НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ Сухоцкий Альберт Борисович 1. Цели и задачи аккумулирования энергии. 2. Типы аккумуляторов и области их применения. 3. Энергетический баланс аккумулятора. 4. Механическое аккумулирование. Задачи аккумулирования энергии • приведение в соответствие выработки энергии и потребности в ней во времени, • обеспечение плавного запуска энергетической установки, • обеспечение резерва в случае внезапного прекращения работы энергетической установки. Аккумулятор состоит из • резервуара для хранения, • аккумулирующей среды (рабочего тела), • устройств для зарядки и разрядки, • вспомогательного оборудования. КПД аккумулятора = = КПД зарядки * КПД хранения * КПД разрядки Аккумуляторы по виду аккумулирующей энергии могут быть: • механические (гидравлический, пневматический, инерционный, упругий). • тепловые; • термохимические (например, водородный); • электрохимические (например, свинцовокислотные батареи); • электрические (электростатические и индуктивные); Энергетический баланс аккумулятора Vак dmвх dmвых dQ dL u p gH c 2 / 2 d u gH c 2 / 2 вх ак dmвх u p gH c 2 / 2 mак dL dQ вых dmвых Аккумулирование энергии может осуществляться в результате изменения а) удельной внутренней энергии; б) удельной потенциальной энергии давления; в) удельной потенциальной энергией положения, г) удельной кинетической энергии; д) массы системы. Механическое аккумулирование энергии 1. Гидравлический аккумулятор. Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) состоит из двух емкостей расположенных на разных геометрических высотах и соединенных трубопроводом. Гидроаккумулирующие электростанции разделяют на ГАЭС: • чистого аккумулирования, • смешанного типа (ГЭС-ГАЭС). а – ГАЭС, б – ГЭС-ГАЭС Энергия аккумулирования E VgH V H 2 1 КПД аккумулирования ГАЭС Етурб Енасоса gV H hдл т H hдл т н г т н gV H hдл / н H hдл l 2 l 8V 2 hдл 5 2 2 d 2g d g T г l 8V 2 1 Hd 5 g 2Tразр 2 l 8V 2 1 Hd 5 g 2Tзаряд 2 Мощность выдаваемая ГАЭС N турб gGтурб H hдл т Принципиальные схемы гидросилового оборудования По количеству машин ГАЭС разделяют: • четырехмашинная схема насос, гидротурбина, генератор, электродвигатель • трехмашинная схема насос (центробежный), гидротурбина (ковшовая или радиальноосевая), обратимая электрическая машина • двухмашинная схема обратимая гидромашина (поворотно-лопастна, радиальноосевая, диагональная), обратимая электрическая машина Продолжительность цикла аккумулирования ГАЭС: • суточное регулирование (разрядка 4-5 часа, зарядка 6-8 часов). • недельное регулирование, • сезонное регулирование, Компоновка ГАЭС с подземным бассейном Достоинства: 1. Позволяют достигать высоких напоров 1000-1500 м. 5150 kуд 113 0,07 Т 0,7 , руб/кВт H T – срок службы. 2. Снижают размеры отчуждения земель. Недостатки: 1. Требует наличие прочных подземных пород (Балтийский щит южнее г. Минска). 2. Требует строительства подземных зданий ГАЭС. Инерционный аккумулятор Кинетическая энергия вращающегося тела равна E I2 / 2 Маховики инерционных аккумуляторов могут быть двух типов: • в виде диска I mr 2 / 2 • в виде обруча I mr 2 Максимальная скорость вращения маховика ограничена разрывающими центробежными силами 2 max / r Тогда максимальная плотность энергии, запасаемая однородным диском Emax m r 2 2 max / 4 m / 4 V / 4 Удельная массовая плотность энергии стального диска – около 0,03 МДж/кг, стеклокомпозитных материалов – около 0,5 МДж/кг. Преимущество инерционных аккумуляторов: • простота изготовления, • требуют значительно меньший срок подзарядки, чем другие аккумуляторы, • экологически безопасные. Недостатки: • значительная стоимость из-за жестких требований к изготовлению, • представляют значительную физическую опасность. 3. Пневматический аккумулятор Аккумуляторы со сжатым газом нашли широкое применение в газотурбинных установках и на выходе компрессионных установок. Запасенную энергию при сжатии идеального газа можно рассчитать по уравнению E V1 V2 V1 dV pdV nRT p1V1 ln p1 / p2 V V2 Недостатки: • высокая стоимость, • низкий КПД зарядки и разрядки.