Elektrik üretimi elektrik tüketiminden fazla olduğunda kalan elektrik nasıl depolanır? Popüler bilimde elektrik depolamanın yaygın yolları
Yapay elektrik üretimi insanlarda büyük bir devrimdir, ancak elektrikle bilgisayarlar, ileri endüstriyel takım tezgahları ve ileri bilimsel araştırma ekipmanları yapılabilir.Günümüz çağda sadece havasız ve susuz yaşayamayacağımız değil, elektriksiz de yaşayamayacağımız söylenebilir. . Elektrik, bilmeden insanların günlük ihtiyaçları haline geldi ve elektrik çok önemli.
Elektrik, kabaca üretimden nihai tüketime kadar olan süreçten geçer: güç üretimi, dönüştürme, iletim ve tüketim ve bu süreçler aynı anda gerçekleştirilir, yani ne kadar elektrik kullanılırsa o kadar elektrik üretilir ve şebekede büyük miktarlarda elektrik depolanamaz. Elektriksel. Peki ya daha az elektrik kullanılırsa ve daha fazla elektrik üretilirse?
Normal şartlar altında, bir elektrik santralinin ne kadar elektrik üretmesi gerektiğine dair bir planı vardır.Bu, istediğiniz kadar elektrik üretebileceğiniz anlamına gelmez, ne kadar elektrik kullandığınıza bağlıdır. Bunların arasında çok önemli bir departman var, yani elektrik dağıtım merkezi.
Güç dağıtımı
Güç dağıtım merkezi temel olarak güç sisteminin güvenli bir şekilde çalışmasından sorumludur; güç üretimi ile güç tüketiminin anlık dengesini sağlamak; güç şebekesindeki güç kalitesinin ulusal standartları karşılamasını sağlamak. Bu nedenle, elektrik şebekesindeki elektrik temelde elektrik tüketimi ve elektrik üretimi ile aynıdır ve hangisinin daha fazla, hangisinin daha az olduğu sorusu olmayacaktır.
Az ya da çok güç üretimi, başka bir deyişle daha az ya da daha fazla güç tüketimi, güç kalitesinde düşüşe neden olacaktır.
Gece gibi çok fazla elektrik üretildiği bir durum varsa, genellikle gündüze göre daha az elektrik kullanılır ve elektriğin depolanması gerekir.
Elektrik de bir tür enerjidir ve elbette depolanabilir. Elektriği depolamanın birkaç yolu vardır:
1. Pompalanan depolama: Pompalı depolama güç istasyonu, yüksek rakımda inşa edilmiş bir üst rezervuara ve santralin aşağısına inşa edilmiş bir alt rezervuara sahiptir Pompalı depolama mekanik bir enerji depolama yöntemidir.Tersinir hidroelektrik jeneratör, elektrik enerjisini ve üst rezervuarda depolanan suyu gerçekleştirir. Yerçekimi potansiyel enerjisi arasındaki dönüşüm.
2. Basınçlı hava enerji depolama : Elektrik enerjisi ile kapalı bir hava odasında depolanan havanın potansiyel enerjisi arasındaki dönüşümü hava kompresörleri ve türbinler vasıtasıyla gerçekleştiren mekanik enerji depolama yöntemine aittir.
TICC-500 basınçlı hava enerji depolama güç istasyonu renderleri
3. Volan enerji depolama : Bu mekanik bir enerji depolama yöntemidir. Elektrik enerjisi ile volan dönme kinetik enerjisi arasındaki dönüşüm elektrik motoru (jeneratör) tarafından gerçekleştirilir.
VALEO volan sisteminin şematik diyagramı
VALEO volan sistemi parçalarının şematik diyagramı
4. Süperiletken bobin enerji depolama : Doğru akımı bir süper iletken spiral tüpte manyetik alan şeklinde depolayan endüktif bir enerji deposudur.
Japonya 2 GJ halka yapısı süper iletken enerji depolama bobini kavramsal tasarım çizimi
5. Süper kapasitör enerji depolama : Süper kapasitörler arasında elektrikli çift katmanlı kapasitörler ve Faraday yarı kapasitörler bulunur. İlki elektrik alanı enerjisini sıradan kapasitörler gibi depolarken, ikincisi aslında redoks reaksiyonlarına uğrar, ancak şarjı ve deşarjı kapasitif özelliklere sahiptir ve kimyasal enerjiyi depolar.
Süper kapasitör enerji depolama güç istasyonu
6. Pil saklama : Hem geleneksel kurşun-asit piller hem de mevcut sodyum sülfit ve lityum piller, açık bir şekilde kimyasal enerji depolaması olan elektrokimyasal değişikliklere uğramıştır.
Lityum pil enerji depolama
7. Hidrojen depolama : Hidrojen enerji depolaması yakıt pilinin ana şeklidir, hem şarj hem de deşarj oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarıdır ve aynı zamanda bir tür kimyasal enerji depolamadır.
Battolyer hidrojen depolama sistemi
Doğrudan elektromanyetik alan enerjisini depolayan süperiletkenler ve süperkapasitörler dışında, diğerleri elektrik enerjisini diğer enerji depolama biçimlerine dönüştürür.
Bu kadar çok elektrik enerjisi depolama yönteminin özellikleri nelerdir?
Pompalı enerji depolaması ilk olarak 1890'larda İtalya ve İsviçre'de uygulanmıştır ve 100 yılı aşkın bir geçmişe sahiptir.Pompalı enerji depolama santralleri, şu anda güç sistemi iniş çıkışları ve vadilerindeki sorunları büyük ölçekte çözmenin tek yoludur. Enerji dönüşümü yoluyla güç sistemine elektrik enerjisi sağlamak için enerji taşıyıcı olarak belirli bir miktar su kullanan özel bir hidroelektrik santralidir. Güç yükü düşük olduğunda veya yağışlı mevsimde alt rezervuardaki suyu üst rezervuara pompalamak ve potansiyel enerji şeklinde depolamak için güç sistemi tarafından sağlanacak fazla elektrik enerjisini veya mevsimlik elektrik enerjisini kullanın; güç sistemi yükünün zirvesini veya düşük su miktarını bekleyin Sezonda üst rezervuardaki su serbest bırakılarak güç sistemine gönderilir. Pompalanan bir depolama güç istasyonu, yalnızca yalak gücü emen bir güç kullanıcısı değil, aynı zamanda en yüksek yük gücü sağlayan bir hidroelektrik santralidir. Bu planın avantajları: teknik olarak olgun ve güvenilir, kapasite sadece rezervuar kapasitesi ile sınırlı olarak artırılabilir. Dezavantajlar: Birincisi, inşaat coğrafi koşullarla sınırlıdır ve uygun yükseklikte ve alçakta iki rezervuar olmalıdır. Ek olarak, hem pompalama hem de enerji üretimi süreçlerinde önemli miktarda enerji kaybı yaşanmaktadır. Diğer bir dezavantaj, bu tip pompalı enerji depolama güç istasyonunun coğrafi koşullarla sınırlı olması ve genellikle yük merkezinden uzakta olmasıdır. Sadece iletim kaybı olmayacak, aynı zamanda sistem büyük bir kaza nedeniyle çalışmadığında da işlevini kaybedecektir.
2. Basınçlı hava enerji depolama
Basınçlı hava enerji depolama güç istasyonu 1950'lerde önerildi. Sistem, en yüksek elektrik tüketimi dönemlerinde kullanılmak üzere ucuz elektrik depolar. Kompresörü çalıştırmak, yeraltı gaz deposunu hava ile doldurmak ve daha sonra elektrik üretmek üzere türbin jeneratörünü çalıştırmak için havayı serbest bırakmak için aşırı yoğun şarjı kullanır. Basınçlı hava enerji depolaması uzun süredir pnömatik aletlerde kullanılmaktadır.Bu prensibi temelde enerji depolamakla aynıdır, bu nedenle büyük ölçekli olduğu sürece tepe-vadi farkı problemini çözmek için kullanılabilir. Buradaki en önemli şey, kapalı bir mağara veya terk edilmiş bir maden gibi basınçlı havayı depolamak için uygun bir yer bulup bulamayacağınızdır. Şu anda, dünyadaki sadece birkaç ülke gösteri güç istasyonları inşa etti.
3. Volan enerji depolama
Volan enerji depolamasına volan pili de denir. Volan enerji depolama cihazında hem motor hem de jeneratör olan dahili bir motor bulunmaktadır. Elektrik enerjisini depolarken volanı hızlandırmak için bir motor görevi görür, elektrik enerjisine ihtiyaç duyulduğunda çevre birimlere güç sağlamak için jeneratör görevi görür.Bu sırada volanın hızı düşmeye devam eder; volan boşta kaldığında tüm cihaz minimum kayıpla çalışır. Volanın hızlanması ve yavaşlaması, şarj etme ve boşaltma sağlar. Değişken hızlı ve sabit frekanslı güç elektroniği teknolojisinin kullanılması nedeniyle, çıkış elektrik enerjisinin frekansı değişmeden kalabilir. Aynı zamanda, volan ünitesi bir ünite tipine dönüştürülebilir, gerektiğinde daha güçlü bir cihaz haline getirilebilir ve yükün yanına monte edilebilir. Bu sayede gerektiğinde kademeli olarak genişletilebilir ve iletim kaybının önüne geçilebilir. Gerçek çalışmada, volanın hızı 40.000 ila 500.000 dev / dak'ya ulaşabilir.Genel olarak, metalden yapılmış volan bu kadar yüksek bir hıza dayanamaz.Bu nedenle, volan genellikle hafif ve güçlü olan karbon fiberden yapılmıştır ve bu da genel sistemi daha da azaltır. Aynı zamanda, şarj etme ve boşaltma sırasında enerji kaybını (esas olarak sürtünme kaybını) azaltmak için, hem motor hem de volan, mekanik sürtünmeyi azaltmak için manyetik yatakları askıya almak için kullanır.Aynı zamanda, volan ve motor, mekanik sürtünmeyi azaltmak için bir vakumlu konteynere yerleştirilir. Hava sürtünmesini azaltın. Bu şekilde, volan bataryasının net verimliliği (giriş ve çıkış) yaklaşık% 95'e ulaşabilir. Volan enerji depolama araştırması, esas olarak, enerji yoğunluğunu artırmak için kompozit malzeme teknolojisi ve süper iletken manyetik kaldırma teknolojisinin araştırma ve geliştirilmesine odaklanmaktadır. Bunların arasında, süper iletken manyetik kaldırma, kayıpları azaltmanın ana yöntemidir ve kompozit malzemeler, enerji depolama yoğunluğunu artırabilir ve sistemin hacmini ve ağırlığını azaltabilir.
4. Manyetik alan enerji depolama (süper iletken bobin enerji depolama)
Manyetik alan enerjisi depolama, indüktör akımla şarj edildiğinde depolanan manyetik alan enerjisidir. Manyetik alan enerji depolaması, süper iletken bobinler sayesinde rolünü oynar. Hızlı ve verimli bir invertör ile güç sistemine bağlanır. Süperiletken bobinin çalışma sırasında direnci olmadığı için enerji depolama verimi çok yüksektir. Aynı zamanda, akım yoğunluğu geleneksel bobinlerden çok daha yüksektir ve yüksek enerji depolama yoğunluğu elde edebilir. Buna ek olarak, yanıt süresi yalnızca kontrol döngüsünün zaman sabiti ve inverterin anahtarlama süresi ile sınırlıdır, bu nedenle yanıt hızı çok hızlıdır ve güç sisteminin geçici süreci gibi geçici koşullarda kullanım için uygundur. Dezavantajı, kriyojenik ekipman gerektirmesidir, yüksek sıcaklıkta süper iletken bobinlerin bile sıvı nitrojen sıcaklığında çalışması gerekir. Tabii ki, süper iletken bobin enerji depolamasının pratik teknolojisinde hala bazı zorluklar vardır. Maliyet, yüksek sıcaklıkta süper iletken tel, dönüştürücü, kontrol stratejisi, kayıp azaltma ve kararlılık iyileştirme, söndürme koruma teknolojisi vb. Hakkında araştırma yapılmalıdır.
5. Elektrik alanı enerji depolama (süper kapasitör enerji depolama)
Elektrik alanı enerji depolama, elektrik enerjisini depolamak için elektrik yüklerini depolamak için kapasitörlerin kullanılmasıdır. Geçmişte, kapasitörlerin kapasitansı çok küçük olduğu için, kapasitör enerji depolaması yalnızca zayıf akım veya yüksek voltajlı darbe teknolojisinde kullanılıyordu. Süper kapasitörlerin ortaya çıkmasıyla, kapasitif enerji depolaması enerji alanına girmeye başladı. Sözde süper kapasitör, büyük bir kapasitansa sahip bir kapasitördür.Dielektriği çok yüksek bir dielektrik sabitine sahiptir, bu nedenle, genel kapasitanstan birkaç büyüklük sırası olan bir farad birimi ile küçük bir hacimde bir kapasitör haline getirilebilir. Kondansatör enerji depolaması ayrıca hızlı şarj etme ve enerjiyi boşaltma avantajına sahiptir, süper iletken bobinlerden bile daha hızlıdır. Ve karmaşık kriyojenik ekipman gerekmez. Bununla birlikte, süper kapasitörlerin dielektrik dayanım gerilimi çok düşüktür ve yapılan kapasitörler genellikle sadece birkaç volt gerilime dayanır. Voltaj artırılabilirse, enerji depolaması, süper kapasitörlerin mevcut araştırma yönü olan kare bir ilişki içinde artacaktır. Ek olarak, düşük çalışma voltajı nedeniyle gerçek kullanımda birden fazla kapasitör seri olarak kullanılmalıdır. Bu, her kondansatörün en iyi koşullarda çalışabilmesi için şarj ve deşarj için kontrol döngüsünde bir artış gerektirir, bu da üzerinde çalışılması gereken konulardan biridir. Bununla birlikte, süper kapasitör enerji depolaması ulaşım ve enerji alanlarında yaygın olarak kullanılacaktır.
6. Şarj edilebilir pil saklama
Şarj edilebilir pil enerji depolaması, aynı zamanda akümülatör olarak da adlandırılan ikincil pil olarak da adlandırılır. Elektrokimyasal bir enerji depolama yöntemidir. Fiyatı, enerji depolama yoğunluğu ve diğer faktörler nedeniyle daha önce enerji sektöründe enerji depolama kapsamına alınmamıştı. Bununla birlikte, son yıllarda teknolojik ilerlemeyle birlikte, büyük ölçekli enerji depolaması için şarj edilebilir pillerin kullanımı, özellikle pillerin temel enerji depolama ekipmanı haline geldiği bağımsız rüzgar veya güneş enerjisi istasyonlarında giderek artmıştır. Birçok pil türü vardır. Kurşun asitli aküler en bilinen akülerdir ve şimdi kapalı, bakım gerektirmeyen kurşun asitli aküler bu tip akülerin ana akımı haline gelmiştir. Alkalin pillerdeki nikel-kadmiyum piller kademeli olarak nikel-hidrojen pillerle değiştirilmiştir. Alkalin güç kaynakları ile karşılaştırıldığında kurşun-asit piller geniş kapasite, sağlam yapı ve daha fazla şarj ve deşarj döngüsü gibi avantajlara sahiptir, ancak fiyatları çok daha pahalıdır. Bu, enerji alanındaki uygulamasını sınırlar. Mükemmel performansa sahip bir diğer pil türü, son yıllarda yaygın olarak kullanılan lityum iyon ikincil pildir, şarj ve deşarjın hafıza etkisini tamamen çözer, kullanımı büyük ölçüde kolaylaştırır ve temelde üretim sürecinde çevre kirliliğini önler. Pilin adı. Ana dezavantaj, fiyatın çok pahalı olmasıdır Enerji depolama yoğunluğu daha da geliştirilebilir ve maliyet düşürülebilirse, güç kaynağı ekipmanının enerji depolaması için çok umut verici olacaktır.
7. Hidrojen enerjisi depolama (yakıt hücresi)
Hidrojen depolama önerisi esas olarak yakıt hücrelerinin başarılı bir şekilde geliştirilmesinden etkilenir. Enerji tedarikinde yakıt pilleri pratik kullanım aşamasına gelmiştir. Hidrojen enerjisinin aşağıdaki ana avantajları vardır: 1) Yüksek enerji. Nükleer yakıt haricinde, hidrojenin kalorifik değeri tüm yakıtlar arasında en yüksektir. 2) Hidrojen iyi bir yanma performansına ve hızlı ateşlemeye sahiptir. 3) Hidrojenin kendisi renksiz, kokusuz, toksik değildir ve çok saftır.Yandıktan sonra sadece su ve az miktarda hidrojen nitrür üretir, ancak karbon monoksit, karbondioksit, hidrokarbon, kurşun bileşikleri ve partikül tozu üretmez. İnsan vücuduna zararlı kirleticiler, az miktarda hidrojen nitrür, küçük bir işlemden sonra çevreyi kirletmez ve yanmasından sonra oluşan su, hidrojen üretmeye devam edebilir ve tekrar tekrar geri dönüştürülebilir. 4) Farklı depolama ve nakliye gereksinimlerine ve çeşitli uygulama ortamlarına uyum sağlayabilen, gaz, sıvı veya katı metal hidritler olarak görülebilen birçok kullanım şekli vardır. İnsanları üzerinde çok çalışmaya çeken şey budur. Bununla birlikte, yakıt pillerinin uygulanmasında ve araştırılmasında, başta hidrojenin hazırlanması, katalizörün fiyatı ve hidrojenin depolanması gibi acilen çözülmesi gereken bazı sorunlar vardır.
Mevcut teknoloji ile elektrik güç kaynaklarının büyük ölçekli depolanması basitçe uygun maliyetli değildir. Bu nedenle, enerji santralleri fazla elektrik üretmeyecektir.Şu anda, daha ana akım enerji depolama santralleri, üst ve alt rezervuarlara sahip pompalı depolama santralleridir. , Geceleri fazla elektrik, alt rezervuardan üst rezervuara su pompalamak ve elektrik enerjisini potansiyel enerjiye dönüştürmek için kullanılır.Gün içinde elektrik tüketimi zirve yaptığında üst rezervuar, elektrik üretmek için alt rezervuara su bırakacaktır.Potansiyel enerji elektrik enerjisine dönüştürülür. Fazla elektrik boşa gidecek.
Pompalı depolama güç istasyonunun şematik diyagramı
Bu sayede elektrik enerjisi depolanabilir olmakla birlikte bir dezavantajı yani verimliliği de vardır. Genel olarak, pompalı bir depolama güç istasyonunun verimliliği% 75'tir, bu da şebekedeki 100 derecelik elektriğin yukarı akış rezervuara su pompalamak için kullanıldığı anlamına gelir.Güç üretimi için su serbest bırakıldığında, sadece 75 derece elektrik üretilebilir. 25 derece defalarca boşa gitti. % 25 israf oranı küçük bir miktar değil 365 gün çalışırsanız kayıp çok büyük olabilir.
Bu nedenle elektrik sektörü için fabrikaları geceleri elektrik kullanmaya teşvik edecekler ve bazı bölgeler gündüze göre gece elektrik fiyatlarını tercih eden bir politika ortaya koydu.Amaç, gereksiz kayıpları önlemek için herkesi geceleri elektrik kullanmaya teşvik etmek.
Tamam, anladın mı? Anlarsan beğen!
