Էներգիայի կուտակում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Jump to navigation Jump to search
Էներգիայի կուտակում
Lead-acid battery for motorcycle.jpg
ԵնթադասԱպրանքներ
Energy storage Վիքիպահեստում


Էներգիայի կուտակում էներգիայի կուտակում՝ ապագայում դրա օգտագործման համար։ Էներգիայի պահեստավորման սարքը սովորաբար անվանում են վերալիցքավորվող մարտկոց կամ մարտկոց։ Էներգիայի պահեստավորման սարքի տիպիկ օրինակ է մարտկոցը, որը պահում է քիմիական էներգիան և կարող է հեշտությամբ վերափոխվել էլեկտրաէներգիայի` բջջային հեռախոս գործարկելու համար։ Ակնհայտ օրինակ է ջուրը։

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Նորագույն պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Քսաներորդ դարում էլեկտրաէներգիան առաջանում էր հիմնականում հանածո վառելիքի այրման միջոցով։ Էներգիայի փոխադրման, օդի աղտոտման և գլոբալ տաքացման հետ կապված խնդիրները հանգեցրել են վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների, ինչպիսիք են արևի և հողմաէներգիայի օգտագործումը։ Հողմաէներգիան կախված է կլիմայական պայմաններից և եղանակից։ Արեգակնային էներգիան կախված է աշխարհագրական դիրքից, ամպամածությունից։ Այն հասանելի է միայն ցերեկային ժամերին, մինչդեռ պահանջարկը հաճախ հասնում է մայրամուտից հետո։ Այս աղբյուրներից էներգիայի կուտակման նկատմամբ հետաքրքրությունն աճում է, քանի որ հենց նրանք են վերջերս առաջացրել աշխարհի էներգիայի արտադրության աճող մասը։ 20-րդ դարում էլեկտրաէներգիայի արտացանցային ցանցի օգտագործումը մեծ շուկա էր, բայց 21-րդ դարում այն ​​զգալիորեն ընդլայնվեց։ Դյուրակիր սարքերն օգտագործվում են ամբողջ աշխարհում։ Արևային մարտկոցներն ավելի լայն տարածում են ստանում գյուղական վայրերում։ Էլեկտրաէներգիայի հասանելիությունն այժմ տնտեսության, այլ ոչ թե տեղակայման խնդիր է։ Վառելիքի այրումը դեռ գերակշռում է տրանսպորտի էներգամատակարարման մեջ։

Մեթոդներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սխեմա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հաջորդ ցուցակը ներառում է էներգիայի կուտակման տեսակները.

  • Հանածո վառելիքի պահեստավորում
  • Մեխանիկական
  • Սեղմված օդի էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա (CAES) (Օդաճնշական կուտակիչ)
  • Առանց կորուստների շոգեքարշ
  • Սուպեր ճանճ
  • Ձգողության պոտենցիալ էներգիա
  • Հիդրոկուտակիչ
  • Պոմպացված պահեստային էլեկտրակայան
  • Էլեկտրական, էլեկտրամագնիսական
  • Կոնդենսատոր
  • Գերհզորացուցիչ
  • Էլեկտրական էներգիայի գերհաղորդիչ պահուստ
  • (Գերհաղորդիչ մագնիսներ և գերհաղորդիչ պարույրներ (H01F6))
  • Կենսաբանական
  • Գլիկոգեն
  • Օսլա
  • Էլեկտրաքիմիական (մարտկոցի էներգիայի պահպանման համակարգ, BESS)
  • հոսքի մարտկոց
  • Կուտակիչ մարտկոց
  • անգլ.՝ UltraBattery
  • Ջերմային
  • Ջերմային կուտակիչ
  • Կրիոգեն պահեստավորման համակարգեր, հեղուկ օդի էներգիայի պահուստ (LAES)
  • Դերման կրիոգենային շարժիչ
  • Եվտեկտիկական համակարգ
  • Սառույցի պահեստավորման կոնդիցիոներ
  • Աղը որպես էներգիայի պահուստ
  • Նյութի փուլային անցում
  • Սեզոնային ջերմության պահպանում
  • Արևային լճակ
  • Գոլորշի կուտակիչ
  • Theերմային էներգիայի կուտակում
  • Քիմիական
  • Կենսավառելիք
  • Հիդրացված աղեր
  • Ջրածնի պահուստ
  • Ջրածնի պերօքսիդ
  • անգլ.՝ Power-to-Gas (P2G) տեխնոլոգիա
  • Վանադիումի (V) օքսիդ

Մեխանիկական կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էներգիան կարող է պահվել մեծ բարձրությամբ մղված ջրի մեջ ՝ պոմպային միջոցով կամ պինդ նյութը ավելի բարձր տեղեր տեղափոխելով (ինքնահոս մարտկոցներ)։ Այլ մեխանիկական մեթոդները ներառում են օդի և թռչող սարքերի սեղմում, որոնք էլեկտրաէներգիան վերածում են կինետիկ էներգիայի և վերադարձնում այն, երբ էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը գագաթնակետին է։

Հիդրոէլեկտրակայան[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հիդրոէլեկտրակայանները կարող են շահագործվել `առավելագույն պահանջարկի ժամանակահատվածներում էլեկտրաէներգիա ապահովելու համար։ Ջուրը ռեզերվուարում պահվում է ցածր պահանջարկի ժամանակահատվածներում և բաց է թողնվում, երբ պահանջարկը մեծ է։ Արդյունքը նման է պոմպով կուտակմանը, բայց առանց ուղեկցորդի կորուստների։ Չնայած հիդրոէլեկտրակայանը ուղղակիորեն չի պահպանում էներգիան այլ աղբյուրներից, այն իրեն համարժեք կերպով է պահում ՝ ավելցուկային ժամանակահատվածում նվազեցնելով էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը այլ աղբյուրներից։ Այս ռեժիմում ամբարտակները էներգիայի կուտակման ամենաարդյունավետ ձևերից մեկն են, քանի որ փոխվում է միայն դրա առաջացման ժամանակը։ Հիդրոէլեկտրական տուրբինները ունեն մի քանի րոպե տևողությամբ գործարկման ժամանակ[1]։

Պոմպացված պահեստային էլեկտրակայան[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պոմպային պահեստավորման էլեկտրակայանը մեծ մասշտաբով էներգիայի կուտակման ամենամեծ ձևն է ամբողջ աշխարհում։ Էներգաարդյունավետությունը գործնականում տատանվում է 70% -ից 80%[2][3][4]։ Էլեկտրաէներգիայի ցածր պահանջարկի ժամանակ արտադրող ավելցուկային հզորությունն օգտագործվում է ցածր ջրամբարից ավելի բարձր ջրամբար ջուր մղելու համար։ Երբ պահանջարկը բարձրանում է, ջուրը հոսում է դեպի ներքևի ջրամբար էլեկտրաէներգիա առաջացնող տուրբինի միջոցով։ Վերադարձելի տուրբինի գեներացնող հավաքույթները գործում են որպես պոմպ և տուրբին՝ Ֆրենսիսի տուրբին։ Գրեթե բոլոր նման կառույցները օգտագործում են ջրի երկու մարմինների բարձրության տարբերությունը։ Պոմպակայանները «կոկիկ» են ջուրը տեղափոխում ջրամբարների միջև, մինչդեռ «պոմպային» մոտեցումը պոմպային պահեստավորման և սովորական հիդրոէլեկտրակայանների համադրություն է։ Այն օգտագործում է բնական ջրի հոսք։

Սեղմված օդի էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Օդաճնշական կուտակիչը օգտագործում է ավելցուկային էներգիա ՝ հետագա էլեկտրաէներգիայի օդը սեղմելու համար[5]։ Օդաճնշական կուտակիչը կարող է հաղթահարել արտադրության անկայունության և բեռի միջև եղած բացը։ Օդաճնշական կուտակիչը բավարարում է սպառողների էներգետիկ կարիքները `արդյունավետորեն տրամադրելով առկա էներգիան` պահանջարկը բավարարելու համար։ Վերականգնվող էներգիայի աղբյուրները, ինչպիսիք են քամին և արևային էներգիան, ունեն փոփոխական ռեսուրսներ։ Արդյունքում, էներգիայի այլ ձևերի ավելացումն անհրաժեշտ է վերականգնվող աղբյուրների մատչելիության նվազման ժամանակահատվածներում էներգիայի պահանջարկի բավարարման համար։ Սեղմված օդի էներգիայի պահեստավորման կայաններն ունակ են էներգիայի գերարտադրության ընթացքում վերականգնել վերականգնվող էներգիայի աղբյուրներից ավելցուկային էներգիա։ Այս կուտակված էներգիան կարող է օգտագործվել, երբ էլեկտրաէներգիայի պահանջարկը մեծանում է կամ էներգետիկ ռեսուրսների մատչելիությունը նվազում է։ Օդի սեղմումը ջերմություն է ստեղծում. Սեղմվելիս օդը տաքանում է։ Ջերմային ընդարձակումը պահանջում է ջերմային էներգիա։ Եթե ​​լրացուցիչ էներգիա չավելացվի, ընդլայնումից հետո օդը շատ ավելի սառը կլինի։ Եթե ​​սեղմման ընթացքում առաջացած ջերմությունը հնարավոր է պահել և օգտագործել ընդլայնման ժամանակ, արդյունավետությունը մեծապես բարելավվում է[6]։

Անիվի էներգիայի պահպանման տեխնոլոգիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Անիվի էներգիայի կուտակումը աշխատում է արագացնելով ռոտորը բարձր արագությամբ և կուտակում ռոտացիոն էներգիան։ Երբ էներգիան արդյունահանվում է, թռիչքի պտտման արագությունը նվազում է։ էներգիայի ավելացումը համապատասխանաբար մեծացնում է թռիչքային արագությունը։ FES համակարգերի մեծ մասն օգտագործում է էլեկտրաէներգիա՝ անիվն արագացնելու և դանդաղեցնելու համար, բայց հաշվի են առնվում նաև այն սարքերը, որոնք ուղղակիորեն օգտագործում են մեխանիկական էներգիա[7]։ FES համակարգերն ունեն բարձր հզորության ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտներից պատրաստված ռոտորներ, կասեցված է մագնիսական առանցքակալների վրա և պտտվում է վակուումային պատյանում 20,000-ից ավելի 50,000 rpm արագությամբ։ Այս անիվները րոպեների ընթացքում կարող են հասնել առավելագույն արագության։ Պտուտակային համակարգը միացված է համակցված էլեկտրական շարժիչի՝ գեներատորի հետ։ FES համակարգերն ունեն համեմատաբար երկար կյանք[8] ճանապարհի ամբողջական ցիկլի կյանքը, որը նշված է թռիչքների համար, տատանվում է օգտագործման 10 5 10 7 ցիկլերի), բարձր սպեցիֆիկ էներգիայի (100-130 կգՋ կամ 360-500 կ00 կգՋ) և էներգիայի խտության[9]։

Պինդ զանգվածների գրավիտացիոն պոտենցիալ էներգիայի կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պինդ զանգվածների բարձրության փոփոխությունը կարող է էներգիա պահել կամ ազատել էլեկտրաէներգիայի / գեներատորի կողմից վարվող բարձրացնող համակարգի միջոցով։ Մեթոդները ներառում են ռելսերի օգտագործումը և կռունկների[10][11] բետոնե բեռները վեր և վար տեղափոխելու համար, արևի էներգիայով աշխատող բարձրահարկ լողացող հարթակների օգտագործումը կոճղեր `ամուր զանգվածներ բարձրացնելու և իջեցնելու համար[12]։

Ջերմային էներգիայի կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ջերմային էներգիայի պահուստը ջերմության ժամանակավոր պահպանումն է կամ հեռացումը։ Սեզոնային ջերմային էներգիայի պահպանման (SSTE) տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տալիս օգտագործել ջերմությունը կամ ցուրտը ամիսներ անց, ինչպես է այն ստացվել բնական աղբյուրներից կամ թափոններից։ Կուտակումը կարող է առաջանալ ջրատար հորիզոններում, հորատանցքերի կուտակումներ երկրաբանական հիմքերում, ինչպիսիք են ավազը կամ բյուրեղային ապարները, շարված փոսերում, լցված մանրախիճով և ջրով կամ ջրով լցված հանքերով։ SNTE տեխնոլոգիաները հաճախ ունենում են չորսից վեց տարի հետադարձ ժամանակահատված։ Որպես օրինակ կարելի է նշել Կանադայի անգլ.՝ Drake Landing արևային համայնքը, որի համար ամբողջ տարվա ջերմության 97% -ը գալիս է ավտոտնակի տանիքների արևային ջերմային կոլեկտորներից, իսկ հորատանցքերի ջերմային պահուստը (BHT) օժանդակ տեխնոլոգիա է[13]։ Դանիայի Բրաստրուպ քաղաքում արևային ջեռուցման քաղաքային համակարգը օգտագործում է նաև SNTE 65 °C (149 ° F) պահեստային ջերմաստիճանում։ Ջերմային էներգիան գործում է միայն այն ժամանակ, երբ ցանցում ավելցուկային հողմաէներգիա կա, օգտագործվում է բաշխման համար ջերմաստիճանը 80 ° C բարձրացնելու համար։ Երբ քամուց առաջացած էլեկտրաէներգիա չկա, օգտագործվում է գազի կաթսա։ Բռաստրուպի ջերմության 20% -ը արևային ծագում ունի[14]։

Ջերմային էներգիայի թաքնված կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թաքնված ջերմային ջերմության պահպանման համակարգերն աշխատում են բարձր գաղտնի ջերմային հզորությամբ նյութերի հետ, որոնք հայտնի են որպես փուլային անցումային նյութեր։ Այս նյութերի հիմնական առավելությունն այն է, որ դրանց թաքնված ջերմային հզորությունը շատ ավելի մեծ է, քան ընկալելի ջերմությունը։ Որոշակի ջերմաստիճանի պայմաններում փուլային անցումը պինդից հեղուկ կլանում է մեծ քանակությամբ ջերմային էներգիա հետագա օգտագործման համար։ Ջերմային էներգիայի թաքնված կուտակումը գործընթաց է, որով ջերմության տեսքով էներգիան կամ կլանվում է, կամ արտանետվում նյութի փուլային անցման ժամանակ։ Փուլային փոփոխությունը նյութի հալումն է կամ կոշտացումը։ Ֆազային փոփոխության ընթացքում ռուս.՝ PCM ունի հալման բարձր կետի պատճառով մեծ քանակությամբ էներգիա կլանելու ունակություն։

Էլեկտրաքիմիական[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կուտակիչ մարտկոց[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Պահեստի մարտկոցը պարունակում է մեկ կամ ավելի էլեկտրաքիմիական բջիջներ։ Մարտկոցները լինում են բոլոր ձևերի և չափերի ՝ կոճակներից մինչև մեգավատ էլեկտրահամակարգեր։ Վերալիցքավորվող մարտկոցներն ունեն ավելի ցածր օգտագործման ընդհանուր արժեք և շրջակա միջավայրի վրա ավելի ցածր ազդեցություն, քան չլիցքավորվող (միանգամյա օգտագործման) մարտկոցները։ Վերալիցքավորվող մարտկոցների որոշ տեսակներ մատչելի են նույն ձևաչափերով, ինչ միանգամյա օգտագործման մարտկոցները։ Վերալիցքավորվող մարտկոցներն ունեն ավելի մեծ նախնական արժեք, բայց դրանք կարող են շատ էժան լիցքավորվել և օգտագործվել բազմիցս։ Մարտկոցների ընդհանուր քիմիական նյութեր են՝ Կապարաթթու մարտկոցներ՝ Կապարաթթու մարտկոցներն ունեն մարտկոցների շուկայում ամենամեծ վիճակում կապարի մետաղի բացասական էլեկտրոդը և կապարի սուլֆատի դրական էլեկտրոդը ընկղմվում են նոսր ծծմբական թթվի էլեկտրոլիտի մեջ։ Արտանետման գործընթացում էլեկտրոնները դուրս են մղվում բջիջից, քանի որ կապարի սուլֆատը առաջանում է բացասական էլեկտրոդի վրա, և էլեկտրոլիտը վերածվում է ջրի։ Կապարի թթվային մարտկոցների տեխնոլոգիան լայնորեն զարգացած է։ Գործողությունը պահանջում է նվազագույն աշխատուժ, դրա արժեքը ցածր է։ Մարտկոցի մատչելի էներգիայի հզորությունը ենթակա է արագ լիցքաթափման, ինչը հանգեցնում է կարճ ծառայության և ցածր էներգիայի խտության[15][16]։

  • Նիկել կադմիումի մարտկոցը որպես էլեկտրոդ օգտագործվում է նիկելի օքսիդի հիդրօքսիդ և մետաղական կադմիում։ Կադմիումը թունավոր տարր է և արգելվել է Եվրոպական միության կողմից 2004 թվականին առավելագույն օգտագործման համար։ Նիկել կադմիումի մարտկոցները գրեթե ամբողջությամբ փոխարինվել են նիկել մետաղի հիդրիդային (NiMH) մարտկոցներով։
  • Նիկել մետաղի հիդրիդային մարտկոցի առաջին կոմերցիոն նմուշները հայտնվել են 1989 թվականին։ Այն այժմ սովորական սպառողական և արդյունաբերական արտադրանք է։
  • Բացասական էլեկտրոդի համար մարտկոցը կադմիումի փոխարեն ունի ջրածնի պահեստային խառնուրդ։
  • Լիթիում-իոնային մարտկոցը Էլեկտրոնային սարքերի արդյունաբերության շատ սպառողների ընտրություն։ Ունի էներգիայի զանգվածի լավագույն հարաբերակցություններից մեկը և շատ դանդաղ ինքնալիցքաթափում, երբ այն չի օգտագործվում։
  • Լիթիումի իոնային պոլիմերային մարտկոցները թեթև են և կարող են արտադրվել ցանկացած ձևով։

Հոսքի մարտկոց[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հոսքային մարտկոցն աշխատում է լուծույթով թաղանթի միջով անցնելով, որտեղ իոնները փոխանակվում են բջիջը լիցքավորելու և լիցքաթափելու համար։ Լարումը քիմիապես որոշվում է Նեռնստի հավասարման միջոցով, և գործնականում տատանվում է 1.0-ից 2.2 Վ։ Պահպանման հզորությունը կախված է այն տարաների ծավալից, որոնցում գտնվում է լուծույթը։ Հոսքի մարտկոցը տեխնիկապես մոտ է ինչպես վառելիքի, այնպես էլ էլեկտրաքիմիական մարտկոցի էլեմենտին։ Առևտրային ծրագրերը նախատեսված են երկար կիսամյակային կյանքի համար, ինչպիսիք են պահուստային էներգիան։

Գերհզորացուցիչ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գերհզորացուցիչները, որոնք կոչվում են նաև Էլեկտրական երկշերտ կոնդենսատորներ (EDLC) կամ ուլտրաչափիչներ, ընդհանուր պայմաններ են էլեկտրաքիմիական կոնդենսատորների ընտանիքի համար, որոնք չունեն պայմանական պինդ դիէլեկտրիկներ։ Հզորությունը որոշվում է կուտակման երկու պարամետրերով՝ երկշերտ հզորություն և կեղծ հզորություն[17][18]։ Գերհզորացուցիչները կամրջում են բացը սովորական կոնդենսատորների և մարտկոցների միջև։ Դրանք պահպանում են կոնդենսատորների մեջ էներգիայի ամենամեծ քանակը միավորի ծավալում կամ զանգվածում։ Նրանք ապահովում են մինչև 10,000 ֆարադ / 1,2 Վ[19], մինչև 10 000 անգամ ավելին, քան էլեկտրոլիտային կոնդենսատորները, բայց մատակարարում կամ ստանում են էներգիայի կեսից էլ պակաս բաժին (հոսանքի խտություն)[20][21]։ Մինչ գերհզորացուցիչները մարտկոցների համեմատ ունեն հատուկ էներգիա և էներգիայի յուրահատուկ խտություն` մոտ 10%, դրանց էներգիայի խտությունը սովորաբար 10-100 անգամ ավելի բարձր է։ Սա հանգեցնում է լիցքավորման / լիցքաթափման շատ ավելի կարճ ցիկլերի։ Բացի այդ, դրանք շատ ավելի շատ կդիմակայեն լիցքավորման և լիցքաթափման ցիկլերին, քան մարտկոցները։

  • Գերհզորացուցիչներն աջակցում են ծրագրերի լայն շրջանակի, ներառյալ ստատիկ հիշողությունը պահուստավորելու ցածր մատակարարման հոսանք։
  • Ավտոմեքենաների, ավտոբուսների, գնացքների, ամբարձիչների և վերելակների էլեկտրամատակարարում, ներառյալ արգելակման ժամանակ էներգիայի վերականգնումը, էներգիայի կարճաժամկետ պահպանումը և իմպուլսային էլեկտրամատակարարումը։

Այլ քիմիական նյութեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տեխնոլոգիա անգլ.՝ Power-to-Gas դա տեխնոլոգիա է, որը էլեկտրաէներգիան վերածում է գազային վառելիքի, ինչպիսիք են ջրածինը կամ մեթանը։ Էլեկտրոլիզի միջոցով ջուրը ջրածնի և թթվածնի վերածելու համար էլեկտրաէներգիայի օգտագործման երեք հայտնի մեթոդ կա։ Առաջին մեթոդով ջրածինը ներարկվում է բնական գազի ցանց։ Երկրորդ մեթոդը ջրածնին ածխաթթու գազի հետ փոխազդելն է մեթան արտադրելու համար՝ մեթանացման ռեակցիա օգտագործելով (օրինակ ՝ Sabatier– ի ռեակցիան) կամ կենսաբանական մեթանացում, ինչը հանգեցնում է էներգիայի փոխակերպման լրացուցիչ 8% կորստի։ Դրանից հետո մեթանը կարող է լցվել բնական գազի ցանց։ Երրորդ մեթոդը օգտագործում է փայտի գազի գեներատորից կամ կենսագազի կայանից ստացվող գազը `կենսագազի փոփոխիչը էլեկտրոլիզատորից ջրածնի հետ խառնվելուց հետո` կենսագազի որակը բարելավելու համար։

Ջրածին[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ջրածինը կարող է դիտվել նաև որպես էներգիայի պահեստավորման սարք։ Այս դեպքում էլեկտրաէներգիան արտադրվում է ջրածնի վառելիքի բջիջի միջոցով։ Կիլոգրամ ջրածնի սինթեզի համար անհրաժեշտ է մոտ 50 կՎտ ժամ արեգակնային էներգիա, ուստի էլեկտրաէներգիայի արժեքը խիստ կարևոր է։ Ստորգետնյա ջրածնի պահուստը տեղի է ունենում ստորգետնյա քարանձավներում, աղի գմբեթներում և սպառված նավթի և գազի հանքերում[22] Կայսերական քիմիական արդյունաբերությունը անգլ.՝ Imperial Chemical Industries երկար տարիներ առանց որևէ խնդրի պահպանում է մեծ քանակությամբ ջրածնի գազ ստորգետնյա քարանձավներում։ Եվրոպական Hyunder նախագիծը 2013-ին նշում էր, որ 85 քարանձավ կպահանջվի քամու և արևի էներգիա կուտակելու համար օգտագործում է ստորգետնյա ջրածինը։

Մեթան[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մեթանը CH 4. մոլեկուլային բանաձևով ամենապարզ ածխաջրածինն է, որի պահելը և տեղափոխելը ավելի հեշտ է, քան ջրածինը։ Դրա պահպանման և այրման համար կա լիարժեք ենթակառուցվածք՝ խողովակաշարեր, գազի հաշվիչներ, էլեկտրակայաններ։ Սինթետիկ բնական գազը կարող է ստեղծվել բազմափուլ գործընթացում` սկսած ջրածնից և թթվածնից։ Ջրածինը Սաբատիերի ֆր.՝ Sabatier ռեակցիայի մեջ արձագանքում է ածխաթթու գազի հետ `արտադրելով մեթան և ջուր։ Մեթանը կարող է պահվել, ապա օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։ Ստացված ջուրը վերամշակվում է և նվազեցվում արտաքին աղբյուրների անհրաժեշտությունը։ Էլեկտրոլիզի փուլում թթվածինը պահվում է հարակից էլեկտրակայանում մաքուր թթվածնային միջավայրում մեթանը այրելու համար։ Երբ մեթանն այրվում է, առաջանում են ածխաթթու գազ (CO2) և ջուր։ Ածխածնի երկօքսիդը կարող է վերամշակվել Սաբատիերի գործընթացն արագացնելու համար, իսկ ջուրը կարող է վերամշակվել` հետագա էլեկտրոլիզի համար։ Մեթանի արտադրությունը, պահպանումը և այրումը մշակում են ռեակցիայի արտադրանքները։

Կենսավառելիք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Հանածո վառելիքները կարող են փոխարինվել տարբեր տեսակի կենսավառելիքներով, ինչպիսիք են բիոդիզելը, բուսական յուղը, ալկոհոլային վառելիքը կամ կենսազանգվածը։ Քիմիական գործընթացները կարող են ածխածինը և ջրածինը (ածխի, բնական գազի, բույսերի և կենդանիների կենսազանգվածի և օրգանական թափոնների մեջ) վերածել հասարակ ածխաջրածնների, որոնք հարմար են որպես ավանդական ածխաջրածնային վառելիքների փոխարինում։ Օրինակներ են Ֆիշեր-Տրոփշ անգլ.՝ Fischer-Tropsch դիզելային վառելիքը, մեթանոլը, դիմեթիլ եթերը և սինթեզվող գազը։ Դիզելային վառելիքի այս աղբյուրը լայնորեն օգտագործվում էր Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի տարիներին՝ Գերմանիայում, որը բախվում էր անմշակ նավթի մատակարարման սահմանափակ հասանելիությանը։ Նման պատճառներով Հարավային Աֆրիկան ​​դիզելային վառելիքի մեծ մասն արտադրում է ածուխից։

Ալյումին[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Մի շարք հետազոտողներ ալյումինն առաջարկել են որպես էներգիայի պահեստավորման սարք։ Ալյումինի էլեկտրաքիմիական համարժեքը գրեթե չորս անգամ ավելի է, քան լիթիումը։ Էներգիան կարող է արդյունահանվել ալյումինից՝ ջրի հետ փոխազդեցությամբ ջրածնի առաջացման միջոցով։ Այնուամենայնիվ, ջրի հետ արձագանքելու համար ալյումինը պետք է առանձնացվի իր բնական օքսիդային շերտից։ Դա գործընթաց է, որը պահանջում է հղկող և քիմիական ռեակցիաներ քայքայիչ նյութերի կամ համաձուլվածքների հետ։ Ալյումինի օքսիդը ջրածնի առաջացնող ռեակցիայի ենթամթերք է, որը Հերոլտի անգլ.՝ Hall-Herult գործընթացում կարող է վերամշակվել ալյումինի մեջ ՝ տեսությունը դարձնելով տեսականորեն վերականգնվող։ Եթե ​​Հերլոտի գործընթացը սկսվում է արևի կամ քամու էներգիայի օգտագործմամբ, ալյումինը կարող է օգտագործվել էներգիան պահելու համար, և գործընթացն ավելի արդյունավետ է, քան արեգակի ուղղակի էլեկտրոլիզի դեպքում[23]։

Բոր, սիլիցիում և ցինկ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Բորը, սիլիցիումը և ցինկը նույնպես համարվում են որպես էներգիայի այլընտրանքային պահեստավորման սարքեր[24][25]։

Այլ քիմիական նյութեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Նորբորնադադիենը օրգանական միացությունը քառաքանակի վերափոխման ռեակցիայի պայմաններում, երբ ենթարկվում է լույսի, պահում է արևի էներգիան քիմիական կապի էներգիայի տեսքով։ Գործող նախատիպը մշակվել է Շվեդիայում և վաճառվում է որպես մոլեկուլային արևային ջերմային համակարգ[26]

Էլեկտրական մեթոդներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կոնդենսատոր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կոնդենսատորը պասիվ երկբևեռ էլեկտրական բաղադրիչ է, որն օգտագործվում է էլեկտրաստատիկ էներգիայի պահպանման համար։ Գործնականում կոնդենսատորները շատ տարբեր են, բայց բոլորը պարունակում են առնվազն երկու էլեկտրական հաղորդիչ, որոնք բաժանված են դիէլեկտրիկով։ Կոնդենսատորը կարող է էլեկտրական էներգիա կուտակել, երբ այն անջատված է լիցքավորման միացումից, այնպես որ այն կարող է օգտագործվել որպես ժամանակավոր մարտկոց կամ վերալիցքավորվող էներգիայի պահեստավորման այլ տեսակներ։ Կոնդենսատորները սովորաբար օգտագործվում են էլեկտրոնային սարքերում `մարտկոցները փոխարինելիս էներգիան պահպանելու համար, որը կանխում է ցնդող հիշողության մեջ տեղեկատվության կորուստը։ Միջին հաշվով կոնդենսատորներն ունեն մեկ կիլոգրամի 360 Ջոուլից պակաս խտություն, մինչդեռ պայմանական ալկալային մարտկոցում այս պարամետրը կազմում է մոտ 590 կՋ / կգ։ Կոնդենսատորները էներգիան կուտակում են սալերի միջև էլեկտրաստատիկ դաշտում։ Հաղորդիչների միջև պոտենցիալ տարբերության պատճառով էլեկտրական դաշտը անցնում է դիէլեկտրիկի միջով՝ առաջացնելով դրական լիցք (+ Q) մեկ ափսեի վրա և բացասական լիցք (–Q ) մյուս ափսեի վրա։ Եթե ​​մարտկոցը բավարար ժամանակով միացված է կոնդենսատորին, ապա ոչ մի հոսանք չի կարող հոսել կոնդենսատորի միջով։ Այնուամենայնիվ, եթե լարումը կիրառվում է կոնդենսատորի կապուղիներում, կարող է առաջանալ կողմնակալ հոսանք։ եթե կոնդենսատորի տերմինալներով լարումը կիրառվում է, կարող է առաջանալ կողմնակալ հոսանք։ Գործնականում, դիէլեկտրիկը սալերի միջև անցնում է արտահոսքի փոքր քանակություն և ունի էլեկտրական դաշտի ուժի սահման, որը հայտնի է որպես խափանման լարում։ Բարձր լարման փչացումից հետո դիէլեկտրիկի վերականգնման ազդեցությունը կարող է հանգեցնել նոր սերնդի ինքնավերականգնվող կոնդենսատորների ստեղծման[27][28][29]

Գերհաղորդիչ ինդուկտիվ պահեստ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գերհաղորդիչ մագնիսական էներգիայի պահպանման համակարգը գերհաղորդիչ ինդուկտիվ պահեստը էներգիան պահում է մագնիսական դաշտում, որը ստեղծվել է ուղղակի ինդուկտորի հոսանքի հոսանքով , որը հովացվել է գերհաղորդիչ ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճանում։ Տիպիկ համակարգը ներառում է գերհաղորդիչ պարույր, օդորակման համակարգ և սառնարան։ Գերհաղորդիչ կծիկը լիցքավորվելուց հետո հոսանքը չի քայքայվում, և մագնիսական էներգիան կարող է անորոշ ժամանակով պահվել։ Կուտակված էներգիան կարող է փոխանցվել ցանցին `պարույրն արտանետելով։ Հարմար ուղղիչը ապահովում է մոտավորապես 2-3% էներգիայի կորուստ յուրաքանչյուր ուղղությամբ։ Գերհաղորդիչ ինդուկտիվ պահեստը էներգիայի պահեստավորման ընթացքում կորցնում է նվազագույն էլեկտրաէներգիան, երբ համեմատվում է էներգիայի պահպանման այլ մեթոդների հետ։ Հովացման էներգիայի պահանջների և գերհաղորդիչ մետաղալարերի արժեքի պատճառով գերհաղորդիչ ինդուկտիվ պահեստն օգտագործվում է կարճաժամկետ պահեստավորման համար, օրինակ` էլեկտրաէներգիայի որակը բարելավելու համար։ Այս պահեստային համակարգը օգտագործվում է նաև ցանցի հավասարակշռման ժամանակ։

Դիմում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ջրաղացներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արդյունաբերական հեղափոխությունից առաջ էներգիայի կուտակման դասական կիրառումը ջրային ուղիների կառավարումն էր՝ ջրաղացները էլեկտրացանցելու համար հացահատիկի վերամշակման կամ քշելու տեխնոլոգիայի համար։ Ջրամբարների և ամբարտակների բարդ համակարգեր են կառուցվել `անհրաժեշտության դեպքում ջուրը (և դրա պարունակած պոտենցիալ էներգիան) պահելու և ազատելու համար։

Տնային էներգիայի կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ենթադրվում է, որ տանը էներգիայի պահպանումը կդառնա ավելի տարածված՝ հաշվի առնելով բաշխված վերականգնվող էներգիայի արտադրության (հատկապես ֆոտոգալվանային) աճող կարևորությունը և բնակելի շենքերի էներգիայի սպառման զգալի մասը[30]։ Ֆոտոգալվանային սարքերով հագեցած տանը ինքնաբավությունը (անկախությունը) 40% -ով բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է էներգիայի պահպանում։ Որոշ արտադրողներ էներգիայի պահեստավորման համար վերալիցքավորվող մարտկոցներ են արտադրում, որոնք սովորաբար պարունակում են ավելորդ արևային քամու էներգիա։ Այսօր տանը էներգիայի պահպանման համար լիթիում-իոնային մարտկոցները նախընտրելի են կապարի թթու մարտկոցներից ՝ հաշվի առնելով դրանց նմանատիպ արժեքը, բայց շատ ավելի բարձր կատարողականություն[31]։ Teslaը թողարկում է անգլ.՝ Tesla Powerwall-ի երկու մոդել։ 10 շաբաթվա ընթացքում յուրաքանչյուր շաբաթ առաջադրվել է մեկ այլ տարբերակ, իսկ մյուսը ՝ 7-ը, մինչև կիրառում է էլեկտրոնային ցիկլը։ 2016 թվականին Telsa Powerpack 2-ի սահմանափակ տարբերակը գինը 398 $/կՎտժ էր էլեկտրաէներգիայի պահեստավորման համար` 12,5 ցենտ/կՎտժ (ցանցի միջին գինը ԱՄՆ-ում), ինչը դրական ազդեցություն ունեցավ ներդրումների վերադարձի վրա, եթե էլեկտրաէներգիայի գները չգերազանցեին 30 ցենտ/ կՎտժ[32]։ Էնֆազ Էներգիա ընկերությունը հայտարարել է ինտեգրված համակարգ, որը հնարավորություն է տալիս տնային օգտագործողներին պահել, վերահսկել և կառավարել էլեկտրաէներգիան։ Համակարգը խնայում է 1,2 կՎտժ էներգիա և 275Վտ/ 500Վտ էլեկտրաէներգիա[33]։ Քամու կամ արեգակնային էներգիայի պահպանումը ջերմային էներգիայի պահեստավորող սարքի միջոցով, չնայած պակաս ճկուն է, բայց մարտկոցներից զգալիորեն թանկ է։ 52 գալոն էլեկտրական ջրատաքացուցիչը կարող է կուտակել մոտավորապես 12 կՎտժ էներգիա տաք ջուր ավելացնելու կամ տարածքը տաքացնելու համար[34]

Էլեկտրացանցեր և էլեկտրակայաններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վերականգնվող էներգիայի կուտակում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Վերականգնվող էներգիայի ամենամեծ մատակարարումն այժմ ապահովում են հիդրոէլեկտրակայանները։ Հիդրոէլեկտրակայանի մոտակայքում գտնվող մի մեծ ջրամբար կարող է բավականաչափ ջուր կուտակել գետի տարեկան հոսքը միջին չոր և խոնավ սեզոնների միջեւ։ Չնայած հիդրոէլեկտրակայանը ուղղակիորեն չի պահպանում էներգիան ընդհատվող աղբյուրներից, այն հավասարակշռում է ցանցը` պահելով ջուրը, երբ էներգիան առաջանում է արևի կամ քամու ճառագայթման միջոցով։ Էներգիայի կուտակման ամենակարևոր տարածքը պոմպային պահուստային էլեկտրակայաններն են։ Նորվեգիայի, Ուելսի, Ճապոնիայի և ԱՄՆ-ի նման տարածաշրջաններ օգտագործում են աշխարհագրական առանձնահատկությունները ՝ օգտագործելով էլեկտրական պոմպեր տանկերը լցնելու համար։ Անհրաժեշտության դեպքում ջուրն անցնում է գեներատորների միջով և հոսող ջրի գրավիտացիոն պոտենցիալը վերածում է էլեկտրաէներգիայի[35]։ Էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ օգտագործվող էներգիայի պահեստավորման սարքերի տեսակներից պետք է նշել հիդրոէլեկտրակայանները պոմպի պահեստով, մարտկոցներով, ջերմային էներգիայի պահեստավորման սարքերով, որոնք կարող են արդյունավետորեն պահել և ազատել շատ մեծ քանակությամբ ջերմային էներգիա և սեղմված օդի էներգիայի կուտակում, պտտաձողեր, կրիոգեն համակարգեր և գերհաղորդիչ մագնիսական պարույրներ։ Ավելցուկային հզորությունը կարող է նաև վերածվել բնական գազի ցանցում պահուստ ունեցող մեթանի[36]։ 2011 թվականին Էներգետիկայի կառավարումը (ԱՄՆ հյուսիս-արևմուտք) մշակեց փորձնական ծրագիր` ավելորդ քամու և հիդրոէներգիայի կլանման համար, առաջացած գիշերը կամ բուռն ժամանակահատվածներում՝ ուժեղ քամու ուղեկցությամբ։ Կենտրոնական հսկողության առկայության դեպքում կենցաղային տեխնիկան կլանում է ավելցուկային էներգիան՝ կերամիկական աղյուսները տաքացնելով հատուկ ջեռուցիչներում հարյուրավոր աստիճանի և բարձրացնելով ջերմաստիճանը տաքացվող տաք ջրով տանկերում։ Լիցքավորումից հետո սարքերը ապահովում են տան տաքացում և տաք ջրի մատակարարում ըստ անհրաժեշտության։ Փորձարարական համակարգը ստեղծվել է՝ հաշվի առնելով 2010 թվականի ուժեղ փոթորկի հետևանքները, ինչը իրավիճակը հասցրեց վերականգնվող էներգիայի գերարտադրության, որ բոլոր պայմանական էներգիայի աղբյուրները դադարեցվել են, կամ ատոմակայանների դեպքում իջեցվել են հնարավոր նվազագույն գործառնական մակարդակի։ Դրանք մեծ տարածք են թողնել գրեթե ամբողջությամբ վերականգնվող էներգիայի աղբյուրների վրա։ Մեկ այլ առաջադեմ տեխնիկա, որն օգտագործվել է ԱՄՆ-ում նախկին Արեգակնային Երկու անգլ.՝ Solar Two նախագծում և Իսպանիայում գտնվող անգլ.՝ Solar Tres Power Tower-ում, հալված աղը օգտագործում է արևի ջերմային էներգիան պահելու համար, այնուհետև փոխակերպելու և ուղարկելու որպես էլեկտրական էներգիա։ Համակարգը հալված աղը մղում է աշտարակի կամ արևի միջոցով տաքացվող այլ հատուկ խողովակաշարերի միջով։ Մեկուսացված տանկերը պահում են լուծումը։ Էլեկտրաէներգիան արտադրվում է ջուրը գոլորշու վերածելու միջոցով, որը սնվում է տուրբիններով։

Պատկերասրահ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  • Варшавский И. Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев, Наукова думка, 1980. - 240 с.

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. Huggins Robert A. (2010)։ «Energy storage»։ Springer։ Վերցված է 2021-03-15 
  2. «Results for 'n2:0013-0613' > 'Journal, magazine' [WorldCat.org]»։ www.worldcat.org (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-15 
  3. «Wayback Machine»։ web.archive.org։ 2014-08-01։ Վերցված է 2021-03-15 
  4. «Wayback Machine»։ web.archive.org։ 2012-09-05։ Վերցված է 2021-03-15 
  5. Wald Matthew L. (2010-07-27)։ «Wind Drives Growing Use of Batteries (Published 2010)» (en-US)։ Վերցված է 2021-03-15 
  6. Gies Erica (2012-10-01)։ «A Storage Solution Is in the Air (Published 2012)» (en-US)։ Վերցված է 2021-03-15 
  7. «Wayback Machine»։ web.archive.org։ 2011-05-16։ Վերցված է 2021-03-15 
  8. «Flywheels: Spinning into Control»։ sciencewriter.org (անգլերեն)։ 2010-08-22։ Վերցված է 2021-03-15 
  9. «Next-gen Of Flywheel Energy Storage»։ web.archive.org։ 2010-07-10։ Վերցված է 2021-03-15 
  10. Massey,ClimateWire Nathanael։ «Energy Storage Hits the Rails Out West»։ Scientific American (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-15 
  11. «Energy-Storing Train Gets Nevada Approval»։ Fortune (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-15 
  12. Rathi Akshat։ «Stacking concrete blocks is a surprisingly efficient way to store energy»։ Quartz (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-15 
  13. «Wayback Machine»։ web.archive.org։ 2016-03-04։ Վերցված է 2021-03-16 
  14. «Braedstrup Solar Park in Denmark is now a reality!»։ web.archive.org։ 2013-01-26։ Վերցված է 2021-03-16 
  15. YAO Liangzhong, YANG Bo, CUI Hongfen, ZHUANG Jun, YE Jilei, XUE Jinhua (2016-10-01)։ «Challenges and progresses of energy storage technology and its application in power systems» (անգլերեն)։ էջեր 519–528։ doi:10.1007/s40565-016-0248-x։ Վերցված է 2021-03-17 
  16. «Results for 'n2:2196-5420' > 'Journal, magazine' [WorldCat.org]»։ www.worldcat.org (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-17 
  17. Frackowiak Elzbieta, Béguin François (2001-05-01)։ «Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors» (անգլերեն)։ էջեր 937–950։ doi:10.1016/S0008-6223(00)00183-4։ Վերցված է 2021-03-17 
  18. Д.а Бограчев, Ю.м Вольфкович, А.а Михалин, В.е Сосенкин (2012)։ «УГЛЕРОДНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ С БОЛЬШОЙ ПСЕВДОЕМКОСТЬЮ ДЛЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ»։ Վերցված է 2021-03-17 
  19. «Capacitor cells - ELTON»։ web.archive.org։ 2013-06-23։ Վերցված է 2021-03-17 
  20. Conway B. E. (1999-04-30)։ «Electrochemical Supercapacitors: Scientific Fundamentals and Technological Applications» (անգլերեն)։ Springer US։ Վերցված է 2021-03-17 
  21. Conway B. E. (1999)։ «Electrochemical supercapacitors : scientific fundamentals and technological applications»։ Plenum Press։ Վերցված է 2021-03-17 
  22. https://www.researchgate.net/publication/224880220_Sustainable_transportation_based_on_electric_vehicle_concepts_A_brief_overview
  23. «Current Efficiency, Specific Energy Consumption, Net Carbon Consumption - The Aluminum Smelting Process»։ www.aluminum-production.com։ Վերցված է 2021-03-18 
  24. «Boron: A Better Energy Carrier than Hydrogen? (28 February 2009)»։ www.eagle.ca։ Վերցված է 2021-03-18 
  25. «The Ergosphere: Zinc: Miracle metal?»։ Վերցված է 2021-03-18 
  26. «Liquid storage of solar energy: More effective than ever before»։ ScienceDaily (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-18 
  27. Belkin A., Bezryadin A., Hendren L., Hubler A. (2017-04-20)։ «Recovery of Alumina Nanocapacitors after High Voltage Breakdown» (անգլերեն)։ էջ 932։ doi:10.1038/s41598-017-01007-9։ Վերցված է 2021-03-18 
  28. «Results for 'n2:2045-2322' > 'Journal, magazine' [WorldCat.org]»։ www.worldcat.org (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-18 
  29. Chen Y., Li H., Lin F., Lv F., Zhang M., Li Z., Liu D. (2012-08)։ «Study on Self-Healing and Lifetime Characteristics of Metallized-Film Capacitor Under High Electric Field»։ էջեր 2014–2019։ doi:10.1109/TPS.2012.2200699։ Վերցված է 2021-03-18 
  30. de Oliveira e Silva Guilherme, Hendrick Patrick (2016-09-15)։ «Lead–acid batteries coupled with photovoltaics for increased electricity self-sufficiency in households» (անգլերեն)։ էջեր 856–867։ doi:10.1016/j.apenergy.2016.06.003։ Վերցված է 2021-03-18 
  31. de Oliveira e Silva Guilherme, Hendrick Patrick (2017-06-01)։ «Photovoltaic self-sufficiency of Belgian households using lithium-ion batteries, and its impact on the grid» (անգլերեն)։ էջեր 786–799։ doi:10.1016/j.apenergy.2017.03.112։ Վերցված է 2021-03-18 
  32. Lambert Fred (2016-11-14)։ «Tesla slashes price of the Powerpack system by another 10% with new generation»։ Electrek (en-US)։ Վերցված է 2021-03-18 
  33. «Enphase plug-and-play solar energy storage system to begin pilot program»։ New Atlas (en-US)։ 2015-10-30։ Վերցված է 2021-03-18 
  34. «Your Water Heater Can Become A High-Power Home Battery»։ Popular Science (անգլերեն)։ Վերցված է 2021-03-18 
  35. Wald Matthew L. (2010-07-27)։ «Wind Drives Growing Use of Batteries» (en-US)։ Վերցված է 2021-03-18 
  36. «Scénario négaWatt 2011-2050»։ Association négaWatt (ֆրանսերեն)։ Վերցված է 2021-03-18 


Արտաքին հղումներ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]