Բնությունը մարդուն տվել է էներգիայի տարբեր աղբյուրներ՝ արև, քամի, գետեր և այլն: Այս անվճար էներգիայի գեներատորների թերությունը կայունության բացակայությունն է: Ուստի էներգիայի ավելցուկային ժամանակահատվածներում այն պահվում է պահեստավորման սարքերում և ծախսվում ժամանակավոր անկման ժամանակաշրջաններում։ Էներգիայի պահպանման սարքերը բնութագրվում են հետևյալ պարամետրերով.
- պահեստավորված էներգիայի քանակը;
- դրա կուտակման և վերադարձի արագությունը;
- տեսակարար կշիռ;
- էներգիայի պահպանման ժամանակ;
- հուսալիություն;
- արտադրության և պահպանման ծախսերը և այլն:
Կան բազմաթիվ եղանակներ կազմակերպելու սկավառակներ: Ամենահարմարներից մեկը դասակարգումն է ըստ պահեստավորման սարքում օգտագործվող էներգիայի տեսակի և ըստ դրա կուտակման և վերադարձի եղանակի։ Էներգիայի պահպանման սարքերը բաժանվում են հետևյալ հիմնական տեսակների՝
- մեխանիկական;
- ջերմային;
- էլեկտրական;
- քիմիական.
Պոտենցիալ էներգիայի կուտակում
Այս սարքերի էությունը պարզ է: Բեռը բարձրացնելիս կուտակվում է պոտենցիալ էներգիա, իջեցնելիս՝ օգտակար աշխատանք: Դիզայնի առանձնահատկությունները կախված են բեռի տեսակից: Այն կարող է լինել պինդ, հեղուկ կամչամրացված նյութ. Որպես կանոն, այս տեսակի սարքերի դիզայնը չափազանց պարզ է, հետևաբար բարձր հուսալիությունը և երկար սպասարկման ժամկետը: Պահպանված էներգիայի պահպանման ժամանակը կախված է նյութերի ամրությունից և կարող է հասնել հազարամյակների։ Ցավոք, նման սարքերն ունեն էներգիայի ցածր խտություն։
Կինետիկ էներգիայի մեխանիկական պահպանում
Այս սարքերում էներգիան կուտակվում է մարմնի շարժման մեջ։ Սովորաբար սա տատանողական կամ թարգմանական շարժում է:
Կինետիկ էներգիան տատանողական համակարգերում կենտրոնացած է մարմնի փոխադարձ շարժման մեջ։ Էներգիան մատակարարվում և սպառվում է չափաբաժիններով՝ մարմնի շարժմանը զուգահեռ։ Մեխանիզմը բավականին բարդ և քմահաճ է կարգավորմամբ: Լայնորեն օգտագործվում է մեխանիկական ժամացույցներում: Պահպանված էներգիայի քանակը սովորաբար փոքր է և հարմար է միայն սարքի աշխատանքի համար:
Գիրոսկոպով աշխատող պահեստային սարքեր
Կինետիկ էներգիայի պաշարը կենտրոնացած է պտտվող թռչող անիվի մեջ։ Թռիչքի հատուկ էներգիան զգալիորեն գերազանցում է նմանատիպ ստատիկ բեռի էներգիան: Կարճ ժամանակահատվածում հնարավոր է զգալի հզորություն ստանալ կամ թողարկել։ Էներգիայի պահպանման ժամանակը կարճ է, և դիզայնի մեծ մասի համար սահմանափակվում է մի քանի ժամով: Ժամանակակից տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տալիս էներգիայի պահպանման ժամկետը հասցնել մի քանի ամսվա։ Թռիչքները շատ զգայուն են ցնցումների նկատմամբ: Սարքի էներգիան ուղղակիորեն կախված է դրա պտտման արագությունից: Ուստի էներգիայի կուտակման և վերադարձի գործընթացում տեղի է ունենում թռչող անիվի պտտման արագության փոփոխություն։ Եվ նման բեռի համարորպես կանոն, պահանջվում է մշտական, ցածր պտտման արագություն:
Ավելի խոստումնալից սարքեր են սուպերճանիվները: Դրանք պատրաստված են պողպատե ժապավենից, սինթետիկ մանրաթելից կամ մետաղալարից: Դիզայնը կարող է լինել խիտ կամ դատարկ տարածք: Ազատ տարածության առկայության դեպքում ժապավենի պարույրները շարժվում են դեպի պտտման ծայրամաս, փոխվում է թռչող անիվի իներցիայի պահը, էներգիայի մի մասը պահպանվում է դեֆորմացված զսպանակում։ Նման սարքերում պտտման արագությունը ավելի կայուն է, քան պինդ կառույցներում, և դրանց էներգիայի սպառումը շատ ավելի մեծ է: Նրանք նաև ավելի անվտանգ են։
Ժամանակակից գերծանրքաշային անիվները պատրաստված են Kevlar մանրաթելից: Նրանք պտտվում են վակուումային խցիկում մագնիսական կախոցի վրա։ Կարող է էներգիա կուտակել մի քանի ամիս։
Մեխանիկական պահեստավորում՝ օգտագործելով առաձգական ուժեր
Սարքի այս տեսակն ունակ է կուտակելու հսկայական հատուկ էներգիա: Մեխանիկական շարժիչներից այն ունի ամենաբարձր էներգիայի ինտենսիվությունը մի քանի սանտիմետր չափսերով սարքերի համար: Շատ բարձր պտտվող արագությամբ մեծ ճանճերը ունեն շատ ավելի բարձր էներգիայի պարունակություն, սակայն դրանք շատ խոցելի են արտաքին ազդեցությունների նկատմամբ և ունեն էներգիայի պահպանման ավելի կարճ ժամանակ։
Գարնանային էներգիայի մեխանիկական պահպանում
Կարող է ապահովել էներգիայի պահպանման ցանկացած դասի ամենաբարձր մեխանիկական հզորությունը: Այն սահմանափակվում է միայն զսպանակի առաձգական ուժով։ Սեղմված աղբյուրի էներգիան կարող է պահպանվել մի քանի տասնամյակ: Այնուամենայնիվ, մշտական դեֆորմացիայի պատճառով մետաղի մեջ կուտակվում է հոգնածություն, իսկ զսպանակի հզորությունընվազում է. Միևնույն ժամանակ, բարձրորակ պողպատե աղբյուրները, համապատասխան աշխատանքային պայմաններում, կարող են աշխատել հարյուրավոր տարիներ՝ առանց հզորության զգալի կորստի:
Գարնանային ֆունկցիաները կարող են իրականացվել ցանկացած առաձգական տարրերով: Ռետինե ժապավենները, օրինակ, տասնյակ անգամ գերազանցում են պողպատե արտադրանքներին միավոր զանգվածի համար կուտակված էներգիայի առումով: Սակայն քիմիական ծերացման պատճառով կաուչուկի ծառայության ժամկետը ընդամենը մի քանի տարի է։
Սեղմված գազերի էներգիան օգտագործող մեխանիկական պահեստավորման սարքեր
Այս տեսակի սարքերում էներգիան կուտակվում է գազը սեղմելով։ Ավելցուկային էներգիայի առկայության դեպքում գազը ճնշման տակ մղվում է բալոն՝ օգտագործելով կոմպրեսոր: Ըստ անհրաժեշտության, սեղմված գազը օգտագործվում է տուրբին կամ էլեկտրական գեներատոր պտտելու համար: Ցածր հզորությունների դեպքում տուրբինի փոխարեն նպատակահարմար է օգտագործել մխոցային շարժիչ: Հարյուրավոր մթնոլորտների ճնշման տակ գտնվող նավի գազը մի քանի տարի շարունակ ունի բարձր տեսակարար էներգիայի խտություն, իսկ բարձրորակ կցամասերով՝ տասնամյակներ շարունակ:
Ջերմային էներգիայի պահպանում
Մեր երկրի տարածքի մեծ մասը գտնվում է հյուսիսային շրջաններում, ուստի էներգիայի զգալի մասը ստիպված ծախսվում է ջեռուցման համար։ Այս առումով անհրաժեշտ է պարբերաբար լուծել դրայվում ջերմություն պահելու և անհրաժեշտության դեպքում այն այնտեղից հանելու խնդիրը։
Շատ դեպքերում հնարավոր չէ հասնել կուտակված ջերմային էներգիայի բարձր խտության և դրա պահպանման նշանակալի ժամանակաշրջանների: Գոյություն ունեցող արդյունավետ սարքերըորոշ առանձնահատկությունների և բարձր գնի պատճառով հարմար չէ լայն կիրառման համար:
Պահպանում ջերմային հզորության պատճառով
Սա ամենահին ուղիներից մեկն է: Այն հիմնված է ջերմային էներգիայի կուտակման սկզբունքի վրա, երբ նյութը ջեռուցվում է, և ջերմության փոխանցումը, երբ այն սառչում է: Նման կրիչների դիզայնը չափազանց պարզ է: Այն կարող է լինել ցանկացած պինդ նյութի կտոր կամ հեղուկ հովացուցիչ նյութով փակ տարա։ Ջերմային էներգիայի կուտակիչները ունեն շատ երկար ծառայության ժամկետ, էներգիայի կուտակման և արտանետման գրեթե անսահմանափակ թվով ցիկլեր։ Սակայն պահպանման ժամկետը չի գերազանցում մի քանի օրը։
Էլեկտրական էներգիայի պահպանում
Էլեկտրական էներգիան դրա ամենահարմար ձևն է ժամանակակից աշխարհում: Այդ իսկ պատճառով էլեկտրական պահեստավորման սարքերը լայնորեն օգտագործվում և ամենազարգացած են։ Ցավոք, էժան սարքերի հատուկ հզորությունը փոքր է, իսկ բարձր տեսակարար հզորությամբ սարքերը չափազանց թանկ են և կարճատև: Էլեկտրական էներգիայի պահպանման սարքերն են կոնդենսատորները, իոնիստները, մարտկոցները:
կոնդենսատորներ
Սա էներգիայի պահպանման ամենազանգվածային տեսակն է: Կոնդենսատորները կարող են աշխատել -50-ից +150 աստիճան ջերմաստիճանում: Էներգիայի կուտակում-վերադարձ ցիկլերի թիվը վայրկյանում տասնյակ միլիարդներ է։ Զուգահեռաբար միացնելով մի քանի կոնդենսատորներ, դուք հեշտությամբ կարող եք ձեռք բերել անհրաժեշտ հզորությունը: Բացի այդ, կան փոփոխական կոնդենսատորներ: Նման կոնդենսատորների հզորության փոփոխությունը կարող է կատարվել մեխանիկական կամ էլեկտրական կամ ջերմաստիճանի միջոցով: Ամենից հաճախ, փոփոխական կոնդենսատորներ կարելի է գտնելտատանողական սխեմաներ.
Կոնդենսատորները բաժանվում են երկու դասի՝ բևեռային և ոչ բևեռային: Բևեռային (էլեկտրոլիտիկ) ծառայության ժամկետը ավելի կարճ է, քան ոչ բևեռը, դրանք ավելի շատ կախված են արտաքին պայմաններից, բայց միևնույն ժամանակ ունեն ավելի մեծ տեսակարար հզորություն։
Քանի որ էներգիայի պահպանման կոնդենսատորները այնքան էլ հաջող սարքեր չեն: Նրանք ունեն ցածր հզորություն և կուտակված էներգիայի աննշան տեսակարար խտություն, և դրա պահպանման ժամանակը հաշվարկվում է վայրկյաններով, րոպեներով, հազվադեպ՝ ժամերով։ Կոնդենսատորները կիրառություն են գտել հիմնականում էլեկտրոնիկայի և ուժային էլեկտրատեխնիկայում:
Կոնդենսատորի հաշվարկը, որպես կանոն, դժվարություններ չի առաջացնում։ Տարբեր տեսակի կոնդենսատորների մասին բոլոր անհրաժեշտ տեղեկությունները ներկայացված են տեխնիկական ձեռնարկներում:
Իոնիստորներ
Այս սարքերը միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում բևեռային կոնդենսատորների և մարտկոցների միջև: Նրանք երբեմն կոչվում են «գերկոնդենսատորներ»: Համապատասխանաբար, նրանք ունեն լիցքավորման-լիցքաթափման մեծ թվով փուլեր, հզորությունը ավելի մեծ է, քան կոնդենսատորները, բայց մի փոքր ավելի քիչ, քան փոքր մարտկոցները: Էներգիայի պահպանման ժամկետը մինչև մի քանի շաբաթ է։ Իոնիստորները շատ զգայուն են ջերմաստիճանի նկատմամբ։
Էլեկտրական մարտկոցներ
Էլեկտրաքիմիական մարտկոցներ օգտագործվում են, եթե Ձեզ անհրաժեշտ է շատ էներգիա կուտակել: Այս նպատակի համար լավագույնս համապատասխանում են կապարաթթվային սարքերը: Դրանք հորինվել են մոտ 150 տարի առաջ։ Եվ այդ ժամանակից ի վեր, սկզբունքորեն ոչ մի նոր բան չի ներդրվել մարտկոցի սարքում: Շատ մասնագիտացված մոդելներ են հայտնվել, բաղադրիչների որակը զգալիորեն բարձրացել է,մարտկոցի հուսալիություն: Հատկանշական է, որ տարբեր արտադրողների կողմից ստեղծված մարտկոցի սարքը տարբեր նպատակների համար միայն փոքր մանրամասներով է տարբերվում։
Էլեկտրաքիմիական մարտկոցները բաժանված են քարշակման և մեկնարկային: Քարշը օգտագործվում է էլեկտրական տրանսպորտում, անխափան սնուցման սարքերում, էլեկտրական գործիքներում։ Նման մարտկոցները բնութագրվում են երկար միասնական լիցքաթափմամբ և դրա մեծ խորությամբ: Մեկնարկային մարտկոցները կարող են կարճ ժամանակում ապահովել բարձր հոսանք, սակայն խորը լիցքաթափումը նրանց համար ընդունելի չէ:
Էլեկտրաքիմիական մարտկոցներն ունեն լիցքավորման-լիցքաթափման սահմանափակ թվով ցիկլեր՝ միջինը 250-ից մինչև 2000 թվականը: Նույնիսկ եթե չօգտագործվեն, դրանք մի քանի տարի անց խափանում են: Էլեկտրաքիմիական մարտկոցները զգայուն են ջերմաստիճանի նկատմամբ, պահանջում են երկար լիցքավորման ժամանակներ և պահանջում են խիստ սպասարկում:
Սարքը պետք է պարբերաբար լիցքավորվի: Մեքենայի վրա տեղադրված մարտկոցը լիցքավորվում է գեներատորից շարժման մեջ: Ձմռանը դա բավարար չէ, սառը մարտկոցը լավ չի ընդունում լիցքավորումը, իսկ շարժիչը գործարկելու համար էլեկտրաէներգիայի սպառումը մեծանում է։ Ուստի անհրաժեշտ է լրացուցիչ լիցքավորել մարտկոցը տաք սենյակում հատուկ լիցքավորիչով։ Կապարաթթվային սարքերի էական թերություններից մեկը նրանց մեծ քաշն է։
Մարտկոցներ ցածր էներգիայի սարքերի համար
Եթե պահանջվում է ցածր քաշով շարժական սարքեր, ապա ընտրեք մարտկոցների հետևյալ տեսակները՝ նիկել-կադմիում,լիթիում-իոն, մետաղ-հիբրիդ, պոլիմեր-իոն: Նրանք ունեն ավելի բարձր կոնկրետ հզորություն, բայց գինը շատ ավելի բարձր է: Դրանք օգտագործվում են բջջային հեռախոսների, նոթբուքերի, տեսախցիկների, տեսախցիկների և այլ փոքր սարքերում: Մարտկոցների տարբեր տեսակներ տարբերվում են իրենց պարամետրերով՝ լիցքավորման ցիկլերի քանակով, պահպանման ժամկետով, հզորությամբ, չափսերով և այլն։
Բարձր հզորության լիթիում-իոնային մարտկոցներն օգտագործվում են էլեկտրական և հիբրիդային մեքենաներում: Նրանք ունեն թեթև քաշ, բարձր կոնկրետ հզորություն և բարձր հուսալիություն: Միևնույն ժամանակ, լիթիում-իոնային մարտկոցները շատ դյուրավառ են: Բոցավառումը կարող է առաջանալ կարճ միացումից, մեխանիկական դեֆորմացիայից կամ պատյանի ոչնչացումից, մարտկոցի լիցքավորման կամ լիցքաթափման ռեժիմների խախտումներից: Հրդեհը մարելը բավականին դժվար է լիթիումի բարձր ակտիվության պատճառով։
Մարտկոցները շատ սարքերի հիմքն են: Օրինակ, հեռախոսի էներգիայի պահպանման սարքը կոմպակտ արտաքին մարտկոց է, որը տեղադրված է դիմացկուն, անջրանցիկ պատյանում: Այն թույլ է տալիս լիցքավորել կամ միացնել ձեր բջջային հեռախոսը: Շարժական էներգիայի պահպանման հզոր սարքերը կարող են լիցքավորել ցանկացած թվային սարք, նույնիսկ նոութբուք: Նման սարքերում, որպես կանոն, տեղադրվում են մեծ հզորությամբ լիթիում-իոնային մարտկոցներ։ Տան համար էներգիայի պահեստավորումը նույնպես ամբողջական չէ առանց մարտկոցների: Բայց դրանք շատ ավելի բարդ սարքեր են: Բացի մարտկոցից, դրանք ներառում են լիցքավորիչ, կառավարման համակարգ և ինվերտոր: Սարքերը կարող են աշխատել ինչպես ֆիքսված ցանցից, այնպես էլ այլ աղբյուրներից: Ելքային հզորությունը միջինում 5 կՎտ է։
Քշումքիմիական էներգիա
Տարբերեք «վառելիքի» և «ոչ վառելիքի» տեսակների կրիչներ: Նրանք պահանջում են հատուկ տեխնոլոգիաներ և հաճախ մեծածավալ բարձր տեխնոլոգիական սարքավորումներ: Օգտագործված գործընթացները հնարավորություն են տալիս էներգիա ստանալ տարբեր ձևերով։ Ջերմաքիմիական ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ ինչպես ցածր, այնպես էլ բարձր ջերմաստիճաններում: Բարձր ջերմաստիճանի ռեակցիաների բաղադրիչները ներմուծվում են միայն այն դեպքում, երբ անհրաժեշտ է էներգիա ստանալ: Մինչ այդ դրանք պահվում են առանձին, տարբեր վայրերում։ Ցածր ջերմաստիճանի ռեակցիաների բաղադրիչները սովորաբար գտնվում են նույն տարայի մեջ։
Էներգիայի պահպանում վառելիքի գործարկման միջոցով
Այս մեթոդը ներառում է երկու լիովին անկախ փուլ՝ էներգիայի կուտակում («լիցքավորում») և դրա օգտագործում («լիցքաթափում»): Ավանդական վառելիքը, որպես կանոն, ունի մեծ տեսակարար էներգիայի հզորություն, երկարաժամկետ պահեստավորման հնարավորություն և օգտագործման հեշտություն։ Բայց կյանքը կանգ չի առնում: Նոր տեխնոլոգիաների ներդրումը մեծացնում է վառելիքի պահանջարկը: Խնդիրը լուծվում է՝ բարելավելով առկա և ստեղծելով նոր, բարձր էներգիայի վառելիքներ։
Նոր նմուշների լայն ներդրմանը խոչընդոտում են տեխնոլոգիական գործընթացների անբավարար զարգացումը, աշխատանքում հրդեհի և պայթյունի բարձր վտանգները, բարձր որակավորում ունեցող անձնակազմի կարիքը և տեխնոլոգիայի բարձր արժեքը:
Անվառելիքի քիմիական էներգիայի պահպանում
Այս տեսակի պահեստում էներգիան կուտակվում է որոշ քիմիական նյութերի փոխակերպմամբ: Օրինակ, խարխլված կրաքարը տաքանալիս անցնում է կրաքարային վիճակի։ Լիցքաթափելիս կուտակված էներգիանթողարկվում է որպես ջերմություն և գազ։ Սա հենց այն է, ինչ տեղի է ունենում, երբ կրաքարը ջրով լցնում են: Որպեսզի ռեակցիան սկսվի, սովորաբար բավական է միացնել բաղադրիչները։ Ըստ էության, սա մի տեսակ ջերմաքիմիական ռեակցիա է, միայն այն ընթանում է հարյուրավոր և հազարավոր աստիճանների ջերմաստիճանում: Հետևաբար, օգտագործվող սարքավորումները շատ ավելի բարդ և թանկ են։
