Альтернатива батарейке

Мы так привыкли к аккумуляторам и батарейкам, что уже не представляем как еще можно запасаться энергией. Но, на самом деле, есть много интересных способов.

Зачем вообще думать о других способах, если аккумулятор в вашем телефоне отлично справляется с задачами? Затем, что современные батареи и аккумуляторы не идеальны. Во-первых, их производство не экологично, во-вторых, емкость имеет предел, в третьих, для их производства используются редкоземельные металлы запасы которых не безграничны.

ГАЭС Bath County

Самая большая ГАЭС в мире

А зачем что-то хранить, если можно просто взять и использовать, электричество ведь не портится? Благодаря нерегулярности использования электроэнергии людьми (день и ночь, например) лишнюю энергию нужно где-то запасать, пока она не понадобится снова.

Так что проблема аккумулирования энергии не надумана.

Энергия — это мера для форм движения и взаимодействия. В обычной батарейке, мы запасаем химическую энергии, которая при необходимости превращается в электрическую. Но есть и другие методы. Можно вообще обойтись без химии, ведь старая-добрая механика все еще работает.

Альтернативные способы хранения энергии

Энергия воды

Наверное, древнейший способ известный человечеству. Потенциальная энергия воды запасается при помощи простого перегораживания русла и создания водохранилища (или любого другого накопления воды, включая вариант с водонапорной башней).

Когда нужно, открывается шлюз и потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Крупнейшая гидроаккумулирующая станция в мире называется Bath County и расположена в США. Ее установленная мощность 3000 Мегаватт.

Кстати! Еще более древний способ — это использование упругости ветки. Согнутая ветка с веревкой превращается в лук — самое древнее оружие использующее не только физическую силу человека.

Ничто не мешает использовать в качестве накопителя любую другую массу, не обязательно воду. Можно понять на высоту любой груз, а когда понадобится — отпустить. Это гравитационный аккумулятор. И он был построен пока что в виде прототипа. Компания Advanced Rail Energy Storage построила систему потенциально подсобную хранить от 0,2 до 3 Гигаватт часов энергии.

Устройство состоит из железнодорожных вагонеток с грузом, которые могут подниматься и опускаться по наклонной траектории. Электродвигатель поднимает груз вверх, а когда он движется вниз, переключается в режим генератора. Достоинством этой идеи является то, что вода системе не нужна и построить такую установку можно где угодно.

Пневматический аккумулятор

Хранить энергию можно и в виде сжатого воздуха. Сжатый под давлением газ, отличный способ запасти энергию, а чтобы он произвел полезную работу, достаточно открыть клапан и направить поток на турбину.

Единственным но существенным минусом, является то, что часть энергии неминуемо будет потрачена на нагрев самого газа при его сжатии, а при расширении температура будет падать вплоть до замерзания элементов системы. Производители заявляют, что КПД таких установок может достигать 50-70%.

Британская компания Energetix Group в 2009 установила две системы под названием Pnu Power способные в течение 10 часов “выдавать“ нужную мощность в электросеть. Правда, пока ни к каким особенным революционным изменениям в энергетике это не привело.

маховики вместо аккумуляторов

Аккумуляторы Pnu Power

Видимо сказывается низкая энергоемкость воздуха по сравнению с углеводородным топливом (плотность энергии).

Существует множество проектов, предлагающих аккумулировать энергию с помощью сжатого воздуха. Например, можно закачать воздух в пустующие шахты или в эластичные резервуары глубоко под водой (в таком случае давление воды будет работать “на систему”). Можно охладить воздух до жидкого состояния и хранить его в таком виде под землей. Идей множество.

Сжатый воздух можно использовать и в транспортной сфере. Например, такие автопроизводители как Peugeot, Citroën, Tata уже продемонстрировали концепт кары движущиеся за счет сжатого воздуха. Такие воздухомобили предлагаются как “в чистом виде” так и в виде гибридных систем.

Cactus Airflow

Гибрид Citroen Cactus Airflow будет расходовать всего 2 литра топлива на 100 км

Инерционный аккумулятор

Еще один интересный способ аккумулирования энергии. Идея состоит в том, чтобы раскрутить маховик в виде колеса, а когда энергия понадобится отбирать ее преобразовывая кинетическую энергия вращения в электрическую или, на худой конец, в такую же кинетическую. Конечно, чтобы сократить потери на трение, такие маховики должны быть подвешены в магнитном поле и, по возможности, в вакууме.

И это не просто идея. На ее воплощение можно взглянуть “в металле”.

Например компания Beacon Power сообщает, что уже построила 3 коммерческие “регулирующие электростанции”, которые в общей сложности насчитывают более 400 колес.

Непросто, зато на 100% экологично. Да и КПД такого устройства достигает 98%.

В 2011 году компания Cisco открыла в штате Техас дата центр в котором в качестве источников бесперебойного питания используются маховики.

Инерционный транспорт

В 50-60-е годы существовал еще один интересный проект — гиробус. Это электрический автобус в котором вместо аккумулятора используется именно колесо-маховик. Такие “безрогие троллейбусы” некоторое время ездили в Швейцарии, Бельгии и Конго.

Но на существовавшем в то время техническом уровне концепция себя не оправдала. Гиробус был тяжелым из-за маховика (весом в три тонны), подшипники такого “колеса” очень быстро изнашивались. К тому же раскрученный маховик, это гироскоп, который как всем известно “пытается” сохранить стабильное положение относительно оси вращения, что затрудняет маневрирование и управление. В итоге, гиробусы можно встретить только в музее.

Гиробус

Хотя нет, есть еще одно место на Земле, это трасса гонки Le mans 24, гибридный автомобиль Audi R18 e-tron использует маховик для аккумулирования энергии, вместо привычных химических батарей.

audi r18 e-tron

Гибрид Audi R18 E-tron. Внутри у него супермаховик вместо химического аккумулятора

Почему же все эти интересные идеи до сих пор не реализованы? Есть такой интересный показатель, который называется плотность энергии, он показывает, какое количество энергии можно хранить в определенном объеме или массе.

Все значения ниже Вт*час/кг (Ватт-часов в 1 килограмме массы):

  • Сжатый воздух — 11-28
  • Литий-ионный аккумулятор — 100–243
  • Супермаховик — 300-500
  • Уголь — 6 700–9700
  • Дизельное топливо — 12 666
  • Бензин — 12 888
  • Водород (газообразный) — 39 405
  • Уран 238 — 1 539 842 000

Как видно из списка, наши традиционные ископаемые виды энергии просто более плотно ею набиты, чем инновационные. Привычные литий-ионные аккумуляторы , чтобы обеспечить то же количество энергии, что и бензин, должны быть более чем в 100 раз тяжелее. Ну а ядерное топливо, по этому показателю, вообще вне конкуренции.

Скорее всего, это основная причина низкого интереса к таким системам в современной энергетике. Но это только пока.

Поделиться:

Читайте также:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *