ბუნებამ ადამიანს მისცა ენერგიის მრავალფეროვანი წყარო: მზე, ქარი, მდინარეები და სხვა. ამ უფასო ენერგიის გენერატორების მინუსი არის სტაბილურობის ნაკლებობა. ამიტომ, ჭარბი ენერგიის პერიოდებში, ის ინახება შესანახ მოწყობილობებში და იხარჯება დროებითი რეცესიის პერიოდში. ენერგიის შესანახი მოწყობილობები ხასიათდება შემდეგი პარამეტრებით:
- შენახული ენერგიის რაოდენობა;
- მისი დაგროვებისა და დაბრუნების სიჩქარე;
- სპეციფიკური სიმძიმე;
- ენერგიის შენახვის დრო;
- სანდო;
- წარმოების და ტექნიკური ხარჯები და სხვა.
დისკების ორგანიზების მრავალი გზა არსებობს. ერთ-ერთი ყველაზე მოსახერხებელია კლასიფიკაცია შენახვის მოწყობილობაში გამოყენებული ენერგიის ტიპისა და მისი დაგროვებისა და დაბრუნების მეთოდის მიხედვით. ენერგიის შესანახი მოწყობილობები იყოფა შემდეგ ძირითად ტიპებად:
- მექანიკური;
- თერმული;
- ელექტრო;
- ქიმიური.
პოტენციური ენერგიის დაგროვება
ამ მოწყობილობების არსი პირდაპირია. ტვირთის აწევისას გროვდება პოტენციური ენერგია, დაწევისას ის ასრულებს სასარგებლო სამუშაოს. დიზაინის მახასიათებლები დამოკიდებულია ტვირთის ტიპზე. ეს შეიძლება იყოს მყარი, თხევადი ანფხვიერი ნივთიერება. როგორც წესი, ამ ტიპის მოწყობილობების დიზაინი ძალიან მარტივია, შესაბამისად მაღალი საიმედოობა და ხანგრძლივი მომსახურების ვადა. შენახული ენერგიის შენახვის დრო დამოკიდებულია მასალების გამძლეობაზე და შეიძლება მიაღწიოს ათასწლეულებს. სამწუხაროდ, ასეთ მოწყობილობებს აქვთ დაბალი ენერგიის სიმკვრივე.
კინეტიკური ენერგიის მექანიკური შენახვა
ამ მოწყობილობებში ენერგია ინახება სხეულის მოძრაობაში. ჩვეულებრივ ეს არის რხევითი ან მთარგმნელობითი მოძრაობა.
კინეტიკური ენერგია ოსცილატორულ სისტემებში კონცენტრირებულია სხეულის ორმხრივ მოძრაობაში. ენერგია მიეწოდება და მოიხმარება ნაწილებად, სხეულის მოძრაობასთან ერთად. მექანიზმი საკმაოდ რთული და კაპრიზული გარემოშია. ფართოდ გამოიყენება მექანიკურ საათებში. შენახული ენერგიის რაოდენობა ჩვეულებრივ მცირეა და შესაფერისია მხოლოდ თავად მოწყობილობის მუშაობისთვის.
გიროსკოპის შესანახი მოწყობილობები
კინეტიკური ენერგიის მარაგი კონცენტრირებულია მბრუნავ ბორბალში. მფრინავის სპეციფიკური ენერგია მნიშვნელოვნად აღემატება მსგავსი სტატიკური დატვირთვის ენერგიას. შესაძლებელია მნიშვნელოვანი სიმძლავრის მიღება ან გამოშვება მოკლე დროში. ენერგიის შენახვის დრო მოკლეა და დიზაინის უმეტესობისთვის შემოიფარგლება რამდენიმე საათით. თანამედროვე ტექნოლოგიები იძლევა ენერგიის შენახვის დროის რამდენიმე თვემდე გაზრდას. მფრინავები ძალიან მგრძნობიარეა შოკის მიმართ. მოწყობილობის ენერგია პირდაპირ არის დამოკიდებული მისი ბრუნვის სიჩქარეზე. ამრიგად, ენერგიის დაგროვებისა და დაბრუნების პროცესში ხდება მფრინავის ბრუნვის სიჩქარის ცვლილება. და ისეთი დატვირთვისთვის, როგორიცააროგორც წესი, საჭიროა მუდმივი, დაბალი ბრუნვის სიჩქარე.
უფრო პერსპექტიული მოწყობილობებია superflywheels. ისინი მზადდება ფოლადის ლენტით, სინთეტიკური ბოჭკოდან ან მავთულისგან. დიზაინი შეიძლება იყოს მკვრივი ან ცარიელი ადგილი. თუ თავისუფალი ადგილია, ფირის ხვეულები გადადიან ბრუნვის პერიფერიაზე, იცვლება მფრინავის ინერციის მომენტი, ენერგიის ნაწილი ინახება დეფორმირებულ ზამბარაში. ასეთ მოწყობილობებში ბრუნვის სიჩქარე უფრო სტაბილურია, ვიდრე მყარ სტრუქტურებში და მათი ენერგიის მოხმარება გაცილებით მაღალია. ისინი ასევე უფრო უსაფრთხოა.
თანამედროვე სუპერ საფრენი ბორბლები დამზადებულია კევლარის ბოჭკოებისგან. ისინი ბრუნავენ ვაკუუმურ პალატაში მაგნიტურ სუსპენზიაზე. შეუძლია ენერგიის შენახვა რამდენიმე თვის განმავლობაში.
მექანიკური შენახვა ელასტიური ძალების გამოყენებით
ამ ტიპის მოწყობილობას შეუძლია უზარმაზარი სპეციფიკური ენერგიის შენახვა. მექანიკური დისკებიდან მას აქვს ყველაზე მაღალი ენერგიის ინტენსივობა მოწყობილობებისთვის, რომელთა ზომებია რამდენიმე სანტიმეტრი. დიდი ბრუნვის ბორბლები ძალიან მაღალი ბრუნვის სიჩქარით აქვთ გაცილებით მაღალი ენერგეტიკული შემცველობა, მაგრამ ისინი ძალიან დაუცველები არიან გარე ზემოქმედების მიმართ და აქვთ ენერგიის შენახვის უფრო მოკლე დრო.
გაზაფხულის ენერგიის მექანიკური შენახვა
შეუძლია მიაწოდოს უმაღლესი მექანიკური სიმძლავრე ენერგიის შენახვის ნებისმიერ კლასში. იგი შემოიფარგლება მხოლოდ ზამბარის დაჭიმვის სიძლიერით. შეკუმშული ზამბარის ენერგია შეიძლება ინახებოდეს რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში. თუმცა, მუდმივი დეფორმაციის გამო, დაღლილობა გროვდება მეტალში და ზამბარის სიმძლავრემცირდება. ამავდროულად, მაღალი ხარისხის ფოლადის ზამბარებს, სათანადო მუშაობის პირობებში, შეუძლიათ ასობით წლის განმავლობაში მუშაობა სიმძლავრის შესამჩნევი დაკარგვის გარეშე.
გაზაფხულის ფუნქციების შესრულება შესაძლებელია ნებისმიერი ელასტიური ელემენტით. მაგალითად, რეზინის ზოლები ათჯერ აღემატება ფოლადის პროდუქტებს შენახული ენერგიის თვალსაზრისით ერთეულ მასაზე. მაგრამ ქიმიური დაბერების გამო რეზინის მომსახურების ვადა მხოლოდ რამდენიმე წელია.
მექანიკური შესანახი მოწყობილობები შეკუმშული აირების ენერგიის გამოყენებით
ამ ტიპის მოწყობილობაში ენერგია ინახება გაზის შეკუმშვით. ენერგიის ჭარბი თანდასწრებით, გაზი ზეწოლის ქვეშ იტუმბება ცილინდრში კომპრესორის გამოყენებით. საჭიროებისამებრ, შეკუმშული გაზი გამოიყენება ტურბინის ან ელექტრო გენერატორის დასაბრუნებლად. დაბალი სიმძლავრის დროს მიზანშეწონილია გამოიყენოთ დგუშის ძრავა ტურბინის ნაცვლად. ასობით ატმოსფეროს წნევის ქვეშ მყოფ ჭურჭელში მყოფ გაზს აქვს მაღალი სპეციფიკური ენერგიის სიმკვრივე რამდენიმე წლის განმავლობაში და მაღალი ხარისხის ფიტინგებით - ათწლეულების განმავლობაში.
სითბო ენერგიის შენახვა
ჩვენი ქვეყნის ტერიტორიის უმეტესი ნაწილი მდებარეობს ჩრდილოეთ რეგიონებში, ამიტომ ენერგიის მნიშვნელოვანი ნაწილი იძულებულია დაიხარჯოს გათბობისთვის. ამასთან დაკავშირებით საჭიროა რეგულარულად გადაიჭრას დისკში სითბოს შენარჩუნებისა და საჭიროების შემთხვევაში მისი ამოღების პრობლემა.
უმეტეს შემთხვევაში, შეუძლებელია შენახული თერმული ენერგიის მაღალი სიმკვრივის და მისი კონსერვაციის მნიშვნელოვანი პერიოდების მიღწევა. არსებული ეფექტური მოწყობილობებიმისი ზოგიერთი მახასიათებლისა და მაღალი ფასის გამო არ არის შესაფერისი ფართო გამოყენებისთვის.
შენახვა თბოტევადობის გამო
ეს არის ერთ-ერთი უძველესი გზა. იგი ემყარება თერმული ენერგიის დაგროვების პრინციპს ნივთიერების გაცხელებისას და სითბოს გადაცემისას გაცივებისას. ასეთი დისკების დიზაინი ძალიან მარტივია. ეს შეიძლება იყოს ნებისმიერი მყარი ნივთიერების ნაჭერი ან დახურული კონტეინერი თხევადი გამაგრილებლით. თერმული ენერგიის აკუმულატორებს აქვთ ძალიან გრძელი მომსახურების ვადა, ენერგიის დაგროვებისა და გამოთავისუფლების ციკლების თითქმის შეუზღუდავი რაოდენობა. მაგრამ შენახვის ვადა არ აღემატება რამდენიმე დღეს.
ელექტრული ენერგიის შესანახი
ელექტრული ენერგია მისი ყველაზე მოსახერხებელი ფორმაა თანამედროვე მსოფლიოში. ამიტომ ელექტრო შესანახი მოწყობილობები ფართოდ გამოიყენება და ყველაზე განვითარებულია. სამწუხაროდ, იაფი მოწყობილობების სპეციფიკური სიმძლავრე მცირეა, ხოლო მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრის მქონე მოწყობილობები ძალიან ძვირი და ხანმოკლეა. ელექტრო ენერგიის შესანახი მოწყობილობებია კონდენსატორები, იონისტორები, ბატარეები.
კონდენსატორები
ეს არის ენერგიის შენახვის ყველაზე მასიური ტიპი. კონდენსატორებს შეუძლიათ იმუშაონ ტემპერატურაზე -50-დან +150 გრადუსამდე. ენერგიის დაგროვება-დაბრუნების ციკლების რაოდენობა წამში ათობით მილიარდია. რამდენიმე კონდენსატორის პარალელურად შეერთებით, თქვენ შეგიძლიათ მარტივად მიიღოთ საჭირო ტევადობა. გარდა ამისა, არსებობს ცვლადი კონდენსატორები. ასეთი კონდენსატორების ტევადობის შეცვლა შეიძლება განხორციელდეს მექანიკურად ან ელექტრო ან ტემპერატურით. ყველაზე ხშირად, ცვლადი კონდენსატორების ნახვა შეგიძლიათრხევითი სქემები.
კონდენსატორები იყოფა ორ კლასად - პოლარული და არაპოლარული. პოლარული (ელექტროლიტური) ექსპლუატაციის ვადა უფრო მოკლეა ვიდრე არაპოლარული, ისინი უფრო მეტად არიან დამოკიდებულნი გარე პირობებზე, მაგრამ ამავე დროს აქვთ უფრო დიდი სპეციფიკური სიმძლავრე.
როგორც ენერგიის შესანახი კონდენსატორები არ არის ძალიან წარმატებული მოწყობილობები. მათ აქვთ დაბალი სიმძლავრე და შენახული ენერგიის უმნიშვნელო სპეციფიკური სიმკვრივე და მისი შენახვის დრო გამოითვლება წამებში, წუთებში, იშვიათად საათებში. კონდენსატორები იპოვეს გამოყენება ძირითადად ელექტრონიკაში და ენერგეტიკულ ელექტროტექნიკაში.
კონდენსატორის გაანგარიშება, როგორც წესი, არ იწვევს სირთულეებს. ყველა საჭირო ინფორმაცია სხვადასხვა ტიპის კონდენსატორების შესახებ წარმოდგენილია ტექნიკურ ინსტრუქციებში.
იონისტორები
ეს მოწყობილობები იკავებენ შუალედურ პოზიციას პოლარულ კონდენსატორებსა და ბატარეებს შორის. მათ ზოგჯერ მოიხსენიებენ როგორც "სუპერკონდენსატორები". შესაბამისად, მათ აქვთ დიდი რაოდენობით დატენვა-განმუხტვის ეტაპები, ტევადობა უფრო დიდია ვიდრე კონდენსატორები, მაგრამ ოდნავ ნაკლები ვიდრე პატარა ბატარეები. ენერგიის შენახვის ვადა რამდენიმე კვირამდეა. იონისტორები ძალიან მგრძნობიარეა ტემპერატურის მიმართ.
ელექტრო ბატარეები
ელექტროქიმიური ბატარეები გამოიყენება იმ შემთხვევაში, თუ თქვენ გჭირდებათ დიდი ენერგიის შენახვა. ტყვიის მჟავა მოწყობილობები საუკეთესოდ შეეფერება ამ მიზნით. ისინი გამოიგონეს დაახლოებით 150 წლის წინ. და მას შემდეგ, არაფერი ფუნდამენტურად ახალი არ არის დანერგილი ბატარეის მოწყობილობაში. გამოჩნდა მრავალი სპეციალიზებული მოდელი, მნიშვნელოვნად გაიზარდა კომპონენტების ხარისხი,ბატარეის საიმედოობა. აღსანიშნავია, რომ სხვადასხვა მწარმოებლის მიერ შექმნილი ბატარეის მოწყობილობა განსხვავდება მხოლოდ მცირე დეტალებით სხვადასხვა მიზნებისთვის.
ელექტროქიმიური ბატარეები იყოფა წევად და დასაწყებად. წევა გამოიყენება ელექტროტრანსპორტში, უწყვეტი კვების წყაროებში, ელექტრო ინსტრუმენტებში. ასეთი ბატარეები ხასიათდება ხანგრძლივი ერთგვაროვანი გამონადენით და მისი დიდი სიღრმით. დამწყებ ბატარეებს შეუძლიათ მაღალი დენის მიწოდება მოკლე დროში, მაგრამ ღრმა გამონადენი მათთვის მიუღებელია.
ელექტროქიმიურ ბატარეებს აქვთ დამუხტვის-გამომუხტვის ციკლების შეზღუდული რაოდენობა, საშუალოდ 250-დან 2000 წლამდე. მაშინაც კი, თუ არ გამოიყენება, ისინი ფუჭდება რამდენიმე წლის შემდეგ. ელექტროქიმიური ბატარეები მგრძნობიარეა ტემპერატურაზე, მოითხოვს ხანგრძლივ დატენვას და საჭიროებს მკაცრ მოვლას.
მოწყობილობა პერიოდულად საჭიროებს დატენვას. მანქანაზე დაყენებული ბატარეა იტენება გენერატორიდან მოძრაობისას. ზამთარში ეს საკმარისი არ არის, ცივი ბატარეა კარგად არ იღებს დატენვას და ელექტროენერგიის მოხმარება იზრდება ძრავის დასაწყებად. ამიტომ აუცილებელია ბატარეის დამატებით დამუხტვა თბილ ოთახში სპეციალური დამტენით. ტყვიმჟავა მოწყობილობების ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მინუსი არის მათი მძიმე წონა.
ბატარეები დაბალი სიმძლავრის მოწყობილობებისთვის
თუ საჭიროა დაბალი წონის მობილური მოწყობილობები, აირჩიეთ შემდეგი ტიპის ბატარეები: ნიკელ-კადმიუმი,ლითიუმ-იონი, მეტალ-ჰიბრიდი, პოლიმერ-იონი. მათ აქვთ უფრო მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრე, მაგრამ ფასი გაცილებით მაღალია. ისინი გამოიყენება მობილურ ტელეფონებში, ლეპტოპებში, კამერებში, ვიდეოკამერებში და სხვა მცირე მოწყობილობებში. სხვადასხვა ტიპის ბატარეები განსხვავდება მათი პარამეტრებით: დამუხტვის ციკლების რაოდენობა, შენახვის ვადა, ტევადობა, ზომა და ა.შ.
მაღალი სიმძლავრის ლითიუმ-იონური ბატარეები გამოიყენება ელექტრო და ჰიბრიდულ მანქანებში. ისინი მსუბუქი წონაა, მაღალი სპეციფიკური სიმძლავრე და მაღალი საიმედოობა. ამავდროულად, ლითიუმ-იონური ბატარეები ძალიან აალებადია. აალება შეიძლება მოხდეს მოკლე ჩართვის, მექანიკური დეფორმაციის ან კორპუსის განადგურების, ბატარეის დატენვის ან გამონადენის რეჟიმების დარღვევის შედეგად. ხანძრის ჩაქრობა საკმაოდ რთულია ლითიუმის მაღალი აქტივობის გამო.
ბატარეები მრავალი ტექნიკის ხერხემალია. მაგალითად, ტელეფონის ენერგიის შესანახი მოწყობილობა არის კომპაქტური გარე ბატარეა, რომელიც მოთავსებულია გამძლე, წყალგაუმტარ კორპუსში. ეს საშუალებას გაძლევთ დატენოთ ან ჩართოთ თქვენი მობილური ტელეფონი. მძლავრი მობილური ენერგიის შესანახ მოწყობილობებს შეუძლიათ დატენონ ნებისმიერი ციფრული მოწყობილობა, თუნდაც ლეპტოპები. ასეთ მოწყობილობებში, როგორც წესი, დამონტაჟებულია მაღალი ტევადობის ლითიუმ-იონური ბატარეები. სახლისთვის ენერგიის შენახვა ასევე არ არის სრული ბატარეების გარეშე. მაგრამ ეს ბევრად უფრო რთული მოწყობილობებია. ბატარეის გარდა, მათში შედის დამტენი, კონტროლის სისტემა და ინვერტორი. მოწყობილობებს შეუძლიათ მუშაობა როგორც ფიქსირებული ქსელიდან, ასევე სხვა წყაროებიდან. გამომავალი სიმძლავრე არის საშუალოდ 5 კვტ.
მანქანებსქიმიური ენერგია
გაასხვავეთ "საწვავი" და "არასაწვავი" ტიპის დისკები. მათ სჭირდებათ სპეციალური ტექნოლოგიები და ხშირად მოცულობითი მაღალტექნოლოგიური აღჭურვილობა. გამოყენებული პროცესები შესაძლებელს ხდის ენერგიის მიღებას სხვადასხვა ფორმით. თერმოქიმიური რეაქციები შეიძლება მოხდეს როგორც დაბალ, ასევე მაღალ ტემპერატურაზე. მაღალი ტემპერატურის რეაქციების კომპონენტები შეჰყავთ მხოლოდ მაშინ, როცა საჭიროა ენერგიის მიღება. მანამდე ისინი ინახება ცალკე, სხვადასხვა ადგილას. დაბალი ტემპერატურის რეაქციების კომპონენტები, როგორც წესი, ერთსა და იმავე კონტეინერშია.
ენერგიის შენახვა საწვავის გაშვებით
ეს მეთოდი მოიცავს ორ სრულიად დამოუკიდებელ ეტაპს: ენერგიის დაგროვებას („დამუხტვა“) და მის გამოყენებას („განმუხტვა“). ტრადიციულ საწვავს, როგორც წესი, აქვს დიდი სპეციფიკური ენერგიის სიმძლავრე, გრძელვადიანი შენახვის შესაძლებლობა და გამოყენების სიმარტივე. მაგრამ ცხოვრება არ დგას. ახალი ტექნოლოგიების დანერგვა ზრდის მოთხოვნას საწვავზე. ამოცანა მოგვარებულია არსებული გაუმჯობესებით და ახალი, მაღალენერგეტიკული საწვავის შექმნით.
ახალი ნიმუშების ფართო დანერგვას აფერხებს ტექნოლოგიური პროცესების არასაკმარისი განვითარება, სამუშაოებში ხანძრისა და აფეთქების მაღალი საშიშროება, მაღალკვალიფიციური პერსონალის საჭიროება და ტექნოლოგიის მაღალი ღირებულება.
ქიმიური ენერგიის უსაწვავი შესანახი
ამ ტიპის შენახვაში ენერგია ინახება ზოგიერთი ქიმიური ნივთიერების სხვაზე გადაქცევით. მაგალითად, ჩამქრალი ცაცხვი გაცხელებისას გადადის ცაცხვის მდგომარეობაში. განმუხტვისას, დაგროვილი ენერგიაგამოიყოფა სითბოს და გაზის სახით. ეს არის ზუსტად ის, რაც ხდება, როდესაც ცაცხვი წყალთან ერთად იშლება. იმისათვის, რომ რეაქცია დაიწყოს, ჩვეულებრივ საკმარისია კომპონენტების შერწყმა. არსებითად, ეს არის ერთგვარი თერმოქიმიური რეაქცია, მხოლოდ ის მიმდინარეობს ასობით და ათასობით გრადუსის ტემპერატურაზე. ამიტომ გამოყენებული აღჭურვილობა გაცილებით რთული და ძვირია.
