Гравитациялық механикалық энергияны сақтау

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 27 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

ӘЛ - ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

Балғабек Ж.А.

Тақырыбы: Гравитациялық аккумулятор моделін жасақтау және оның жұмыс режимін зерттеу

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Мамандығы 5В071800 - Электр энергетикасы

Алматы 2023
Гравитациялық аккумулятор моделін жасақтау және оның жұмыс режимін зерттеу
Фотоэлектрлік элементтер төмен сұраныс кезеңінде электр энергиясын қысқа аралықта шығарады және үзілістердің жоғары деңгейін көрсетеді. Белгілі шешімдердің бірі - энергияны сақтау және оны неғұрлым тұрақты түрге айналдыру, энергияның жоғары мәні бар жоғары сұраныс кезеңінде қайтадан электр энергиясына айналдыру. Бұл процесс көптеген энергия сақтау жобалары үшін, тіпті ең аз тиімді және батареялар сияқты кең таралған жобалар үшін экономикалық өміршеңдігін қамтамасыз етеді. Сондықтан, бұл жұмыс шағын ауқымды пайдалануды ескере отырып, гравитациялық потенциалдық энергиямен жұмыс істейтін сақтау жүйесін ұсынады. Бұл әдістеменің дамуы жүйені математикалық модельдеуді ұсынады және негізгі сипаттамаларын басқа жүйелермен салыстырады. Қарастырылып отырған жүйенің өлшемдері білік 12 м, поршень биіктігі 5 м және диаметрі 4 м; ол 11 кВтсағ энергия сақтауды ұсынды. Сондай-ақ, оның тиімділігі шамамен 90%, қызмет ету мерзімі 50 жыл және басқа жүйелермен салыстырғанда сақтау тығыздығы жоғары.

Мазмұны
Кіріспе 3
1. ЭНЕРГИЯ САҚТАУ АККУМУЛЯТОРЛАРЫНЫҢ ТҮРЛЕРІНЕ ШОЛУ ЖӘНЕ ТАЛДАУ 5
1.1 Осы саладағы аналогтар мен әзірлемелер 12
1.2 Энергияның жинақталуына шолу 14
1.2.1 Гравитациялық механикалық энергияны сақтау 14
1.2.2 Кинетикалық механикалық энергияны сақтау 15
1.2.3 Серпімділік күштерін қолданатын механикалық энергияны сақтау 17
2. ШАҒЫН ТҰРҒЫН ҮЙ ҚОЛДАНБАЛАРЫ ҮШІН ГРАВИТАЦИЯЛЫҚ ЭНЕРГИЯНЫ САҚТАУ 19
2.1 Сақтау технологияларын салыстыру 19
2.2. Шағын көлемдегі энергияны сақтау: жүйені модельдеу 23
Пайдаланылған әдебиеттер 26

Кіріспе

Бұл жұмыс тек фотоэлектрлік күн энергиясын сақтауға арналған және шағын өнеркәсіптерге немесе тұрғын үйлерге арналған энергияны сақтауға арналған гравитациялық энергия принципін қолданады. Сондықтан механизм басқа өнертабыстардағыдай. Дегенмен, осы зерттеуде көрсетілген қолданбалар мақалада егжей-тегжейлі айтылғандай, ұсынылған жүйенің жаңа мүмкіндіктерін талап етеді. Сондықтан бұл жұмыс шағын ауқымдағы энергияны сақтау принциптеріне негізделген жаңа гравитациялық потенциалды энергияны сақтау жүйесін сипаттайды. Кейбір механикалық сақтау әдістерін, әсіресе гравитациялық потенциалдық энергия принципін пайдаланатындарды шолу 2-бөлімде қуат, қуат рейтингі және бару-бару тиімділігі бойынша салыстыру арқылы орындалады. 3-бөлімде өлшемдер берілген, ал 4-бөлімде ұсынылған сақтау жүйесінің өлшемдері мен кейбір сипаттамалары берілген. Соңында, 5-бөлім қағаздан жасалған қорытындыларды ұсынады.
Гравитациялық аккумуляторлардың кереметтігі олар ауыр салмақты көтеруді (зарядтауды) және түсіруді (разрядтауды) қамтиды, деп түсіндіреді Саймон Рид Дүниежүзілік экономикалық форумға жазған. Сорғы су үшін суға қол жеткізу және геологиялық биіктік айырмашылығы қажет. Бірақ егер сіз тасты немесе кірпішті қолдансаңыз, кез келген адам оны кез келген жерде және кез келген масштабта жасай алады. Қалғаны құрылыс жұмыстары ғана. Ешқандай сирек материалдар немесе минералдар, сондай-ақ уақыт өте келе күшін жоғалтатын химиялық заттар қажет болмайды. Гравитациялық батарея кез-келген цемент конструкциясын сақтауға болатын уақытқа дейін қызмет ете алады, бұл мәңгі және тиімді. Энергияны сақтау үшін литий батареялары немесе басқа типті батарейлердің құрамымен айырмашылықтарын салыстыру маңызды.
Гравитациялық батарея үлгісін жасау процесті қиындататын немесе баяулататын бірқатар мәселелерге әкелуі мүмкін.
Негізгі мәселелердің бірі - батареяның ішінде болатын процестерді модельдеу күрделілігі. Батареялар бір-бірімен әрекеттесетін және жұмыс жағдайларына байланысты қасиеттерін өзгерте алатын күрделі химиялық жүйелерден тұрады. Гравитацияның дәл моделін жасау үшін температура, қысым, ерітінділердің концентрациясы, материалдардың құрылымы және т.б. сияқты көптеген факторларды ескеру қажет.
Тағы бір мәселе - батареяның өнімділігі туралы нақты деректердің болмауы. Ішкі кедергі немесе сыйымдылық сияқты кейбір параметрлер жұмыс жағдайлары мен материалдың тозуына байланысты өзгеруі мүмкін. Сондай-ақ, кейбір сипаттамаларды өлшеу қиын болуы немесе қателігі жоғары болуы мүмкін.
Сонымен қатар, аккумулятордың гравитациялық моделін жасау айтарлықтай есептеу ресурстары мен уақытты қажет етуі мүмкін. Батареядағы модельдеу процестері өте күрделі және көп уақытты қажет етеді, әсіресе жоғары дәлдіктегі модельдеу әдістерін пайдаланған кезде.
Ақырында, тағы бір мәселе модельді өмірде қолданудың қиындығы болуы мүмкін. Модель қағазда дәл болуы мүмкін, бірақ іс жүзінде модельде ескерілмеген кейбір ауытқулар мен күтпеген әсерлер болуы мүмкін.
Жалпы алғанда, аккумулятордың гравитациялық моделін жасау физика, математика және техникада айтарлықтай білім мен тәжірибені қажет ететін күрделі тапсырма болуы мүмкін.
Осы дипломдық зерттеудің негізгі мақсаты гравитациялық аккумулятордың гравитациялық моделін жасап оның күй жайын зерттеу болып табылады. Жоғарыда жазылған қиындықтар дипломдық жұмыста шешіледі және зерттеледі.
1. ЭНЕРГИЯ САҚТАУ АККУМУЛЯТОРЛАРЫНЫҢ ТҮРЛЕРІНЕ ШОЛУ ЖӘНЕ ТАЛДАУ

Сақтау жүйесін талдау бірнеше сипаттамаларды бағалауды қажет етеді, өйткені әртүрлі жаңартылатын ресурстар жаңартылатын көздің түрі мен орны сияқты әртүрлі мәліметтерге байланысты бірегей интеграция талаптары мен желі қызметтеріне ие. Бұл бөлім кейбір механикалық энергияны сақтау технологияларымен таныстырады. Дегенмен, ол негізінен бір ішкі категорияға, яғни энергияның гравитациялық сақталуына қатысты. Осылайша, ол осы технологиялардың жұмыс істеу принципін, шектеулерін, олардың негізгі сипаттамаларын және бар әдебиеттерді талқылайды.
Энергетикалық батареялар әртүрлі құрылғыларда, соның ішінде автомобильдерде, смартфондарда, ноутбуктерде және басқа электрондық құрылғыларда электр энергиясын сақтау үшін қолданылады. Батареялардың бірнеше түрі бар, олардың әрқайсысының өзіндік ерекшеліктері, артықшылықтары мен кемшіліктері бар.
1. Қорғасын қышқылды батареялар (SLA)
SLA батареялары коммерциялық тұрғыдан табысты болған алғашқы батарея түрлері болды және бүгінде кеңінен қолданылады. Олардың құны төмен және сенімділігі жоғары, бірақ олардың энергияның төмен тығыздығы және ауыр салмағы сияқты кейбір кемшіліктері бар.
Қорғасын қышқылды аккумуляторлар (SLA) электр энергиясын химиялық түрде сақтайтын реактивті батареяның бір түрі болып табылады. Олар сұйылтылған күкірт қышқылынан (H2SO4) және тазартылған судан тұратын электролитке батырылған екі электродтан - қорғасын (Pb) және қорғасын оксидінен (PbO2) тұрады.
Аккумуляторды зарядтау кезінде электрохимиялық реакция жүреді, нәтижесінде қорғасын электроды қорғасын оксидіне, ал қорғасын оксиді қорғасынға айналады. Зарядтау кезінде қорғасын оксиді электрод өзінің бастапқы қорғасын электрод пішініне оралған жерде кері реакция орын алады.
Бұл зарядтау және разрядтау процесі құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдаланылуы мүмкін екі электрод арасында электрлік потенциал жасайды. Электр тогы электролит арқылы зарядтау және разрядтау кезінде электродтар арасында қозғалады.
SLA батареяларында энергияны сақтау ерекше тәсілді қажет етеді. Батареяның максималды сыйымдылығын сақтау үшін терең зарядсызданудан және шамадан тыс зарядтаудан аулақ болыңыз. Бұл электродтарда күкірт қышқылы кристалдарының пайда болуына себеп болуы мүмкін, бұл батареяны зақымдауы және оның сыйымдылығын төмендетуі мүмкін.
Сондай-ақ электролит деңгейін үнемі тексеріп, қажет болған жағдайда тазартылған сумен толтыру қажет. Аккумуляторды зарядтау кезінде батареяны зақымдамау үшін температураны бақылау қажет, ол белгілі бір деңгейден аспауы керек.
2. Литий-ионнды аккумуляторлар (Li-ion)
Ли-ионды батареялар смартфондарда, ноутбуктерде және басқа электрондық құрылғыларда қолданылатын батареяның ең көп таралған түрі болып табылады. Олардың жоғары энергия тығыздығы мен жеңіл салмағы бар, бұл оларды портативті қолданбалар үшін өте қолайлы етеді. Дегенмен, олардың жоғары құны және шектеулі қызмет мерзімі сияқты кейбір кемшіліктері бар.
Литий-ионды (Li-ion) батареялар қазіргі заманғы және тиімді батарея түрі болып табылады. Олар смартфондар, ноутбуктер, электр көліктері және т.б. сияқты көптеген электронды құрылғыларда қолданылады.
Ли-ионды аккумуляторлардағы энергияны сақтаудың негізгі принципі екі электрод - катод (әдетте LiCoO2 сияқты литий қосылысынан тұрады) және анод (әдетте көміртекті материалдан тұрады) арасындағы литий ионының тасымалдануы болып табылады. Литийдің бұл тасымалдануы электролит - органикалық еріткіштегі литий тұзының ерітіндісі арқылы жүреді.
Батарея зарядталған кезде литий иондары катодтан анодқа ауысады, онда олар көміртекті материалдың құрылымына енеді. Зарядтау кезінде кері процесс жүреді - литий иондары анодтан катодқа ауысады, сонымен бірге электрлік құрылғыларды қуаттандыру үшін пайдалануға болатын электр қуатын шығарады.
Ли-ионды аккумуляторда болатын химиялық реакцияның формуласын келесідей көрсетуге болады:
LiCoO2 + C6 -- Li1-xCoO2 + xC6 + xe-
Мұнда LiCoO2 - катодтық материал, С6 - анодтық материал, Li1-xCoO2 - разрядтан кейінгі катодтың тотыққан күйі, xC6 - зарядтаудан кейінгі кіріктірілген литий иондары бар анодтық материал, xe - электрондар арасында қозғалатын электрон. катод және анод.
Ли-ионды аккумуляторлардың негізгі артықшылықтарының бірі олардың жоғары энергия тығыздығы болып табылады, яғни олар SLA сияқты дәстүрлі батарея түрлеріне қарағанда масса бірлігіне көбірек энергия сақтай алады. Сондай-ақ олардың қызмет ету мерзімі ұзағырақ, жылдам зарядтау мүмкіндігі және өздігінен разряды аз.
Дегенмен, батареялардың барлық түрлері сияқты, литий-ионды батареялардың жоғары құны және қате пайдаланылған жағдайда өрт немесе жарылыс қаупі сияқты кемшіліктері бар. Сондай-ақ, литий-ионды аккумуляторлар пайдаланылғандықтан, олардың кейбір сыйымдылығын жоғалтуы мүмкін, бұл олардың тиімділігін төмендетеді.
Ли-ионды батареялардың құрамына әдетте мыналар кіреді:
2.1. Катод әдетте LiCoO2, LiMn2O4 немесе LiFePO4 сияқты литий металл оксиді болып табылады.
2.2. Анод әдетте графит немесе басқа көміртекті материал болып табылады.
2.3. Электролит - катод пен анод арасында литий-ионды тасымалдауды қамтамасыз ететін органикалық еріткіштегі литий тұзының ерітіндісі.
2.4. Қорғаныс пленкасы әдетте қысқа тұйықталуды болдырмау үшін катод пен анод арасына орналастырылған полимерлі материал болып табылады.
Ли-ионды батареялардың формуласы мен құрамы нақты өндірушіге және батарея түріне байланысты әр түрлі болуы мүмкін.
Жалпы алғанда, Li-ion батареялары SLA-ға қарағанда тиімдірек және заманауи батарея түрі болып табылады. Олардың энергия тығыздығы жоғары, қызмет ету мерзімі ұзағырақ және жылдам зарядтау мүмкіндігі бар. Дегенмен, олардың құны мен әлеуетті қауіпсіздік тәуекелдері кейбір аймақтарда қолданылуын шектей алады.
3. Литий-полимерлі батареялар (Li-поли)
Ли-поли батареялар - сұйық батареялардың орнына полимерлі электролиттерді пайдаланатын литий-ионды батареялардың бір түрі. Олардың қуат тығыздығы одан да жоғары, салмағы жеңіл және әртүрлі форма факторларына оңай бейімделуі мүмкін. Дегенмен, олардың жоғары құны және шектеулі қызмет мерзімі сияқты кейбір кемшіліктері бар.
Li-поли аккумуляторлар (липоли) литий-ионды батареялардың бір түрі болып табылады, бірақ олардан конструкциясы мен қолданылатын электролитімен ерекшеленеді.
Ли-поли батареяларының құрамына мыналар кіреді:
3.1. Катод әдетте LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4 немесе басқа қосылыстар сияқты литий металл оксидтері болып табылады.
3.2. Анод - әдетте литий металы немесе көміртекті материал пайдаланылады.
3.3. Электролит - бұл полимерлі материал, әдетте полимер мен электролиттік тұздың қоспасы, ол икемді және жеңіл құрылымды береді.
3.4. Қорғаныс пленкасы әдетте қысқа тұйықталуды болдырмау үшін катод пен анод арасына орналастырылған полимерлі материал болып табылады.
Li-поли аккумуляторлардағы энергияны сақтау принципі электролит арқылы катод пен анод арасындағы литий иондарының қозғалысына негізделген. Аккумуляторды зарядсыздандыру кезінде литий иондары катодтан анодқа, ал зарядтау кезінде - анодтан катодқа ауысады. Li-poly аккумуляторларындағы электролит полимерлі материал болғандықтан, бұл батарея дизайны мен өлшемінде үлкен икемділікке мүмкіндік береді, бұл оларды смартфондарда, планшеттерде, ноутбуктерде және басқа да шағын құрылғыларда танымал етеді.
Li-poly батареяларының формуласы мен құрамы өндірушіге және батареяның арнайы дизайнына байланысты әр түрлі болуы мүмкін. Дегенмен, жалпы алғанда, Li-poly батареялары SLA-ға қарағанда жоғары энергия тығыздығына ие, бұл олардың ықшам және жеңіл болуына мүмкіндік береді және зарядтау және зарядсыздандыру кезінде сыйымдылықты жоғалтуға бейім емес. Дегенмен, литий-ионды батареялар сияқты, литий-поли батареялардың дұрыс пайдаланбаған немесе дұрыс пайдаланбаған жағдайда қызып кету, өрт және жарылыс қаупі бар өзіндік қауіпсіздік мәселелері бар.
Li-poly батареяларын сақтау және зарядтау арнайы зарядтағыштарды пайдаланып және ықтимал жағымсыз жағдайларды болдырмас үшін мұқият жүргізілуі керек екенін ескеру маңызды.
Осылайша, Li-poly батареялары энергияның жоғары тығыздығын, дизайн икемділігін және жинақылығын қамтамасыз ететін заманауи және перспективалы энергия сақтау технологиясын білдіреді. Дегенмен, мұндай батареяларды пайдаланған кезде ықтимал ақауларды болдырмау үшін барлық қауіпсіздік шаралары мен пайдалану ережелерін сақтау керек.
4. Никель-кадмий батареялары (NiCd)
NiCd батареялары - бұрын кеңінен қолданылған, бірақ баяу басқа түрлерімен ауыстырылатын батарея түрі. Олардың құны төмен, бірақ энергия тығыздығы төмен және қызмет ету мерзімі шектеулі. Бұған қоса, олардың құрамында улы және кәдеге жарату проблемаларын тудыруы мүмкін кадмий де бар.
NiCd типті аккумуляторлар (никель-кадмий батареялары) катод никель оксиді және анод кадмий гидроксиді болып табылатын химиялық құрамға ие. Катод пен анодты бөлетін электролит сілтілі ерітінді (әдетте натрий гидроксиді) болып табылады.
NiCd батареяларындағы энергияны сақтау принципі электр тогы әсер еткен кезде катодтағы никель оксиді (NiOOH) мен анодтағы кадмий гидроксиді (Cd(OH)2) арасындағы қайтымды тотығу және тотықсыздану реакциясына негізделген. Батарея зарядсызданған кезде кері реакция пайда болады, нәтижесінде никель оксиді мен кадмий гидроксиді бастапқы күйіне оралады.
NiCd батареяны зарядтау реакциясының формуласы:
NiOOH + Cd(OH)2 + H2O + электр тогы -- Ni(OH)2 + Cd(OH)2
NiCd батареясының разряд реакциясының формуласы:
Ni(OH)2 + Cd(OH)2 -- NiOOH + Cd(OH)2 + H2O
NiCd батареялары жоғары температураға жоғары төзімділік, төмен температурада зарядтау және разрядтау мүмкіндігі, ұзақ қызмет ету мерзімі және терең разрядқа жоғары төзімділік сияқты бірқатар артықшылықтарға ие. Дегенмен, олардың энергияның төмен тығыздығы, нашар өздігінен разряды және есте сақтау әсеріне күшті сезімталдығы сияқты кейбір кемшіліктері бар.
Сондықтан NiCd батареялары қазір Li-ion және Li-poly сияқты озық технологияларға жол беріп жатыр, бірақ әлі де сенімді және ұзақ қуат көзі қажет құралдар, камералар және басқа құрылғылар сияқты бірқатар қосымшаларда кеңінен қолданылады.
NiCd батареяларының өзін-өзі разрядтау жылдамдығы өте жоғары, яғни олар пайдаланылмаса да зарядын жоғалтуы мүмкін. Сонымен қатар, NiCd батареяларының құрамындағы кадмий оларды қоршаған орта үшін қауіпті етеді және топырақ пен судың ластануына әкелуі мүмкін.
Дегенмен, NiCd батареялары кейбір қолданбаларда, соның ішінде радиолар, апаттық жарықтандыру, электр құралдары, электронды ойыншықтар және жоғары өнімділік пен ұзақ батареяның қызмет ету мерзімін қажет ететін басқа қолданбаларда әлі де қолданылады.
5. Никель-металл гидридті батареялар (NiMH)
NiMH батареялары - құрамында кадмий жоқ және энергия тығыздығы жоғары NiCd батареяларының жақсартылған нұсқасы. Олар сондай-ақ ұзақ қызмет ету мерзіміне ие, бірақ литий-ионды аккумуляторларға қарағанда сенімді емес және өздігінен зарядсыздануға бейім болуы мүмкін.
NiMH (никель металл гидриді) батареялары NiCd батареяларына қарағанда экологиялық таза және қауіпсіз, өйткені олардың құрамында улы кадмий жоқ. Олар металл гидридті электродтан, никель электродынан және сілтілі электролиттен тұрады. Зарядтау және разрядтау кезінде аккумулятордың ішінде химиялық реакция орын алады, өйткені никель иондары электролит арқылы электродтар арасында қозғалады.
NiMH батареяларына арналған формула:
MHxNxOy + OH- -- MHx(OH)y + NxOz + e-
Батарея сыртқы энергия көзімен (зарядтағыш сияқты) зарядталғанда, электрондар электролит арқылы қозғалады және екі электродта да реакциялар жүреді. Нәтижесінде металл гидрид иондары никель электродына ауысады және металл гидроксиді иондарына айналады, ал никель иондары металл гидридті электродқа ауысады. Зарядтау кезінде бұл процестер кері тәртіпте жүреді және металл гидридті электродтан бөлінген электрондар электр құрылғыларын қуаттандыру үшін пайдаланылуы мүмкін.
NiMH батареяларының литий-ионды батареяларға қарағанда өзін-өзі разрядтау жылдамдығы жоғары болғанымен, олардың энергия тығыздығы жоғары, яғни олар көлем бірлігіне көбірек энергия сақтай алады. NiMH батареялары NiCd батареяларына қарағанда көбірек зарядтау-разряд циклдарына төтеп бере алады. Сондықтан олар ұялы телефондар, сандық камералар, ойыншықтар және басқа да құрылғылар сияқты портативті электронды құрылғыларда кеңінен қолданылады.
NiMH батареяларының бір кемшілігі жад эффектісі болып табылады, ол зарядталғанға дейін толық зарядсызданбаған жағдайда олардың сыйымдылығын төмендетуі мүмкін. Сонымен қатар, оларда қызып кетудің кейбір үрдісі бар, бұл олардың қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін.
NiMH батареяларының қызмет ету мерзімін ұзарту және жад әсерін азайту үшін оларды зарядтау алдында зарядсыздандыру ұсынылады. Сондай-ақ зарядтау және пайдалану кезінде қызып кетуден аулақ болу керек, әсіресе үлкен батарея жинақтарында пайдаланған кезде. Жалпы алғанда, NiMH батареялары сенімді және берік және қайта зарядтау мен зарядсыздандыруды қажет ететін портативті құрылғылардың кең ауқымы үшін жақсы таңдау болып табылады.
6. Натрий-ионды батареялар (Na-ион)
Na-иондық аккумуляторлар әлі де әзірлену үстінде, бірақ қазірдің өзінде кең ауқымда пайдалану мүмкіндігін көрсететін жаңа батарея түрі болып табылады. Олар литийдің орнына натрийді пайдаланады, бұл оларды қолжетімді және экологиялық таза етеді. Дегенмен, олардың энергия тығыздығы төмен, бұл олардың кейбір аймақтарда қолданылуын шектеуі мүмкін.
Натрий иондарына (Na-ион) негізделген батареялар электр энергиясын сақтау үшін қолданылады. Олар литий-ионды аккумуляторлар сияқты принцип бойынша жұмыс істейді, бірақ литийдің орнына натрий қолданылады.
Na-ионды батареялардың құрамына әдетте NaFePO4 катоды, графит аноды және органикалық еріткіштегі NaClO4 негізіндегі электролит кіреді. Зарядтау және разрядтау процесі электролит арқылы катод пен анод арасындағы Na-иондарының қозғалысына негізделген.
Na-иондық аккумуляторды зарядтау кезінде оң Na-иондары катодтан электролит арқылы анодқа ауысады, онда олар анодтың графит қабатына енеді. Разрядтау процесі кезінде Na-иондары анодтан катодқа қарама-қарсы бағытта қозғалып, электр құрылғыларын қоректендіру үшін пайдалануға болатын электр энергиясын шығарады.
Na-иондық аккумуляторлардағы энергияны сақтау литий-ионды батареяларға қарағанда қауіпсіз, өйткені натрий литийге қарағанда аз реактивті және бірдей өрт қауіпсіздігі мәселелерін тудырмайды. Сонымен қатар, натрий литийге қарағанда көп элемент болып табылады, ол өнімнің өзіндік құнын төмендете алады. Дегенмен, қазіргі уақытта Na-иондық аккумуляторлар әлі де әзірленуде және сынақтан өтуде және олардың коммерциялық қолданылуы әлі де шектеулі.
Осы батарея түрлерінің әрқайсысының өзіндік бірегей мүмкіндіктері мен артықшылықтары бар, бұл оларды әртүрлі қолданбалар үшін қолайлы етеді. Мысалы, литий-ионды батареялар әдетте смартфондар мен ноутбуктер сияқты портативті құрылғыларда қолданылады, ал SLA батареялары автомобиль батареялары немесе резервтік қуат көздері үшін жақсы таңдау болуы мүмкін. Батарея түрін таңдағанда, нақты қажеттіліктер үшін ең жақсы опцияны таңдау үшін оның қуат тығыздығын, қызмет ету мерзімін, құнын және басқа факторларды ескеру қажет.

1.1 Осы саладағы аналогтар мен әзірлемелер
Қазіргі уақытта әзірлеу мен өндірудің әртүрлі кезеңдерінде тұрған бірнеше түрлі батарея технологиялары бар.
Ли-ионды батареялардың перспективалы аналогтарының бірі - мырыш-ауа және алюминий-ауа негізіндегі батареялар сияқты металл-ауа технологиясына негізделген батареялар (Metal-Air). Бұл батареялар литий-ионды батареяларға қарағанда жоғары энергия тығыздығына ие болуы мүмкін, өйткені ауа электрохимиялық реакциялар үшін оттегінің шексіз көзін қамтамасыз ететін катод ретінде пайдаланылады. Дегенмен, бұл батареялардың төмен қуат тығыздығы, шектеулі қызмет мерзімі және жоғары өндірістік шығындар сияқты өзіндік техникалық мәселелері бар.
Сондай-ақ графенге және молибден дисульфиді мен кремний карбиді сияқты басқа екі өлшемді материалдарға негізделген аккумуляторлық әзірлемелер бар. Бұл материалдар жоғары қуат сыйымдылығы мен жылдам зарядтауды қамтамасыз ете алады, бұл мобильді құрылғылар мен электр көліктері үшін үлкен артықшылық. Дегенмен, бұл батареялар әлі де зерттеліп, әзірленуде және барлық техникалық мәселелер шешілген жоқ.
Сондай-ақ жоғары қауіпсіздікті, төмен өздігінен разрядты және жоғары энергия тығыздығын қамтамасыз ете алатын қатты электролиттерге негізделген батареялар саласында әртүрлі әзірлемелер мен зерттеулер бар. Дегенмен, қатты күйдегі аккумуляторлар өндірістік шығындардың жоғары болуына және ион өткізгіштігінің жеткіліксіздігімен байланысты техникалық мәселелерге байланысты әлі коммерцияланбаған.
Бұған қоса, соңғы жылдары батареяның бірнеше жаңа технологиялары пайда болды, олар бар технологияларды әлеуетті алмастыра алады. Мысалы:
1.1.1. Light Group Metal Battery (MGLB) - анод ретінде магний, литий және натрий сияқты жеңіл металдарды пайдаланатын жаңа технология. Бұл технология жоғары қуат сыйымдылығын және жылдам зарядтауды қамтамасыз ете алады.
1.1.2. Гибридті капсула батареялары - конденсаторлар мен батареялардың артықшылықтарын бір құрылғыда біріктіретін технология. Бұл батареялар жоғары қуат сыйымдылығын, жылдам зарядтауды және ұзақ қызмет ету мерзімін қамтамасыз ете алады.
1.1.3. Кванттық нүктелер - жартылай өткізгіш материалдардың нанобөлшектері, оларды тиімдірек батареяларды жасау үшін пайдалануға болады. Кванттық нүктелер батареялардың энергия тығыздығын арттырып, олардың жұмысын жақсарта алады.
1.1.4. Литий күкірт батареясы дәстүрлі кобальт немесе никельдің орнына катод ретінде күкіртті пайдаланатын жаңа технология болып табылады. Бұл технология жоғары энергия тиімділігіне және ұзақ қызмет мерзіміне қол жеткізе алады.
1.1.5. Сутегі негізіндегі аккумуляторлар сутегіні энергия тасымалдаушысы ретінде пайдаланатын жаңа технология болып табылады. Бұл технология жоғары қуат сыйымдылығын және жылдам зарядтауды қамтамасыз ете алады.
1.1.6. Графен негізіндегі батареялар - бұл графенді электродтар ретінде пайдаланатын технология. Графен жоғары өткізгіш болып табылады және жоғары қуат сыйымдылығы мен жылдам зарядтауды қамтамасыз ете алады.
Бұл болашақта ойынды өзгерте алатын жаңа батарея технологияларының бірнеше мысалдары ғана. Дегенмен, олардың барлығы әлі де зерттеу және әзірлеу үстінде.
1.2 Энергияның жинақталуына шолу

1.2.1 Гравитациялық механикалық энергияны сақтау

Гравитациялық механикалық энергияны сақтау құрылғылары -- энергияны жинақтау және сақтау үшін ауырлық күшінің потенциалдық энергиясын пайдаланатын құрылғылар. Олар энергияны сақтау үшін жүктемені жоғары позицияға көтеретін, содан кейін оны төмендететін көтеру жүйесінен тұрады, бұл энергияны электр энергиясын өндіру үшін пайдаланады.
Қазіргі уақытта бұл бағыттағы зерттеулерді әлемнің көптеген университеттері мен ғылыми орталықтары жүргізіп жатыр. Бір мысал, Ұлыбританиядағы Gravitricity жобасы, ол 1-ден 20 МВт-қа дейінгі өнеркәсіптік гравитациялық энергияны сақтау құрылғыларын әзірлейді. Сондай-ақ Қытай, Германия, Франция және басқа да елдерде зерттеулер жүргізілуде.

Сурет 1.2.1.1. Gravitricity project
Гравитациялық механикалық энергияны сақтау құрылғыларының практикалық қолданылуы әртүрлі болуы мүмкін. Оларды күн және жел электр станциялары сияқты жаңартылатын көздерден құбылмалы қуат көздерін теңестіру үшін, сондай-ақ ең жоғары сағаттарда электр желісін тұрақты ұстау үшін пайдалануға болады. Олар сондай-ақ тұрақтылықты сақтау және энергияға сұраныстың ең жоғары кезеңінде өндіруші қондырғыларға жүктемені азайту үшін ауқымды энергетикалық жүйелерде қолданылуы мүмкін.
Сонымен қатар, гравитациялық механикалық энергияны жинақтау кең ауқымды энергетикалық жүйелерді салу мүмкіндігі жоқ жерлерде, мысалы, шалғай және шалғай аудандарда энергияны сақтау үшін пайдаланылуы мүмкін.

1.2.1.1 Graviticity
Энергияны сақтау үшін гравитацияны пайдалану идеясы жаңа емес - айдалатын су қоймаларын бүкіл әлемде табуға болады. Алайда мұндай жүйелер өте нақты топографияға тәуелді және тек елеулі масштабта ғана табылуы мүмкін. Gravitricity энергия сақтау жүйесінің идеясын компанияның негізін қалаушы және техникалық директоры Питер Френкель MBE әзірлеген.
Питер - энергетикалық кеңес беру және ҒЗТКЖ технологиясы бойынша білімі бар инженер-механик, сонымен қатар Эдинбург университетінің шақырылған профессоры.
Ол бастапқыда шахталарда, содан кейін қажет болған жерде қолдануға болатын салмақтар мен жүкшығырларға негізделген қарапайым жүйені әзірлеу мүмкіндігін мойындады және 2011 жылы Gravitricity технологиясына бірінші патент берді.
Шамамен 2012 жылы ол бизнесмен және венчурлық капиталист Мартин Райтпен жұмыс істеді (ол бұрын теңіздегі толқындық энергияның пионері Marine Current Turbines компаниясының негізін қалаған). Олар бірге ерте гранттық қаржыландыруды қамтамасыз етті, бұл оларға идеяны ілгерілетуге мүмкіндік берді.
Чарли Блэр кәсіпорынға 2016 жылы басқарушы директор ретінде қосылды және көп ұзамай Gravitricity концепция демонстрациясын жобалау және құру үшін Innovate UK компаниясынан 650 000 фунт стерлинг алды.
2021 жылы Gravitricity Эдинбургтегі Лейт портында биіктігі 15 метрлік бұрғылау қондырғысын пайдаланып, 250 кВт электр желісіне қосылған демонстрациялық жобаны сәтті салып, іске қосты және басқарды. Үш айлық сынақ бағдарламасы біздің модельдеуімізді растады және біздің алғашқы толық ауқымды жобаларымыз үшін құнды деректер береді.

1.2.2 Кинетикалық механикалық энергияны сақтау

Кинетикалық механикалық энергияны сақтау құрылғылары - қозғалыстың ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.