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.

КПД аккумулятора =

= КПД зарядки * КПД хранения * КПД разрядки

Аккумулятор состоит из

•резервуара для хранения,

•аккумулирующей среды (рабочего тела),

• устройств для зарядки и разрядки,

• вспомогательного оборудования.

Аккумуляторы по виду аккумулирующей энергии могут быть:

• тепловые;

• механические (гидравлический, пневматический, инерционный, упругий).

• электрические (электростатические и индуктивные);

• электрохимические (например, свинцово-кислотные батареи);

• термохимические (например, водородный);

Энергетический баланс аккумулятора

V а к

dm в х

dQ

dm в ы х

dL

2 2

2

/ 2 / 2

/ 2

вх выхвх вых

акак

u p gH c dm u p gH c dm

d u gH c m dL dQ

Аккумулирование энергии может осуществляться в результате изменения

а) удельной внутренней энергии;

г) удельной кинетической энергии;

д) массы системы.

в) удельной потенциальной энергией положения,

б) удельной потенциальной энергии давления;

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

H

V

12

Энергия аккумулирования

gHVE

КПД аккумулирования

дл ттурб длГАЭС т н г т н

насоса дл н дл/gV H hЕ H h

Е gV H h H h

2 2

дл 5 2 28

2l l Vhd g d g T

2

5 2 2разр

г 2

5 2 2заряд

81

81

l VHd g Tl VHd g T

Мощность выдаваемая ГАЭС

турб турб дл тN gG H h

Принципиальные схемы гидросилового оборудования

По количеству машин ГАЭС разделяют:• четырехмашинная схема насос, гидротурбина, генератор, электродвигатель

• трехмашинная схема насос (центробежный), гидротурбина (ковшовая или радиально-осевая), обратимая электрическая машина

• двухмашинная схема обратимая гидромашина (поворотно-лопастна, радиально-осевая, 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.

2. Снижают размеры отчуждения земель.

уд5150 113 0,07 0,7 , руб/кВтk ТH

T – срок службы.

2. Требует строительства подземных зданий ГАЭС.

Недостатки:

1. Требует наличие прочных подземных пород (Балтийский щит южнее г. Минска).

Кинетическая энергия вращающегося тела равна

2/2IE

Маховики инерционных аккумуляторов могут быть двух типов:

• в виде диска

• в виде обруча

2/2mrI

2mrI

Инерционный аккумулятор

Максимальная скорость вращения маховика ограничена разрывающими центробежными силами 2

max / r

Тогда максимальная плотность энергии, запасаемая однородным диском

2 2max max / 4 / 4 / 4E m r m V

Удельная массовая плотность энергии стального диска – около 0,03 МДж/кг, стеклокомпозитных материалов – около 0,5 МДж/кг.

Преимущество инерционных аккумуляторов:

Недостатки:

•простота изготовления,•требуют значительно меньший срок

подзарядки, чем другие аккумуляторы,•экологически безопасные.

•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

1 1

2 2

1 1 1 2ln /V V

V V

dVE pdV nRT pV p pV

Недостатки:

• высокая стоимость,

• низкий КПД зарядки и разрядки.