Байгаль хүнд нар, салхи, гол мөрөн гэх мэт төрөл бүрийн эрчим хүчний эх үүсвэрүүдийг өгсөн. Эдгээр үнэгүй эрчим хүчний үүсгүүрүүдийн сул тал нь тогтвортой байдлын дутагдал юм. Тиймээс илүүдэл эрчим хүчний үед хадгалах төхөөрөмжид хадгалагдаж, түр зуурын уналтын үед зарцуулагддаг. Эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжүүд нь дараах параметрүүдээр тодорхойлогддог:
- хуримтлуулсан энергийн хэмжээ;
- түүний хуримтлал ба өгөөжийн хурд;
- өвөрмөц таталцал;
- эрчим хүч хадгалах хугацаа;
- найдвартай байдал;
- үйлдвэрлэл, засвар үйлчилгээний зардал болон бусад.
Драйвыг зохион байгуулах олон арга бий. Хамгийн тохиромжтой зүйлсийн нэг бол хадгалах төхөөрөмжид ашигласан эрчим хүчний төрөл, түүнийг хуримтлуулах, буцаах аргын дагуу ангилах явдал юм. Эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжийг дараах үндсэн төрлүүдэд хуваадаг:
- механик;
- дулаан;
- цахилгаан;
- химийн.
Боломжийн энергийн хуримтлал
Эдгээр төхөөрөмжүүдийн мөн чанар нь ойлгомжтой. Ачаа өргөхөд боломжит энерги хуримтлагддаг бөгөөд буулгах үед ашигтай ажил гүйцэтгэдэг. Загварын онцлог нь ачааны төрлөөс хамаарна. Энэ нь хатуу, шингэн эсвэл байж болносул бодис. Дүрмээр бол энэ төрлийн төхөөрөмжийн загвар нь маш энгийн тул өндөр найдвартай, урт хугацааны үйлчилгээтэй байдаг. Хадгалсан эрчим хүчийг хадгалах хугацаа нь материалын бат бөх чанараас хамаардаг бөгөөд хэдэн мянган жил хүрч болно. Харамсалтай нь ийм төхөөрөмжүүд нь эрчим хүчний нягтрал багатай байдаг.
Кинетик энергийн механик хадгалалт
Эдгээр төхөөрөмжүүдэд энерги нь биеийн хөдөлгөөнд хуримтлагддаг. Энэ нь ихэвчлэн хэлбэлзлийн эсвэл орчуулгын хөдөлгөөн юм.
Тусмал систем дэх кинетик энерги нь биеийн харилцан эргэх хөдөлгөөнд төвлөрдөг. Биеийн хөдөлгөөнөөр эрчим хүчийг хэсэг хэсгээр нь нийлүүлж, зарцуулдаг. Механизм нь нэлээд төвөгтэй бөгөөд тохируулгатай байдаг. Механик цагны үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглэгддэг. Хадгалсан эрчим хүчний хэмжээ нь ихэвчлэн бага байдаг бөгөөд зөвхөн төхөөрөмж өөрөө ажиллахад тохиромжтой.
Гироскопоор ажилладаг хадгалах төхөөрөмж
Кинетик энергийн нөөц нь эргэдэг нисдэг дугуйнд төвлөрдөг. Flywheel-ийн тодорхой энерги нь ижил төстэй статик ачааллын энергиээс ихээхэн давж гардаг. Богино хугацаанд их хэмжээний эрчим хүчийг хүлээн авах эсвэл гаргах боломжтой. Эрчим хүч хадгалах хугацаа нь богино бөгөөд ихэнх загварт хэдхэн цаг хязгаарлагддаг. Орчин үеийн технологи нь эрчим хүч хадгалах хугацааг хэдэн сар хүртэл нэмэгдүүлэх боломжийг олгодог. Flywheels нь цочролд маш мэдрэмтгий байдаг. Төхөөрөмжийн энерги нь түүний эргэлтийн хурдаас шууд хамаардаг. Тиймээс эрчим хүч хуримтлуулах, буцаах явцад нисдэг дугуйны эргэлтийн хурд өөрчлөгддөг. Мөн ийм ачааллын хувьдДүрмээр бол тогтмол, бага эргэлтийн хурд шаардлагатай.
Илүү ирээдүйтэй төхөөрөмжүүд бол superflywheels юм. Тэдгээр нь ган соронзон хальс, синтетик утас эсвэл утсаар хийгдсэн байдаг. Загвар нь нягт эсвэл хоосон зайтай байж болно. Хэрэв чөлөөт орон зай байгаа бол соронзон хальсны ороомог нь эргэлтийн зах руу шилжиж, flywheel-ийн инерцийн момент өөрчлөгдөж, энергийн нэг хэсэг нь гажигтай хавар хадгалагдана. Ийм төхөөрөмжид эргэлтийн хурд нь хатуу бүтэцтэй харьцуулахад илүү тогтвортой байдаг бөгөөд тэдгээрийн эрчим хүчний зарцуулалт хамаагүй өндөр байдаг. Тэд бас илүү аюулгүй.
Орчин үеийн супер нисдэг дугуйнууд нь Кевлар эслэгээр хийгдсэн. Тэд соронзон суспенз дээр вакуум камерт эргэлддэг. Хэдэн сарын турш эрчим хүчээ хадгалах чадвартай.
Уян хатан хүчийг ашиглан механик хадгалалт
Энэ төрлийн төхөөрөмж нь асар их эрчим хүчийг хадгалах чадвартай. Механик хөтчүүдийн дотроос хэд хэдэн сантиметр хэмжээтэй төхөөрөмжүүдийн хувьд хамгийн их эрчим хүчний эрчимтэй байдаг. Маш өндөр эргэлтийн хурдтай том нисдэг дугуйнууд нь эрчим хүчний агууламж ихтэй боловч гадны нөлөөнд маш эмзэг бөгөөд эрчим хүч хадгалах хугацаа бага байдаг.
Хаврын эрчим хүчний механик хуримтлал
Энерги хуримтлуулах ангиллын хамгийн дээд механик хүчийг өгөх чадвартай. Энэ нь зөвхөн хаврын суналтын хүчээр хязгаарлагддаг. Шахсан булгийн энергийг хэдэн арван жил хадгалах боломжтой. Гэсэн хэдий ч байнгын хэв гажилтын улмаас ядаргаа нь металл, хаврын багтаамжийг хуримтлуулдагбуурдаг. Үүний зэрэгцээ, өндөр чанартай ган пүрш нь зөв ашиглалтын нөхцөлд хүчин чадлаа мэдэгдэхүйц алдахгүйгээр хэдэн зуун жил ажиллах боломжтой.
Хаврын функцийг дурын уян элементээр гүйцэтгэж болно. Жишээлбэл, резинэн тууз нь нэгж масс тутамд хуримтлагдсан энергийн хувьд ган бүтээгдэхүүнээс хэдэн арван дахин илүү байдаг. Гэвч химийн бодисоор хөгшрөлтийн улмаас резинийг ашиглах хугацаа хэдхэн жил байдаг.
Шахсан хийн энергийг ашигладаг механик хадгалах төхөөрөмж
Энэ төрлийн төхөөрөмжид хийг шахах замаар энерги хуримтлагддаг. Илүүдэл энерги байгаа тохиолдолд хийг компрессор ашиглан цилиндрт даралтын дор шахдаг. Шаардлагатай бол шахсан хий нь турбин эсвэл цахилгаан үүсгүүрийг эргүүлэхэд ашиглагддаг. Бага хүчин чадалтай үед турбины оронд поршений мотор ашиглах нь зүйтэй. Хэдэн зуун атмосферийн даралтанд байгаа савны хий нь хэдэн жилийн турш, өндөр чанартай холбох хэрэгсэлтэй бол хэдэн арван жилийн турш эрчим хүчний өндөр нягтралтай байдаг.
Дулааны энерги хадгалах
Манай улсын ихэнх нутаг дэвсгэр хойд бүс нутагт оршдог тул эрчим хүчний багагүй хэсгийг халаалтад зарцуулахаас өөр аргагүй болдог. Үүнтэй холбоотойгоор хөтөчдөө дулаанаа хадгалах, шаардлагатай бол тэндээсээ гаргаж авах асуудлыг тогтмол шийдвэрлэх шаардлагатай байна.
Ихэнх тохиолдолд хуримтлагдсан дулааны эрчим хүчний өндөр нягтрал болон түүнийг хадгалах ямар нэгэн чухал үеийг бий болгох боломжгүй байдаг. Одоо байгаа үр дүнтэй төхөөрөмжүүдЗарим онцлог шинж чанар, өндөр үнээс шалтгаалан өргөн хэрэглээнд тохиромжгүй.
Дулааны багтаамжаас шалтгаалан хадгалах боломжтой
Энэ бол хамгийн эртний аргуудын нэг юм. Энэ нь бодисыг халаах үед дулааны энергийг хуримтлуулах, хөргөх үед дулаан дамжуулах зарчим дээр суурилдаг. Ийм хөтчийн загвар нь маш энгийн. Энэ нь ямар ч хатуу бодисын хэсэг эсвэл шингэн хөргөлттэй битүү сав байж болно. Дулааны эрчим хүчний аккумляторууд нь маш урт хугацааны үйлчилгээтэй, эрчим хүч хуримтлуулах, ялгаруулах бараг хязгааргүй тооны мөчлөгтэй байдаг. Гэхдээ хадгалах хугацаа хэд хоногоос хэтрэхгүй.
Цахилгаан энергийн хуримтлал
Цахилгаан эрчим хүч нь орчин үеийн ертөнцөд түүний хамгийн тохиромжтой хэлбэр юм. Тийм ч учраас цахилгаан хадгалах төхөөрөмжүүд өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд хамгийн их хөгжсөн байдаг. Харамсалтай нь хямд үнэтэй төхөөрөмжүүдийн тусгай хүчин чадал бага, өндөр хувийн хүчин чадалтай төхөөрөмжүүд нь хэтэрхий үнэтэй, богино хугацаанд ажилладаг. Цахилгаан эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж нь конденсатор, ионистор, батерей юм.
Конденсатор
Энэ бол эрчим хүчний хуримтлалын хамгийн том төрөл юм. Конденсатор нь -50-аас +150 градусын температурт ажиллах чадвартай. Эрчим хүчний хуримтлал-буцах мөчлөгийн тоо секундэд хэдэн арван тэрбум байдаг. Хэд хэдэн конденсаторыг зэрэгцээ холбосноор та шаардлагатай багтаамжийг хялбархан олж авах боломжтой. Үүнээс гадна хувьсах конденсаторууд байдаг. Ийм конденсаторын багтаамжийг өөрчлөх нь механик эсвэл цахилгаанаар эсвэл температураар хийгддэг. Ихэнхдээ хувьсах конденсаторуудыг эндээс олж болнохэлбэлзлийн хэлхээ.
Конденсаторыг туйлтай ба туйл биш гэсэн хоёр ангилалд хуваадаг. Поляр (электролит)-ийн ашиглалтын хугацаа нь туйлшралгүйгээс богино, тэдгээр нь гадаад нөхцөл байдлаас илүү хамааралтай боловч үүнтэй зэрэгцэн илүү их хувийн багтаамжтай байдаг.
Эрчим хүч хадгалах конденсатор нь тийм ч амжилттай төхөөрөмж биш юм. Тэдгээр нь бага хүчин чадалтай, хуримтлагдсан эрчим хүчний тодорхой нягтрал багатай бөгөөд хадгалах хугацааг секунд, минут, ховор цагт тооцдог. Конденсаторыг голчлон электроник, цахилгаан эрчим хүчний инженерчлэлд ашигладаг.
Конденсаторын тооцоо нь дүрмээр бол хүндрэл учруулдаггүй. Янз бүрийн төрлийн конденсаторын талаар шаардлагатай бүх мэдээллийг техникийн гарын авлагад оруулсан болно.
Ионистор
Эдгээр төхөөрөмжүүд нь туйлын конденсатор болон батерейны хооронд завсрын байрлалыг эзэлдэг. Тэдгээрийг заримдаа "супер конденсатор" гэж нэрлэдэг. Үүний дагуу тэдгээр нь маш олон тооны цэнэглэх цэнэгийн үе шаттай, багтаамж нь конденсаторынхаас их боловч жижиг батерейныхаас арай бага юм. Эрчим хүч хадгалах хугацаа хэдэн долоо хоног хүртэл байдаг. Ионисторууд температурт маш мэдрэмтгий байдаг.
Цахилгааны батерей
Энерги их хэмжээгээр хуримтлуулах шаардлагатай бол цахилгаан химийн батерейг ашигладаг. Энэ зорилгоор хар тугалгын хүчлийн төхөөрөмж хамгийн тохиромжтой. Тэд 150 орчим жилийн өмнө зохион бүтээгдсэн. Түүнээс хойш батерейны төхөөрөмжид цоо шинэ зүйл нэвтрүүлээгүй. Олон төрлийн төрөлжсөн загварууд гарч ирж, эд ангиудын чанар мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн,батерейны найдвартай байдал. Өөр өөр үйлдвэрлэгчдийн бүтээсэн батерейны төхөөрөмж нь өөр өөр зориулалтаар зөвхөн жижиг нарийн ширийн зүйлсээр ялгаатай байдаг нь анхаарал татаж байна.
Цахилгаан химийн батерейг зүтгүүрийн болон асаах гэж хуваадаг. Таталцлыг цахилгаан тээвэр, тасралтгүй цахилгаан хангамж, цахилгаан хэрэгсэлд ашигладаг. Ийм батерейнууд нь урт жигд цэнэгтэй, том гүнээр тодорхойлогддог. Стартер батерей нь богино хугацаанд өндөр гүйдэл дамжуулах чадвартай боловч гүн цэнэггүй байх нь тэдний хувьд хүлээн зөвшөөрөгдөхгүй.
Цахилгаан химийн батерейнууд дунджаар 250-аас 2000 хүртэл цэнэглэх цэнэггүйдэл хязгаарлагдмал байдаг. Ашиглаагүй байсан ч хэдэн жилийн дараа бүтэлгүйтдэг. Цахилгаан химийн батерей нь температурт мэдрэмтгий, удаан цэнэглэх хугацаа шаарддаг бөгөөд хатуу засвар үйлчилгээ шаарддаг.
Төхөөрөмжийг үе үе цэнэглэх шаардлагатай. Тээврийн хэрэгсэлд суурилуулсан батерейг генератороос хөдөлгөөнөөр цэнэглэдэг. Өвлийн улиралд энэ нь хангалтгүй, хүйтэн зай нь цэнэгийг сайн хүлээн авдаггүй бөгөөд хөдөлгүүрийг эхлүүлэхэд цахилгаан эрчим хүчний хэрэглээ нэмэгддэг. Тиймээс тусгай цэнэглэгчтэй дулаан өрөөнд зайгаа нэмэлт цэнэглэх шаардлагатай. Хар тугалганы хүчлийн төхөөрөмжүүдийн нэг чухал сул тал бол жин ихтэй байдаг.
Бага чадалтай төхөөрөмжүүдийн батерей
Хэрэв бага жинтэй хөдөлгөөнт төхөөрөмж шаардлагатай бол дараах төрлийн батерейг сонгоно уу: никель-кадми,лити-ион, металл-эрлийз, полимер-ион. Тэд илүү өндөр хүчин чадалтай боловч үнэ нь хамаагүй өндөр байдаг. Эдгээрийг гар утас, зөөврийн компьютер, камер, камер болон бусад жижиг төхөөрөмжүүдэд ашигладаг. Өөр өөр төрлийн батерейнууд параметрүүдээрээ ялгаатай: цэнэглэх мөчлөгийн тоо, хадгалах хугацаа, багтаамж, хэмжээ гэх мэт.
Өндөр хүчин чадалтай лити-ион батерейг цахилгаан машин болон хайбрид машинд ашигладаг. Эдгээр нь хөнгөн жинтэй, өндөр хувийн хүчин чадал, өндөр найдвартай байдал юм. Үүний зэрэгцээ лити-ион батерей нь маш шатамхай байдаг. Гал асаах нь богино холболт, механик хэв гажилт, эвдрэл, зайны цэнэг, цэнэгийн горимыг зөрчсөнөөс үүсч болно. Лити өндөр идэвхжилтэй тул гал унтраах нь нэлээд хэцүү байдаг.
Батерей нь олон цахилгаан хэрэгслийн гол тулгуур юм. Жишээлбэл, утасны эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж нь удаан эдэлгээтэй, ус нэвтэрдэггүй хайрцагт байрлуулсан авсаархан гадаад зай юм. Энэ нь гар утсаа цэнэглэх эсвэл асаах боломжийг олгодог. Хүчирхэг хөдөлгөөнт эрчим хүч хадгалах төхөөрөмж нь ямар ч дижитал төхөөрөмжийг, тэр ч байтугай зөөврийн компьютерийг цэнэглэх чадвартай. Ийм төхөөрөмжид дүрмээр бол өндөр хүчин чадалтай лити-ион батерей суурилуулсан байдаг. Гэрийн эрчим хүчний хуримтлал нь батерейгүйгээр бүрэн дүүрэн байдаггүй. Гэхдээ эдгээр нь илүү төвөгтэй төхөөрөмжүүд юм. Батерейгаас гадна цэнэглэгч, хяналтын систем, инвертер орно. Төхөөрөмжүүд нь суурин сүлжээнээс болон бусад эх үүсвэрээс ажиллах боломжтой. Гаралтын чадал нь дунджаар 5 кВт байна.
Драйвуудхимийн энерги
"Түлш" болон "түлшгүй" төрлийн хөтчүүдийг ялгах. Тэд тусгай технологи, ихэвчлэн өндөр технологийн тоног төхөөрөмж шаарддаг. Ашигласан процессууд нь янз бүрийн хэлбэрээр эрчим хүч авах боломжийг олгодог. Термохимийн урвал нь бага ба өндөр температурт явагдана. Өндөр температурын урвалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зөвхөн эрчим хүч авах шаардлагатай үед л нэвтрүүлдэг. Үүнээс өмнө тэдгээрийг тусад нь, өөр өөр газар хадгалдаг. Бага температурт урвалын бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь ихэвчлэн нэг саванд байдаг.
Шатахуунаар эрчим хүч хуримтлуулах
Энэ арга нь эрчим хүчний хуримтлал ("цэнэглэх") ба түүний хэрэглээ ("цэнэглэх") гэсэн бүрэн бие даасан хоёр үе шатыг агуулдаг. Уламжлалт түлш нь дүрмээр бол их хэмжээний эрчим хүчний багтаамжтай, удаан хугацаагаар хадгалах боломжтой, ашиглахад хялбар байдаг. Гэвч амьдрал зогсохгүй. Шинэ технологи нэвтрүүлэх нь түлшний эрэлт хэрэгцээг нэмэгдүүлж байна. Одоо байгаа түлшийг сайжруулж, шинэ, өндөр энергитэй түлшийг бий болгосноор энэ зорилтыг шийдэж байна.
Шинэ дээжийг өргөнөөр нэвтрүүлэхэд технологийн процесс хангалтгүй хөгжсөн, ажлын гал түймэр, дэлбэрэлтийн өндөр эрсдэл, өндөр мэргэшсэн боловсон хүчний хэрэгцээ, технологийн өндөр өртөг зэрэг нь саад болж байна.
Түлшгүй химийн энерги хадгалах
Энэ төрлийн хадгалалтад зарим химийн бодисыг бусад болгон хувиргах замаар энергийг хуримтлуулдаг. Жишээлбэл, унтраасан шохой нь халах үед шатсан шохойн төлөвт ордог. Цэнэглэх үед хуримтлагдсан энергидулаан, хий хэлбэрээр ялгардаг. Шохойг усаар унтраахад яг ийм зүйл тохиолддог. Урвал эхлэхийн тулд ихэвчлэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэгтгэхэд хангалттай. Үндсэндээ энэ нь нэг төрлийн термохимийн урвал бөгөөд зөвхөн хэдэн зуун, хэдэн мянган градусын температурт явагддаг. Тиймээс ашигласан тоног төхөөрөмж нь илүү төвөгтэй бөгөөд үнэтэй байдаг.
