Alam memberi manusia berbagai sumber energi: matahari, angin, sungai, dan lain-lain. Kerugian dari generator energi bebas ini adalah kurangnya stabilitas. Oleh karena itu, selama periode kelebihan energi, ia disimpan dalam perangkat penyimpanan dan dihabiskan selama periode resesi sementara. Perangkat penyimpanan energi dicirikan oleh parameter berikut:
- jumlah energi yang tersimpan;
- kecepatan akumulasi dan pengembaliannya;
- berat jenis;
- waktu penyimpanan energi;
- keandalan;
- biaya pembuatan dan pemeliharaan dan lain-lain.
Ada banyak cara untuk mengatur drive. Salah satu yang paling nyaman adalah klasifikasi menurut jenis energi yang digunakan dalam perangkat penyimpanan, dan menurut metode akumulasi dan pengembaliannya. Perangkat penyimpanan energi dibagi menjadi beberapa jenis utama berikut:
- mekanik;
- termal;
- listrik;
- kimia.
Akumulasi energi potensial
Inti dari perangkat ini sangat mudah. Ketika beban diangkat, energi potensial terakumulasi; ketika diturunkan, ia melakukan pekerjaan yang bermanfaat. Fitur desain tergantung pada jenis kargo. Itu bisa padat, cair atauzat lepas. Biasanya, desain perangkat jenis ini sangat sederhana, sehingga keandalannya tinggi dan masa pakainya lama. Waktu penyimpanan energi yang disimpan tergantung pada daya tahan bahan dan dapat mencapai ribuan tahun. Sayangnya, perangkat tersebut memiliki kepadatan energi yang rendah.
Penyimpanan energi kinetik secara mekanis
Dalam perangkat ini, energi disimpan dalam pergerakan tubuh. Biasanya ini adalah gerakan osilasi atau translasi.
Energi kinetik dalam sistem osilasi terkonsentrasi pada gerakan bolak-balik tubuh. Energi disuplai dan dikonsumsi dalam porsi, seiring dengan pergerakan tubuh. Mekanismenya cukup kompleks dan berubah-ubah dalam pengaturan. Banyak digunakan dalam jam tangan mekanik. Jumlah energi yang tersimpan biasanya kecil dan hanya cocok untuk pengoperasian perangkat itu sendiri.
Perangkat penyimpanan bertenaga giroskop
Penyimpanan energi kinetik terkonsentrasi di roda gila yang berputar. Energi spesifik roda gila secara signifikan melebihi energi beban statis serupa. Dimungkinkan untuk menerima atau mengeluarkan daya yang signifikan dalam waktu singkat. Waktu penyimpanan energinya singkat, dan untuk sebagian besar desain terbatas pada beberapa jam. Teknologi modern memungkinkan waktu penyimpanan energi hingga beberapa bulan. Roda gila sangat sensitif terhadap goncangan. Energi perangkat secara langsung tergantung pada kecepatan rotasinya. Oleh karena itu, dalam proses akumulasi dan pengembalian energi, terjadi perubahan kecepatan putaran flywheel. Dan untuk beban sepertisebagai aturan, diperlukan kecepatan putaran yang konstan dan rendah.
Perangkat yang lebih menjanjikan adalah superflywheels. Mereka terbuat dari pita baja, serat sintetis atau kawat. Desainnya mungkin padat atau memiliki ruang kosong. Jika ada ruang kosong, gulungan pita bergerak ke pinggiran rotasi, momen inersia roda gila berubah, sebagian energi disimpan dalam pegas terdeformasi. Pada perangkat seperti itu, kecepatan rotasi lebih stabil daripada di struktur padat, dan konsumsi energinya jauh lebih tinggi. Mereka juga lebih aman.
Roda gila super modern terbuat dari serat Kevlar. Mereka berputar dalam ruang vakum pada suspensi magnetik. Mampu menyimpan energi selama beberapa bulan.
Penyimpanan mekanis menggunakan gaya elastis
Perangkat jenis ini mampu menyimpan energi spesifik yang sangat besar. Dari penggerak mekanis, ia memiliki intensitas energi tertinggi untuk perangkat dengan dimensi beberapa sentimeter. Roda gila besar dengan kecepatan rotasi yang sangat tinggi memiliki kandungan energi yang jauh lebih tinggi, tetapi sangat rentan terhadap pengaruh eksternal dan memiliki waktu penyimpanan energi yang lebih singkat.
Penyimpanan mekanik energi pegas
Mampu memberikan kekuatan mekanik tertinggi dari semua kelas penyimpanan energi. Ini hanya dibatasi oleh kekuatan tarik pegas. Energi dalam pegas terkompresi dapat disimpan selama beberapa dekade. Namun, karena deformasi konstan, kelelahan menumpuk di logam, dan kapasitas pegasmenurun. Pada saat yang sama, pegas baja berkualitas tinggi, dalam kondisi operasi yang tepat, dapat bekerja selama ratusan tahun tanpa kehilangan kapasitas yang berarti.
Fungsi pegas dapat dilakukan oleh elemen elastis apa pun. Karet gelang, misalnya, puluhan kali lebih unggul dari produk baja dalam hal energi yang tersimpan per satuan massa. Namun masa pakai karet akibat penuaan kimia hanya beberapa tahun.
Perangkat penyimpanan mekanis menggunakan energi gas terkompresi
Dalam perangkat jenis ini, energi disimpan dengan mengompresi gas. Dengan adanya kelebihan energi, gas dipompa di bawah tekanan ke dalam silinder menggunakan kompresor. Sesuai kebutuhan, gas terkompresi digunakan untuk memutar turbin atau generator listrik. Pada kapasitas rendah, disarankan untuk menggunakan motor piston daripada turbin. Gas dalam bejana di bawah tekanan ratusan atmosfer memiliki kepadatan energi spesifik yang tinggi selama beberapa tahun, dan dengan kelengkapan berkualitas tinggi - selama beberapa dekade.
Penyimpanan energi panas
Sebagian besar wilayah negara kita terletak di wilayah utara, sehingga sebagian besar energi terpaksa dihabiskan untuk pemanasan. Dalam hal ini, perlu untuk secara teratur memecahkan masalah menjaga panas di drive dan mengekstraknya dari sana jika perlu.
Dalam kebanyakan kasus, tidak mungkin untuk mencapai kepadatan tinggi dari energi panas yang tersimpan dan periode konservasi yang signifikan. Perangkat efektif yang ada dikarena beberapa fitur dan harga tinggi tidak cocok untuk aplikasi yang luas.
Penyimpanan karena kapasitas panas
Ini adalah salah satu cara paling kuno. Ini didasarkan pada prinsip akumulasi energi panas ketika suatu zat dipanaskan dan perpindahan panas ketika didinginkan. Desain drive semacam itu sangat sederhana. Ini bisa berupa sepotong zat padat atau wadah tertutup dengan cairan pendingin. Akumulator energi termal memiliki masa pakai yang sangat lama, jumlah siklus akumulasi dan pelepasan energi yang hampir tidak terbatas. Tapi waktu penyimpanannya tidak lebih dari beberapa hari.
Penyimpanan energi listrik
Energi listrik adalah bentuk yang paling nyaman di dunia modern. Itulah sebabnya perangkat penyimpanan listrik banyak digunakan dan paling berkembang. Sayangnya, kapasitas spesifik perangkat murah kecil, dan perangkat dengan kapasitas spesifik tinggi terlalu mahal dan berumur pendek. Alat penyimpan energi listrik adalah kapasitor, ionistor, baterai.
Kapasitor
Ini adalah jenis penyimpanan energi yang paling masif. Kapasitor mampu beroperasi pada suhu dari -50 hingga +150 derajat. Jumlah siklus akumulasi-kembali energi adalah puluhan miliar per detik. Dengan menghubungkan beberapa kapasitor secara paralel, Anda dapat dengan mudah mendapatkan kapasitansi yang diperlukan. Selain itu, ada kapasitor variabel. Mengubah kapasitansi kapasitor tersebut dapat dilakukan secara mekanis atau elektrik atau dengan suhu. Paling sering, kapasitor variabel dapat ditemukan dirangkaian osilasi.
Kapasitor dibagi menjadi dua kelas - polar dan non-polar. Kehidupan pelayanan polar (elektrolitik) lebih pendek daripada non-polar, mereka lebih tergantung pada kondisi eksternal, tetapi pada saat yang sama mereka memiliki kapasitas spesifik yang lebih besar.
Karena kapasitor penyimpanan energi bukanlah perangkat yang sangat sukses. Mereka memiliki kapasitas rendah dan kepadatan spesifik energi yang tersimpan, dan waktu penyimpanannya dihitung dalam detik, menit, jarang jam. Kapasitor telah menemukan aplikasi terutama dalam elektronik dan teknik listrik tenaga.
Perhitungan kapasitor, sebagai suatu peraturan, tidak menimbulkan kesulitan. Semua informasi yang diperlukan tentang berbagai jenis kapasitor disajikan dalam manual teknis.
Ionistor
Perangkat ini menempati posisi perantara antara kapasitor kutub dan baterai. Mereka kadang-kadang disebut sebagai "superkapasitor". Dengan demikian, mereka memiliki sejumlah besar tahap pengisian-pengosongan, kapasitasnya lebih besar daripada kapasitor, tetapi sedikit lebih kecil dari baterai kecil. Waktu penyimpanan energi hingga beberapa minggu. Ionistor sangat sensitif terhadap suhu.
Baterai daya
Baterai elektrokimia digunakan jika Anda perlu menyimpan banyak energi. Perangkat timbal-asam paling cocok untuk tujuan ini. Mereka ditemukan sekitar 150 tahun yang lalu. Dan sejak itu, tidak ada hal baru yang diperkenalkan ke perangkat baterai. Banyak model khusus telah muncul, kualitas komponen telah meningkat secara signifikan,keandalan baterai. Perlu dicatat bahwa perangkat baterai yang dibuat oleh produsen yang berbeda hanya berbeda dalam detail kecil untuk tujuan yang berbeda.
Baterai elektrokimia dibagi menjadi traksi dan start. Traksi digunakan dalam transportasi listrik, catu daya tak terputus, perkakas listrik. Baterai semacam itu dicirikan oleh debit seragam yang panjang dan kedalamannya yang besar. Baterai starter dapat mengalirkan arus tinggi dalam waktu singkat, tetapi pelepasan yang dalam tidak dapat diterima untuk mereka.
Baterai elektrokimia memiliki jumlah siklus pengisian-pengosongan yang terbatas, rata-rata dari 250 hingga 2000. Bahkan jika tidak digunakan, baterai akan rusak setelah beberapa tahun. Baterai elektrokimia sensitif terhadap suhu, memerlukan waktu pengisian yang lama, dan memerlukan perawatan yang ketat.
Perangkat perlu diisi ulang secara berkala. Baterai yang dipasang pada kendaraan diisi dalam gerakan dari generator. Di musim dingin, ini tidak cukup, baterai dingin tidak menerima pengisian daya dengan baik, dan konsumsi listrik untuk menghidupkan mesin meningkat. Karena itu, perlu mengisi daya baterai tambahan di ruangan yang hangat dengan pengisi daya khusus. Salah satu kelemahan signifikan dari perangkat timbal-asam adalah bobotnya yang berat.
Baterai untuk perangkat berdaya rendah
Jika perangkat seluler dengan bobot rendah diperlukan, maka pilih jenis baterai berikut: nikel-kadmium,lithium-ion, logam-hibrida, polimer-ion. Mereka memiliki kapasitas spesifik yang lebih tinggi, tetapi harganya jauh lebih tinggi. Mereka digunakan di ponsel, laptop, kamera, camcorder dan perangkat kecil lainnya. Berbagai jenis baterai berbeda dalam parameternya: jumlah siklus pengisian daya, umur simpan, kapasitas, ukuran, dll.
Baterai lithium-ion berdaya tinggi digunakan pada kendaraan listrik dan kendaraan hybrid. Mereka ringan, kapasitas spesifik tinggi dan keandalan tinggi. Pada saat yang sama, baterai lithium-ion sangat mudah terbakar. Pengapian dapat terjadi dari korsleting, deformasi mekanis atau penghancuran kasing, pelanggaran mode pengisian atau pengosongan baterai. Memadamkan api cukup sulit karena aktivitas lithium yang tinggi.
Baterai adalah tulang punggung banyak peralatan. Misalnya, perangkat penyimpan energi untuk telepon adalah baterai eksternal ringkas yang ditempatkan dalam wadah tahan air dan tahan lama. Ini memungkinkan Anda untuk mengisi daya atau memberi daya pada ponsel Anda. Perangkat penyimpanan energi seluler yang kuat mampu mengisi daya perangkat digital apa pun, bahkan laptop. Pada perangkat seperti itu, sebagai aturan, baterai lithium-ion berkapasitas tinggi dipasang. Penyimpanan energi untuk rumah juga tidak lengkap tanpa baterai. Tetapi ini adalah perangkat yang jauh lebih kompleks. Selain baterai, mereka termasuk pengisi daya, sistem kontrol, dan inverter. Perangkat dapat beroperasi baik dari jaringan tetap maupun dari sumber lain. Daya keluaran rata-rata adalah 5 kW.
Driveenergi kimia
Membedakan jenis penggerak "bahan bakar" dan "non-bahan bakar". Mereka membutuhkan teknologi khusus dan seringkali peralatan berteknologi tinggi yang besar. Proses yang digunakan memungkinkan untuk memperoleh energi dalam bentuk yang berbeda. Reaksi termokimia dapat berlangsung pada suhu rendah dan tinggi. Komponen untuk reaksi suhu tinggi dimasukkan hanya jika diperlukan untuk memperoleh energi. Sebelum itu, mereka disimpan secara terpisah, di tempat yang berbeda. Komponen untuk reaksi suhu rendah biasanya berada dalam wadah yang sama.
Penyimpanan energi dengan menjalankan bahan bakar
Metode ini mencakup dua tahap yang sepenuhnya independen: akumulasi energi ("pengisian") dan penggunaannya ("pengosongan"). Bahan bakar tradisional, sebagai suatu peraturan, memiliki kapasitas energi spesifik yang besar, kemungkinan penyimpanan jangka panjang, dan kemudahan penggunaan. Tapi hidup tidak tinggal diam. Pengenalan teknologi baru menempatkan peningkatan permintaan bahan bakar. Tugas ini diselesaikan dengan meningkatkan yang ada dan menciptakan bahan bakar baru yang berenergi tinggi.
Pengenalan sampel baru secara luas terhambat oleh pengembangan proses teknologi yang tidak memadai, bahaya kebakaran dan ledakan yang tinggi dalam pekerjaan, kebutuhan akan personel yang berkualifikasi tinggi, dan biaya teknologi yang tinggi.
Penyimpanan energi kimia tanpa bahan bakar
Dalam jenis penyimpanan ini, energi disimpan dengan mengubah beberapa bahan kimia menjadi bahan kimia lainnya. Misalnya, kapur mati, ketika dipanaskan, berubah menjadi kapur tohor. Saat pemakaian, energi yang tersimpandilepaskan sebagai panas dan gas. Inilah yang terjadi ketika jeruk nipis disiram dengan air. Agar reaksi dapat dimulai, biasanya cukup dengan menggabungkan komponen-komponennya. Intinya, ini adalah semacam reaksi termokimia, hanya saja berlangsung pada suhu ratusan dan ribuan derajat. Oleh karena itu, peralatan yang digunakan jauh lebih kompleks dan mahal.
