старых шахтах, как в Хунторфе в Германии, который имеет емкость 290 МВт. Это хранилище сжатого воздуха (CAES) работает с конца 1970-х годов [3]. 2.2. Химическая энергия Хранение энергии в химической форме является наиболее естественным способом хранения на Земле. В зависимости от массовой плотности энергии — количества энергии, накопленной на единицу массы, химическое соединение может содержать более или менее эквивалентную энергию для той же массы. Ископаемые виды топлива имеют очень высокие массовые энергии, что объясняет их нынешнее господство. Например, массовая энергия бензина составляет 13,13 кВтч/кг. Водород можно использовать не только в качестве топлива вместо бензина, но также и в топливных элементах. Наиболее эффективными для этого являются углеводородные виды топлива. Сжатый при 700 бар, водород имеет плотность энергии 36,79 кВтч/кг, в то время как древесина составляет всего 4,5 кВтч / кг. Для того чтобы преобразовать химическую энергию в другую, более легко используемую форму, самым простым решением является сжигание материала для получения энергии в тепловой форме. Затем эта тепловая энергия может быть преобразована в другой вид энергии, а затем в электрическую энергию. Химическая энергия также может быть преобразована в электрическую энергию непосредственно, когда хранение выполняется электрохимически в батареях или аккумуляторах. 3. Прямое хранение электрической энергии Чаще всего электрическая энергия преобразуется в химическую энергию для хранения. Однако она может быть запасена в своей первоначальной форме в потенциальном или кинетическом виде. 3.1. Электрохимическая форма Электрохимический накопитель предусматривает накопление положительных и отрицательных электрических зарядов посредством химической реакции (окисление и восстановление). В упрощенной форме в химии окисление представляет собой потерю электрона в атоме. Эта форма хранение применяется в аккумуляторах, формирующих аккумуляторные батареи. Это объясняется тем, что величины напряжения и тока единичного аккумулятора могут не отвечать требованиям специфики потребителя, который будет получать накопленную электрическую энергию. В аккумуляторе или ячейке электрические заряды накапливаются на обкладках двух электродов, которые разделены электролитом, как показано на рисунке 2. Мембрана служит для того, чтобы предотвратить перемещение ионов с одного электрода на другой, при этом пропуская беспрепятственно электроны. Рис. 2. Процесс разряда батареи На рисунке 2, иллюстрирующем процесс разряда батареи, медный электрод собирает положительные заряды — ионы Cu +. Когда внешняя нагрузка потребляет ток, аккумулятор разряжается. Это приводит к уменьшению числа ионов Cu + за счет восстановления, окислению другого электрода, происходящему из-за возникновения ионов Zn + на этом электроде из цинка. Батарея будет полностью разряжена, если в ней больше не останется ионов Cu +. Работа аккумулятора основана на том же принце. Однако, разряжаясь (извлечение энергии, содержащейся в нем в электрохимической форме) аккумулятор также может быть перезаряжен подачей внешнего тока. Поэтому химические реакции должны быть обратимыми. Это достигается путем выбора материалов электродов. Сочетание этих материалов дает конкретную разность потенциалов для каждого типа аккумулятора — напряжение холостого хода (Uxx). Существует три основных типа аккумуляторов: свинцовый, щелочной или литий-ионный. Для свинцового аккумулятора напряжение холостого хода Uxx составляет 2.1 В. Это обусловлено электродами аккумулятора данного типа — оксид свинца (IV) для отрицательного электрода PbO2 и Pb свинец или Pb3O4 для положительного электрода. Электролитом является серная кислота h3SO4. Щелочные батареи реализованы из никеля или кадмия, или из комбинации редкоземельных металлов и металлов переходной группы. Из этих металлов выполнены электроды. В качестве электролита выступает гидроксид калия (KOH). Напряжение холостого хода Uxx для данного типа составляет 1.2 В. Наконец, литий-ионные батареи используют ионы лития для переноса зарядов от одного электрода к другому. В данном типе аккумуляторов отрицательный электрод выполнен из графита, положительный электрод и электролит могут быть разной природы. Согласно положительному электроду, напряжение холостого хода Uxx варьируется от 3.2 до 3.8 В. 3.2. Электростатическая форма Существует возможность напрямую хранить электрическую энергию за счет положительных и отрицательных электрических зарядов, не прибегая к химической реакции. Этот принцип реализован в суперконденсаторах. Суперконденсатор представляет собой специфический технологический конденсатор, который может обладать емкостью в несколько тысяч Фарад в объеме, сравнимом с аккумулятором. Он состоит из двух электродов, разделенных электролитом. Электроды изготовлены из проводящего полимера, оксида металла или активированного угля. В отличие от обычного конденсатора, электролит суперконденсатора имеет проводящий и недиэлектрический характер, причем изоляционная функция возникает на границе раздела электролита-электрода. Активированный уголь обладает свойством адсорбции — увеличение концентрации молекул вещества у поверхности раздела двух фаз вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Поэтому достаточно приложить энергию слабой величины, разрушающую эти связи, и, таким образом, освободить накопленную энергию. 3.3. Электродинамическая форма Наконец, существует возможность накапливать электрическую энергию в кинетической форме с помощью применения технологии хранения энергии в магнитном поле сверхпроводников (проводники в которых отсутствуют электрические потери). Суть метода заключается в протекании постоянного тока через катушку, выполненную из сверхпроводящего провода, которая охлаждена до критической температуры. Затем производится режим короткого замыкания. Это приводит к тому, что закрытая сама по себе магнитная цепь становится источником постоянного магнитного потока. Критическая температура — это такая температура, при которой сверхпроводник имеет нулевое удельное сопротивление. Только сверхпроводники, критическая температура которых близка к температуре окружающей среды, могут быть использованы в данном методе. Например, диборид магния MbB2 становится сверхпроводящим ниже -39 ° К (-234 ° C). Однако эта технология должна в первую очередь рассматриваться как источник импульсного тока, а не для массового хранения электрической энергии. 4. Применение Плотность энергии батарей в настоящее время невысока: порядка 35 Втч / кг для свинцовых аккумуляторов и до 250 Втч / кг для литий-ионных. Текущие исследования направлены на повышение эффективности этих систем хранения, поскольку, по сравнению с ископаемым топливом, они имеют неоспоримое преимущество обратимости. Действительно, когда литр бензина или дизельного топлива сжигается, для перемещения автомобиля примерно на 15 километров, обратный процесс невозможен — бензобак не заполнится. Когда потребляется киловатт-час электрической энергии от батареи, можно перезарядить батарею, изменив направление электрического тока. 4.1. Сравнение основных характеристик Классическим методом представления и сравнения характеристик различных режимов хранения энергии в зависимости от их плотности энергии и плотности мощности является диаграмма Рагона [4]. Согласно этому методу при одинаковой мощности маховики имеют в среднем плотность энергии в четыре раза выше, аккумуляторы в сорок и углеводороды в восемьсот раз выше, чем у суперконденсаторов. Это отчасти объясняет, почему сегодня производители приступили к технологическому прорыву и замене бензина электрохимическими батареями в качестве источника энергии транспортных средств. Также возможно сравнить альтернативные методы хранения энергии. На рисунке 3 сравниваются механический режим (маховик), электрохимический режим (литий-ионный аккумулятор) и электростатический режим (суперконденсатор) [5]. Для каждого вида максимальная производительность изображена выделенной сплошной линией, минимальная — пунктирной линией. Значение 1 объясняется лучшей производительностью. Цикличность соответствует количеству циклов перезарядки разряда, которые может обеспечить устройство хранения. Суперконденсатор можно использовать до миллиона раз, маховик может поддерживать более 100 000 циклов, в то время как батарея может выдерживать только несколько тысяч циклов [6]. Ожидаемая продолжительность жизни также учитывает так называемое «старение» (естественное старение, происходящее даже в состоянии покоя). Для аккумуляторов оно составляет порядка 5 лет, в три-четыре раза меньше, чем в двух других методов. Саморазряд позволяет определить потери. Батарея теряет менее 3 % заряда в месяц, конденсатор может потерять до трети своего заряда в день, а маховик остановится через несколько часов из-за трения. Маховик может работать при более высоких температурах, в то время как батареи и суперконденсаторы не применяются при температуре выше шестидесяти градусов по Цельсию. В целом общая энергетическая эффективность зависит в основном от того, как устройство перезаряжается. Во всех случаях она составляет выше 90 %. Рис. 3. Сравнение параметров методов хранения энергии Таким образом, маховик подходит только для кратковременного хранения энергии. Это, может быть случай для трамваев или троллейбусов, штанги которых отсоединены от контактных воздушных линий, когда транспортное средство проезжает перекресток. Суперконденсатор возможно использовать дольше и чаще, чем батареи. Однако батареи являются наиболее эффективными для хранения электрической энергии в течение длительного времени. 4.2. Аккумулирование электроэнергии Сегодня стационарные аккумуляторы применяются как встроенные источники питания: в электромобилях и во всевозможные мобильных электронных устройствах (телефоны, смартфоны, ноутбуки и др.). При этом развитие таких систем хранения электрической энергии продолжится по двум причинам. Во-первых, производство электроэнергии движется в направлении большей децентрализации, а именно применению микро энергетических систем — автономных электрических сетей, объединяющих несколько локальных потребителей и источников энергии. Такие сети возможно использовать для производства, хранения и потребления электроэнергии в труднодоступных географических зонах и в зонах, в которых подключение к сети труднореализуемого [7]. Это приведет к повышенному спросу систем хранения электроэнергии. Во-вторых, чтобы лучше управлять сетями и микросетями, внедрение систем хранения данных может минимизировать или даже устранить пики ежедневного потребления [8]. Кроме этого, ожидается, что доля электрической энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии (солнечная энергия, ветер...), с каждым годом будет возрастать. Однако пики производства электроэнергии солнечными электростанциями не соответствуют пикам потребления, которые соответствуют вечернему времени. Таким образом, необходимо хранить избытки выработанной электроэнергии в течение дня, для того чтобы потреблять ее ночью и вечером. 4.3. Взлет электрической энергии В настоящее время принято считать, что образ жизни человечества в глобальном формате не может продолжаться устойчиво. В целях сохранения окружающей среды крайне важно сократить выбросы CO2в атмосферу, которые способствует увеличению парникового эффекта, путем резервирования в долгосрочной перспективе использования ископаемого топлива для других целей. Для этого необходимо воспользоваться всеми потенциальными энергиями, которые находятся в пределах нашей досягаемости, свободными, универсальными, экологически чистыми и возобновляемыми: солнечной энергией, ветром, приливным потоком, приливами, геотермальной энергией и др. Генерируемая такими источниками энергия в виде постоянного тока (DC), а не AC (AC). Проект Super-grid нацелен на изучение того, как энергосистема может в более или менее короткие сроки переключиться на DC, разрешив все технические проблемы, связанные с использованием DC [9]. В качестве примера, появление больших токов короткого замыкания происходит гораздо быстрее в сети DC, чем в AC [10], важно определить их внешний вид и отключить потребителей от сети до того, как авария распространится по всей сети. Использование электричества в качестве основного вектора энергии не возможно, если электричество, о котором идет речь, не производится без использования углеводородного топливо. Было бы не разумно производить электрическую энергию из углеводорода для того, чтобы зарядить батареи электромобиля. Не говоря уже о потерях при переходе из одного режима энергии в другой. Действительно, поскольку энергия является так называемой глобальной величиной (в отличие от так называемых локальных величин, таких как электрический потенциал или температура, например, которые существуют только в локальном контексте), она остается инвариантной. Это означает, что количество исходной электрической энергии E1 будет преобразовано в количество запасенной энергии E2, сопровождающееся потерями, чаще всего эффектом Джоуля, количества E3: Таким же образом, если потребителю поставляется некоторое количество электрической энергии E4, последний фактически будет использовать только количество энергии E5, так как часть E6 подаваемой энергии будет потеряна. Ограничивая преобразования между энергетическими формами, потери уменьшаются. Поэтому, поскольку энергия будет потребляться в будущем в основном в виде электричества, представляется целесообразным производить ее также в ее электрической форме. 5. Заключение В ближайшем будущем для аккумулирования электроэнергии электрическим операторам придется прибегать к банку хранилищ, содержащему устройства различной природы, чтобы использовать преимущества каждого отдельного решения. Действительно, если накопитель энергии в магнитном поле со сверхпроводниками может быть эффективным в связи с его очень низкими потерями и быстродействию. Другие решения, не представленные здесь, такие как единичные накопители большой мощности, установленные в непосредственной близости с потребителем. В дополнение к существующим гидроаккумулирующим электростанциям [11] необходимо разработать олеопневматические хранилища. Наконец, на объектах, где источниками электроэнергии служат возобновляемые ресурсы, целесообразно применять аккумуляторы для дальнейшего распределения энергии в сеть [12]. Таким образом, предполагается, что энергетический микс в будущем будет состоять в основном из источников, не содержащих углерода, возобновляемых источников, регулируемых системами хранения как на производственных площадях, так и в местах потребления. Литература:
Основные термины (генерируются автоматически): электрическая энергия, химическая энергия, батарея, система хранения, энергия, механическая энергия, тепловая энергия, холостой ход, вид энергии, аккумулятор. moluch.ru Устройство современных аккумуляторов. Новые технологии в аккумулировании энергии.Сегодня, когда развитие альтернативной энергетики становится все более активным, а также все больше энергии требуется для мобильных потребителей – крайне актуальным является вопрос аккумулирования электроэнергии. Критическая необходимость в новых технологиях накопления энергии подробно рассматривается, например, в статье «Перспективы солнечной энергетики». Давайте рассмотрим новые направления в области аккумулирования энергии.AmbriAmbri – одна из самых известных новинок в области аккумулирования энергии. Ранее этот аккумуляторный стартап назывался Liquid Battery Metal. Компанию-разработчика основал профессор Don Sadoway (Массачусетский технологический институт). Этот проект получал инвестиции от таких филантропов как Винод Хосл и Билл Гейтс. Технология Ambri основана на использовании расплава солей, который размещается между двумя слоями жидкого металла. Батареи выполнены в виде модульной системы, ячейки которой размещены в контейнере длиной чуть больше 12 метров. Максимальная мощность, выдаваемая этим аккумулятором, составляет 500 кВт, а емкость аккумулятора - 2 МВт. Для увеличения мощности/емкости можно включать несколько систем совместно. Планируемая дата промышленной реализации - 2й квартал 2014 года.Imprint EnergyИспользовав цинк вместо лития и применив технологию трафаретной печати, компания Imprint Energy предложила ультратонкую батарею, при этом еще и гибкую. Батарея имеет относительно высокую емкость при достаточно низкой стоимости производства.Благодаря малой толщине и гибкости батарей, компания-разработчик надеется заинтересовать своей технологией производителей мобильных устройств. При этом уже осуществляются поставки батарей первым клиентам, а дальше планируется значительное увеличение производства. Alveo energyalternativenergy.ru «Технологии хранения энергии: в ожидании прорыва» Запасы воды Мир уже в конце XIX века освоил понятную механическую технологию хранения энергии: сейчас ежегодно в мире в строительство новых гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС) вкладывается $7–10 млрд, их общая установленная мощность – более 300 ГВт. Принцип работы ГАЭС прост: когда нужно запасать электроэнергию, насос перекачивает воду в верхнее водохранилище. Когда нужно выдать электроэнергию в сеть – вода под действием силы тяжести сбрасывается вниз на турбину. Такой манёвренный источник генерации необходим для регулирования частоты в энергосистеме: при снижении потребления включаются насосы – при увеличении потребления происходит сброс воды. В период низкого спроса на энергию она расходуется на перекачку воды в верхний резервуар – в период высокого спроса происходит выработка энергии и ее поставка в сеть. Однако повсеместному внедрению технологии ГАЭС мешает несколько фундаментальных проблем. Проблема первая – необходимость подбора естественного рельефа с большим перепадом высот. Проблема – потребность затопить огромную площадь под озеро (площадь только верхнего басcейна Загорской ГАЭС в Подмосковье – около 2,6 кв. км), что ведёт как к снижению КПД из-за испарения воды, так и к локальным экологическим последствиям. В отсутствие рельефа научились строить искусственные насыпи и водоёмы, так называемые turtleneck (в переводе – «водолазка»), где вода сливается в специально построенный цилиндр, как в горлышко. На ГАЭС данного типа в Орландо (США) два года назад произошла крупная авария, в результате которой под угрозой затопления оказались соседние населённые пункты. Жизнь заставила копить Мировая энергетика пытается найти другие решения по хранению энергии, более простые с инженерной точки зрения и меньшей мощности, чем ГАЭС. По прогнозам мирового аналитического агентства Navigant Research, к 2025 году суммарная установленная мощность систем накопления энергии в мире увеличится по отношению к 2016 году почти в 20 раз – до 22 ГВт (без учёта ГАЭС; среднегодовой рост – 38,7%). Мировой рынок систем накопления энергии к 2025 году достигнет $75 млрд, если брать в расчёт накопители на электротранспорте. За последние несколько лет в мире произошло два события, усилившие значимость систем хранения в энергетике. Во-первых, увеличение мощности ВИЭ привело к проблемам с регулированием частоты. В Германии произошла авария с системными последствиями из-за сильного ветра на Северном море и работы ветропарков на полную мощность. Выработка возобновляемых источников непредсказуема, их диспетчеризация невозможна. Из-за этого страдает экономика: например, немцы вынуждены платить соседям за потребление энергии с немецких ВЭС в случае избыточной выработки. При наличии доплаты энергетики соседних стран запасают её на собственных ГАЭС. В Великобритании дошло до того, что в некоторых районах владельцам ветряков доплачивают, чтобы их не включали в сеть в отдельные часы. Второй мощный сигнал для инвесторов – первые крупные заказы на системы централизованного хранения энергии. Так, Калифорния около двух лет назад провела тендер на строительство 1,3 ГВт хранения за счёт любых решений. Подобные заказы свидетельствуют, что технологии промышленного хранения будут неизбежно развиваться и пользоваться спросом. Пока единое решение высокой ёмкости смог представить только Илон Маск, поставив в Австралию накопитель мощностью 100 МВт. Он эксплуатирует идею удешевления батареек за счёт вторичного использования – то есть после использования аккумуляторов в течение двух-трёх лет в автомобилях, немного «деградировавшие» батарейки почти бесплатно достанутся энергетикам. Но для масштабного развития таких систем нужен как минимум огромный парк легковых электромобилей, ёмкость аккумуляторов которого будет сопоставима с потребностями энергосистемы в централизованном хранении. Фокус на электрохимии Наибольшие усилия в мире пока сконцентрированы в области электрохимических технологий хранения, построенных на взаимодействии двух электродов и специальной жидкости – электролита (в последнее время ведётся много работ по использованию не только жидкого, но и твёрдого электролита). По этому принципу работают уже известные свинцовые, щелочные и семейство литиевых аккумуляторов. Интересное решение предлагают проточные батареи, которые имеют увеличенную ёмкость, за счёт применения двух банок с электролитом – заряженным и разряженным. В них электролит «прокачивается» между электродами. Американская Primus Power, в которую два года назад Российско-Казахстанский фонд нанотехнологий (РКФН, его соучредитель – «Роснано») инвестировал $5 млн, внедряет проточные системы накопления на ВИЭ-объектах в Казахстане. Главная проблема всех электрохимических технологий – ограниченный ресурс, то есть количество циклов заряда и разряда, после которых батареи начинают садиться, поскольку реакция не полностью обратима. Любые батарейки постепенно деградируют и перестают работать. Даже у лучших образцов ресурс достигает 3–10 тысяч циклов. Соответственно, если цикл заряда/разряда происходит хотя бы раз в день, то срок службы составит около 8 лет, два раза в день – аккумулятор прослужит только 4 года. Энергетика мыслит длинными циклами, а значит, решение будет относительно дорогим с учётом необходимости замены ячеек. При этом ёмкость хранилища может быть любой – она варьируется количеством ячеек. Сегодня стоимость электрохимических накопителей колеблется в диапазоне от $350 до $500 за 1 кВт•ч хранения с учётом комплексного решения. Они постоянно дешевеют, но пока непонятно, за счёт чего произойдёт дальнейшее значительное удешевление в электрохимии. Пока основную ставку делают на технологии «литий – сера» и «литий – воздух», но они не дошли до промышленного использования. Ключевое преимущество электрохимии перед механическими накопителями – высокая плотность хранения энергии, что сокращает вес и объём аккумулятора. Компактность решений позволяет применять их в мобильных объектах – электропоездах, погрузчиках, автомобилях, скутерах, велосипедах, а также в самолётах и дронах. Литий-ион вытесняет дизель В январе 2017 года «Россети» и «Хевел» запустили первую автономную гибридную энергоустановку (АГЭУ) в селе Менза Забайкальского края, снабжающую три посёлка. АГЭУ состоит из солнечных модулей общей мощностью 120 кВт, двух дизельных генераторов по 200 кВт каждый и накопителя ёмкостью 300 кВт•ч. Экспериментальное технологическое решение привело к снижению потребления привозного дизтоплива в три раза. Решение может быть масштабировано в изолированных энергорайонах Дальнего Востока. Применение АГЭУ там практически всегда приводит к снижению стоимости электроэнергии на фоне дорогого дизеля, установка гарантированно окупается через механизм энергосервисного контракта при текущих тарифах. Сейчас «Роснано» обсуждает развитие сотрудничества по АГЭУ с «Хевелом». В настоящий момент дочернее предприятие «Роснано» – «Лиотех» ведёт работу над созданием передвижного накопителя на базе КамАЗа, который бы позволял сетевой организации компенсировать пики нагрузки в центре и добавлять мощность локально, в случае ограничений при проведении аварийных работ, либо временном увеличении потребления. Грузовик может оперативно запитать около 150 кВт до 4 часов в любой транспортно доступной точке. До сих пор в таких ремонтных схемах использовались дизель-генераторы, но подобные решения не всегда приемлемы в крупных городах, так как создают много неудобств горожанам. Мобильное решение с накопителем для сетевой компании в расчёте на жизненный цикл уже обходится не дороже эксплуатации дизель-генераторов. Механический «Энергозапас» Особняком на фоне общей увлечённости электрохимией стоят редкие энтузиасты электромеханики. Среди них – проект «Энергозапас», базирующийся в наноцентре «Сигма» (входит в ФИОП, группа «Роснано») в Новосибирске. Он разрабатывает гравитационный накопитель, построенный на параллельной работе большого количества лифтов. На самом деле любой лифт является накопителем энергии, поэтому OTIS давно начал выпускать лифты с рекуперацией (вторичным использованием энергии в процессе торможения). Также используются автомобили с рекуперацией, они тоже тормозятся за счёт накопления энергии. Пять лет «Энергозапас» отбирал наиболее жизнеспособные концепты с высоким собственным КПД: вагонетки на склоне карьера, гидравлика, электромотор. Оказалось, что использовать максимально тяжёлые грузы и поднимать их высоко – это принципиально, иначе будет теряться много энергии на разгоне и торможении. Нужно сделать как можно длиннее «полезный пробег» лифта, но чем выше здание, тем дороже его удельная стоимость. Золотое сечение между уровнем КПД, стоимостью и высотностью проходит, как мы выяснили, примерно на 300 м (выше рост КПД не оправдывает стоимость здания). Целевая стоимость хранения – $250 за 1 кВт•ч, что, по нашим расчётам, чуть дешевле ГАЭС. Дальнейшее снижение возможно за счёт крупного заказа электромеханических компонентов у единого поставщика. Перед инженерами «Энегрозапаса» стояла задача максимально удешевить здание, чтобы конструкция выигрывала по стоимости у ГАЭС. Надо понимать, что гравитационный накопитель – это лёгкое нежилое здание, в нём не нужны окна, двери, твёрдые стены, глубокий фундамент и перекрытия. Достаточно обеспечить тепловую изоляцию и ветрозащиту. Даже с учётом тяжёлого груза на большой высоте проблема устойчивости здания решается шириной стен: здание будет похоже на широкий конусовидный цилиндр. Кроме того, тяжёлые грузы на высоте выполняют роль сейсморегулятора и термостата (медленно остывают). Для проверки эффективности разработанных решений «Энергозапас» планирует построить опытно-промышленную установку высотой 80 м, при этом движущиеся грузы будут уже в натуральную величину, как для 300-метрового здания. Энергетическая ёмкость установки экспериментальная – 4–5 МВт на 12–15 минут хранения. Пока определяется площадка в границах Московской области. На последнем заседании в 2017 году Национальная техническая инициатива поддержала реализацию проекта. Отказ от манёвренности Появление большого количества накопителей фундаментально меняет саму энергосистему. Пока для регулирования частоты диспетчер закладывает большой резерв мощностей, чтобы покрывать пики в отдельные часы, что приводит к низкой загрузке станций. С появлением промышленных накопителей, по сути – складов электроэнергии, графики выработки и потребления можно развести и сделать комфортными каждой стороне. Это фундаментально меняет и рынок электроэнергии, и рынок энергомашиностроения, ориентированного на манёвренность. Если в ней не будет необходимости, достаточно поставить в базовый режим работы АЭС и не содержать «запасные» мощности. Для любой генерирующей установки нет ничего лучше ровного графика, это как в автомобиле: при ускорении резко растёт расход топлива и при дёрганой езде бензин расходуется неэффективно. При постоянной «скорости» удельный расход топлива оптимальный: у электростанций КИУМ он может достигать 70–80% и могут сокращаться расходы на ремонты. Неминуемо трансформируются и расчёты на рынке электроэнергии и мощности: бессмысленно вести почасовые торги при ровном графике и оплачивать лишние мощности. Постепенно будет возникать развилка: строить новую станцию для покрытия максимального спроса или достаточно присоединить накопитель к существующей генерации? Но это довольно отдалённое будущее, до него осталось около 20 лет. Если представить, что энергетика резко перейдёт на накопители, то российской энергосистеме потребуется всего 15 ГВт хранения, чтобы полностью развязать производство и потребление при общей установленной мощности в ЕЭС России около 200 ГВт. Конечно, процесс перехода на накопители будет инерционным из-за приоритета потребления органического топлива – угля и газа. Нетривиальные решения Один из самых экзотических способов – хранилище на сжатом воздухе. Идея заимствована у газовых хранилищ: под землёй в карстовую пещеру закачивается воздух под большим давлением, а в нужный момент выпускается. Около 10 лет назад большие надежды возлагали на маховики: тяжёлые конструкции на магнитных подвесках вращаются с минимальным трением, сохраняя энергию или передавая её генератору. Маховики получились, как правило, совсем небольшой мощности и за счёт быстрого разгона «прижились» для поддержания частоты. К числу пока экстравагантных технологий хранения можно отнести и тепловое накопление. Электричество при помощи огромной «соляной банки» переводится в тепло, которое может долго хранится и преобразовываться обратно в электричество. Таким способом можно преобразовывать в электричество и солнечную энергию. Сначала жидкость разогревается на солнце: предварительно на ней фокусируют зеркала, преобразовывают в пар, а затем пар подают на турбину для выработки электричества. Такая станция установлена, например, в Калифорнии. ОАЭ рассматривает возможность строительства необычной ГАЭС под землёй. За счёт опускания тяжеленного гранитного поршня вода из подземного резервуара загоняется под давлением в узкую трубку, под которой стоит небольшая турбина. Когда нужно потреблять электроэнергию, вода и поршень поднимаются насосами обратно вверх. 31 Января 2018 в 18:07 peretok.ru ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ | Опубликовать статью РИНЦМарьенков С.А. ORCID: 0000-0003-0010-1250, Аспирант, Санкт-Петербургский горный университет ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ НАКОПЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Аннотация За последние десятилетие наблюдается значительный рост доли возобновляемых источников электрической энергии (ВИЭ) в общем объеме генерирующих мощностей. Однако внедрение все большего числа ВИЭ ставит перед энергетической системой новые вызовы. Непостоянный характер генерации ВИЭ, а также постепенный переход от централизованной системы энергоснабжения к распределенной, ведут к уменьшению стабильности и надежности энергетической системы. Одним из признанных вариантов решения данной проблемы является применение систем накопления электрической энергии (НЭЭ). В статье проведен сравнительный анализ современных технологий НЭЭ и определены наиболее оптимальные варианты для применения на уровне распределенной генерации с участием ВИЭ. Ключевые слова: возобновляемые источники электрической энергии, накопители электрической энергии, суперконденсатор. Marenkov S.A. ORCID: 0000-0003-0010-1250, Postgraduate student, Saint-Petersburg Mining University APPLYING OF ELECTRICAL ENERGY STORAGE TECHNOLOGIES TO INCREASE THE RELIABILITY OF POWER SYSTEM BASED ON RENEWABLE ENERGY SOURCES Abstract Оver the past decade has seen a significant increase in the share of renewable energy sources (RES) in the total generating capacity. However, growing use of renewable energy sources (RES) sets a new challenges. Intermittent nature of generation RES, as well as a gradual transition from a centralized to a distributed power system, leading to a decrease in the stability and reliability of the energy system. As one of recognized solutions of this problem is to use the electrical energy storage systems. In this article analyzed comparative of modern technologies accumulation of electrical energy and determined the best options for application of distributed generation with RES. Keywords: renewable energy sources, energy storage system, supercapacitor. Введение. По прогнозам мирового экспертного сообщества и ведущих исследовательских институтов России в области электроэнергетики, одним из ключевых трендов определяющих дальнейшее развитие отрасли будет постепенное увеличение доли возобновляемых источников электрической энергии (ВИЭ) в общем объеме генерирующих мощностей. Так, согласно данным статистической службы Европейского союза «Eurostat» суммарная доля ВИЭ в общем объеме генерации 28 стран Европейского союза с 2004 по 2014 год увеличилась с 14,4 до 27,5% (см. рисунок 1). По отчетам всемирной организации Renewable Energy Policy Network for the 21st Century (REN21) прирост генерации от наиболее развивающихся типов ВИЭ за 2014 года, ветро- и солнечной энергетики составил 15,9 и 29,2%, соответственно. А инвестиции в научные исследования и разработку в области ВИЭ с 2004 по 2014 год выросли более чем в 2 раза (с 5,5 до 12,7 млрд. долларов).[1]
Рис.1 – Доля ВИЭ от общего количества генерируемой электрической энергии в Европейском союзе
Однако всё увеличивающая роль ВИЭ, характеризующихся непостоянством во времени, приводит к уменьшению стабильности, а в следствии и уменьшению надежности распределительных сетей. Одним из способов борьбы с данной проблемой является применения накопителей электрической энергии (НЭЭ). Целью данной статьи является анализ существующих технологий НЭЭ и оценка возможности их применения в электрических сетях с высоким уровнем внедрения ВИЭ. Классификация накопителей электрической энергии. НЭЭ позволяют преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии, пригодные для хранения в определенном промежутки времени, с дальнейшей возможностью обратного преобразованию в электрическую энергию. Исходя из вышесказанного, можно разделить все НЭЭ по виду энергии, в котором происходит хранение (см. рисунок 2).
Рис. 2 – Классификация накопителей электрической энергии
Основные параметры исследуемых НЭЭ сведены в таблицы 1 и 2. I Накопители механической энергии
ГАЭС это технология НЭЭ с долгой историей. Первые ГАЭС появились в конце XIX века и к настоящему моменту являются НЭЭ с наибольшей энергетической емкостью. 99% запасаемой электрической энергии в мире приходится на ГАЭС. В состав ГАЭС входят комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидрогенераторы. В часы ночного минимума потребления электрической энергии ГАЭС использует дешевую электроэнергию для перекачки воды в верхний бьеф. В периоды утреннего и вечернего максимумов энергопотребления ГАЭС вырабатывает дорогую электрическую энергию, сбрасывая воду в нижний бьеф. Установленная мощность существующих ГАЭС варьируется от 1 до 3000МВт, при эффективности порядка 70-85% и эксплуатационном сроке службы до 40 лет.
Аккумулирование энергии в виде сжатого воздуха осуществляется с помощью электрического компрессора, который под высоким давлением закачивает воздух в подземные полости естественного происхождения или специальные резервуары. Закачка происходит в ночное время, в часы с минимальным уровнем энергопотребления, а в часы максимума энергопотребления, накопленный сжатый воздух используют для работы турбогенератора. CAES технологии могут применятся как для хранения большого количества энергии (аналогично ГАЭС) при этом воздух закачивается в естественные хранилища, так и для локального использования, при этом воздух закачивается в искусственные резервуары. Основным барьером на пути применения технологии CAES является поиск подходящего географического расположения хранилища и более низкая эффективность по сравнению с ГАЭС. Развитием технологии CAES является AA-CAES, в которую интегрирован тепловой накопитель электрической энергии.
Современная конструкция супермаховика обычно включает следующие компоненты: маховик, подшипники, электрический двигатель/генератор, вакуумная клеть. Накопления и высвобождения электрической энергии происходит за счет ускорения или замедления маховика. Количество запасенной энергии в супермаховике зависит от скорости вращения последнего. Все супермаховики можно условно разделить на 2 категории: низко (6000 об/мин.) и высоко (до 100000 об/мин.) скоростные. Супермаховики обладают высокой эффективностью, относительно высокой плотностью энергии. В 2011 фирма Beacon Power ввела в эксплуатацию накопительную систему на базе супермаховиков общей установленной мощностью 20МВт. Задачей данной установки является быстродействующее регулирование частоты сетевого напряжения. II Химические накопители электрической энергии
Аккумуляторные батареи одна из самых широко используемых технологий НЭЭ как в промышленности, так и в быту. Принцип работы аккумуляторов основан на обратимости протекания химических реакций. Самыми распространенными типами серийно выпускаемых аккумуляторных батарей являются: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые. Свинцово-кислотные АКБ Реагентами в свинцовых аккумуляторах служат диоксид свинца (РЬ02) и свинец (РЬ), электролитом — раствор серной кислоты. По области применению свинцово-кислотные АКБ разделяют на следующие группы: стартерные (для пуска ДВС), стационарные (в качестве источников резервного питания), тяговые (электротранспорт) и портативные (питание инструментов, приборов). Литий-ионные АКБ В качестве отрицательного электрода используется углеродистый материал, в который обратимо внедряются ионы лития. Активным материалом положительного электрода обычно служит оксид кобальта, в который обратимо внедряются ионы лития. Электролитом является раствор соли лития в неводном апротонном растворителе. Аккумуляторы имеют большую удельную энергию, высокий ресурс и способны работать при низких температурах. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, наклонную разрядную кривую и относительно большой саморазряд. Благодаря высокой удельной энергии их производство в последние годы резко возросло. Никель-кадмиевые АКБ Реагентами служат гидроксид никеля и кадмий, электролитом — раствор КОН, поэтому они также называются щелочными аккумуляторами. Основным преимуществом данного типа АКБ является высокий срок эксплуатации. Применяются для питания портативной аппаратуры.
Топливные элементы схожи по принципу действия с АКБ, но отличаются тем, что вещества участвующие в электрохимической реакции подаются из вне. Так в водородных топливных элементах происходит превращение химической энергии водорода в электрическую энергию в обход процесса горения. Топливные элементы обладают высоким КПД и могут наравне с АКБ использоваться для буферного накопления энергии от ВИЭ. [4] III Электрические накопители
Традиционные электролитические конденсаторы в простейшем случае представляют собой устройство для накопления энергии электрического поля, состоящее из двух электродов в форме пластин разделенные диэлектриком. Конденсаторы применяются для накопления малого количества электрической энергии и характеризуются высокой плотностью энергии и малым временем зарядки/разрядки.
Суперконденсаторы – это устройства, накопление электрической энергии в которых происходит благодаря заряду двойного электрического слоя. Этот слой образован поверхностью проводника и слоем прилежащих к нему ионов электролита. Двойной электрический слой можно рассматривать как конденсатор с двумя обкладками, емкость которого пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Благодаря тому, что расстояние между заряженной поверхностью проводника из которого изготавливаются электроды и слоем ионов очень мало (измеряется ангстремами), а величина поверхности проводника (например, активированного угля) достигает 1500…2000 м2/г, емкость угольного электрода массой 1 г может составлять 100…500 Ф. По основным параметрам суперконденсаторы занимают промежуточное положение между химическими источниками электрической энергии и обычными конденсаторами. Совместно с АКБ могут выступать в качестве гибридного накопителя электрической энергии, нивелирующего недостатки обоих элементов. [5]
Данный тип НЭЭ сохраняет энергию магнитного поля, созданную током, проходящим по соленоиду из сверхпроводящего материала, охлажденного до температуры ниже критической температуры сверхпроводимости. SMES является высокоэффективным НЭЭ с КПД более 95% и обладает малой задержкой времени между процессами зарядки и разрядки. В настоящий момент SMES накопители применяются в основном для управления качеством электрической энергии. [6] Таблица 1 – Основные параметры НЭЭ
Таблица 2 – Дополнительные параметры НЭЭ
Заключение. В результате проведенного анализа различных технологий НЭЭ было выявлено:
Литература
References
research-journal.org Системы накопления энергии в системах электроснабжения промышленных предприятийАвторы: Потапенко А.М., Мельников В.Д. Системы накопления энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий Потапенко Антон Михайлович, технический директор Мельников Викентий Дмитриевич, инженер технической поддержки ТИК «Системы накопления энергии» г. Новосибирск
Интенсивное развитие технологий преобразование энергии в последние десятилетия, а также снижение стоимости аккумуляторных батарей привело к созданию новых систем накопления энергии (СНЭ). Предлагаемые решения обладают такой мощностью, энергоемкостью, КПД и быстродействием, которые уже сейчас могут обеспечить их эффективное применение как на объектах электросетевого комплекса, так и в системах электроснабжения предприятий. В настоящее время за рубежом СНЭ уже активно применяются, имея множества преимуществ и для конечных потребителей электроэнергии, и для всего электросетевого комплекса. По прогнозам экспертов, к 2025 году суммарная установленная мощность накопителей (исключая ГАЭС) в мире составит 6 ГВт. В 2017 году Министерством энергетики РФ была утверждена Концепция развития рынка систем хранения электроэнергии в Российской Федерации. Кроме того, конкретные этапы реализации пилотных проектов с применением систем накопления энергии в России обозначены в дорожной карте EnergyNetв составе долгосрочной комплексной программе Национальной технологической инициативы. Система накопления энергии предназначена для накопления, хранения и отдачи электроэнергии в сеть или нагрузку с целью поддержания функционирования энергосистемы с обеспечением требуемого качества электроэнергии и реализации необходимых режимов. Структура системы накопления энергии и её основные подсистемы представлены на Рисунке 1.
Рисунок 1 – Структура системы накопления энергии и её основные подсистемы Подсистемы СНЭ: • Подсистема управления. Предназначена для обеспечения требуемых алгоритмов работы, обеспечения человеко-машинного интерфейса, мониторинга и связи с АСУ ТП верхнего уровня (АСУ ТП объекта). • Подсистема преобразования. По команде системы управления осуществляет двунаправленное преобразование энергии из звена постоянного тока (накопителя) в звено переменного тока и обратно. Основной элемент подсистемы – двунаправленный инвертор. • Подсистема хранения энергии. Комплектуется аккумуляторными батареями и/или батареями суперконденсаторов. Управление процессом заряда и мониторинг состояния элементов осуществляется системой управления BMS (battery management system). • Подсистема распределения. Имеет в составе коммутационные аппараты, согласующие трансформаторы, аппараты релейной защиты. Принципиальным отличием СНЭ от традиционных источников бесперебойного питания является то, что система накопления подключается не последовательно между сетью и нагрузкой, а параллельно с сетью. Это позволяет, помимо функции обеспечения бесперебойного питания, реализовать еще ряд полезных функций. СНЭ, по сути, обладает двумя ключевыми возможностями: потребление электроэнергии от генератора (или сети) и возврат электроэнергии в нагрузку или сеть. Современные алгоритмы управления потоками мощности в преобразователе напряжения позволяют широко раскрыть указанные возможности, применяя их для решения большого списка задач, часть из которых представлена ниже.
Рисунок 2 – Внешний вид системы накопления энергии в шкафном исполнении (выставочный образец) Повышение эффективности собственной генерации и компенсация резкопеременной нагрузки Работа некоторых предприятий обусловлена неравномерностью технологического процесса, что обуславливает возникновение резких набросов и/или сбросов нагрузки. При питании от централизованной сети это приводит к переплатам за установленную мощность, а при наличии собственной генерации – к необходимости завышать количество и мощность генераторных установок, следствием чего является большие капитальные затраты и перерасход топлива. Применение систем накопления энергии позволяет использовать генераторы меньшей установленной мощности. При этом значительно снижается расход топлива (более, чем в два раза), увеличивается межсервисный интервал за счет сокращения времени работы генераторов (отключение при низкой нагрузке) и его оптимальной загрузке. Повышение качества электроэнергии Включение и отключение мощных электроприемников приводит к снижению напряжения сети электроснабжения, а в некоторых случаях и частоты. Снижается качество электроэнергии и, как следствие, стабильность работы чувствительного оборудования (вплоть до отключения ответственных электроприемников). СНЭ способна компенсировать все пусковые процессы, обеспечивая стабильное качество электроэнергии. «Горячий» резерв Разница между вырабатываемой энергией и текущей нагрузкой покрывается за счет «горячего» резерва, который СНЭ может обеспечить практически мгновенно (быстродействие – не более 5 мсек). Таким образом, обеспечивается надежное энергоснабжение, снижаются издержки на поддержание резерва традиционными способами. Снижение стоимости технологического присоединения График нагрузки предприятий зачастую характеризуется достаточной неравномерностью. При этом время потребления максимальной мощности, которая и является установленной мощностью технологического присоединения, составляет от одного до трех часов в день. СНЭ, накапливая энергию в ночное время (при низком трафике), способна выдавать ее при повышении мощности нагрузки заданной установки, позволяя значительно снизить установленную мощность технологического присоединения. Компенсация реактивной мощности и функции активного фильтра СНЭ способна компенсировать реактивную мощность в пределах полной мощности установки, а также гармонические составляющие тока и напряжения (функция активного фильтра). Это позволяет повысить качество электроэнергии, снизить потери и увеличить срок службы оборудования. СНЭ в активно-адаптивных системах (smart grid) и ВИЭ Эффективность возобновляемых источников энергии (в основном солнечных панелей и ветряных установок), а также источников бестопливной распределенной генерации (утилизационных тепловых установок) с каждым годом растет, при этом стоимость таких решений снижается, открывая новые возможности для их применения. При своей экономической эффективности такие установки характеризуются неравномерным графиком генерации мощности, что значительно усложняет их применение. Решение с использованием системы накопления в качестве буфера позволяет полностью использовать потенциал генерации, снижая срок окупаемости, а также значительно повышая эффективность и стабильность работы всей системы электроснабжения. Системы накопления энергии являются эффективным устройством повышения экономичности, надежности и качества электроэнергии. Технологическая инжиниринговая компания «Системы накопления энергии» осуществляет полный комплекс работ под ключ: обследование энергообъекта, моделирование системы электроснабжения, выбор оптимального решения по созданию установки СНЭ, производство, пусконаладка и сервисное обслуживание. Запуск серийного производства установок запланирован на начало 2018 года, в течение которого планируется масштабное внедрение установок на промышленных предприятиях, в том числе на объектах электросетевого комплекса (сетевые накопители энергии большой мощности).
ТИК ООО «Системы накопления энергии» 630007, Новосибирск, ул. Серебренниковская, д.14/1 тел.: 8-800-707-66-50, www.estorsys.ru estorsys.ru Системы накопления энергии в большой энергетикеЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Кратко о Branan. Branan Ключевые слова: Цель проекта Российский рынок теплоэнергетики: ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР С энергией в будущее! ЦЕЛЕВАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ Распределенная энергетика СТРАТЕГИЯ «ГАЗПРОМА» В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ Описание компании Titan Power Solution 1. В поисках компромиссного решения docplayer.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
.jpg)
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН Как работает электроэнергетика в РК 1 2 3 Энергопроизводящая станция Вырабатывается электро- и теплоэнергия Высоковольтные линии электропередач Электроэнергия (ээ) 
Branan Legal 2012 1 Кратко о Branan Branan Ключевое преимущество Branan комплексный подход к решению задачи: объединение в одной команде экспертов в области стратегического, финансового и юридического 
Аннотация проекта (ПНИЭР), выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 2020 годы» Номер Соглашения о предоставлении 
Российский рынок теплоэнергетики: итоги 2014 г., прогноз до 2017 г. г. Москва, 2015 г. Аналитический отчет Этот отчет был подготовлен NeoAnalytics исключительно в целях информации. Содержащаяся в настоящем 
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР Подготовлено для Совета по инвестициям при Губернаторе Санкт-Петербурга 19 декабря 2016 Санкт-Петербург ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ 2 ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР Межведомственный 
С энергией в будущее! июнь 2006 Приоритеты инвестиционной политики ОГК-1 Ввод новых генерирующих мощностей по современным технологиям Замещение низкоэффективного оборудования, отработавшего свой парковый 
ЦЕЛЕВАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ АКТИВАМИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ НА СИСТЕМНОМ УРОВНЕ Москва 2016 Структура управления энергетическими системами государственного значения в целях обеспечения требуемой 
Распределенная энергетика Окно возможностей для развития 20 сентября 2017 г. Окно возможностей для распределенной энергетики Прогноз потребления электроэнергии в РФ (млрд. квт-ч) 1 400 1 300 1 200 1 100 
СТРАТЕГИЯ «ГАЗПРОМА» В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ Денис Федоров Начальник Управления развития электроэнергетического сектора и маркетинга в электроэнергетике ОАО «Газпром», генеральный директор ООО «Газпром энергохолдинг» 
Описание компании Titan Power Solution ООО «ТПС» является инновационной инжиниринговой компанией, специализирующейся на проектировании, разработке, производстве и практическом применении решений и систем 
Дербеденев В.А., к.э.н., генеральный директор ООО «Финансовый и организационный консалтинг» Фурщик М.А., к.э.н., управляющий партнер ООО «Финансовый и организационный консалтинг» Электроэнергетика: низкие 
