Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1). Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии

• Название: Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии
• Дата: 22.08.2022
• Размер: 7.49 Mb.
• Имя файла: Возобновляемые и ресурсосберегающие источники энергии (1).doc
• Тип: Документы; #650481
• страница: 41 из 43

8.5. Емкостные накопители

В конденсаторе энергия сосредоточена в изоляторе, находящемся между пластинами. Энергия заряженного конденсатора
, (8.3)
где С – емкость конденсатора, U – напряжение на конденсаторе.

Емкость плоского конденсатора равна
С = ₀ S/ , (8.4)
где ₀ – электрическая постоянная;  – относительная диэлектрическая проницаемость; S – площадь обкладки конденсатора;  – толщина изолятора.

Часто используют понятие удельной энергии конденсатора т.е.
, (8.5)
где m = S – масса диэлектрика, заключенного в конденсаторе.

Подставляя полученное значение m в (8.5) и учитывая (8.3), получим:
. (8.6)

Рис. 8.3. Принцип работы ёмкостного накопителя: 1 – обкладки конденсатора; 2 – диэлектрик; 3 – источник тока; 4 – переключатель; 5 – нагрузка

Таким образом, удельная энергия конденсатора определяется в основном физическими свойствами применяемого в нем изолятора, т.е. пробивным напряжениемU_пр = U/, диэлектрической проницаемостью  и удельной плотностью ρ (рис. 8.3).

Емкостные накопители представляют собой батарею последовательно и параллельно соединенных конденсаторов. Отечественная промышленность разработала конденсаторы, обладающие аномально высокой емкостью – до 1Ф/см³. Эти конденсаторы имеют модульную конструкцию, что позволяет создавать достаточно мощные батареи, рассчитанные на большие напряжения (до 10 кВ) и ток в несколько сот килоампер. Энергия батареи таких конденсаторов может достигать нескольких миллионов МДж, что позволяет использовать ее в качестве аккумулятора электроэнергии, работающего в экстремальные часы графика нагрузки энергосистемы.

Для того, чтобы емкостный аккумулятор мог запасать энергию из сети переменного напряжения, он включается в эту сеть через управляемый вентильный преобразователь (рис. 8.4). В режиме потребления мощности (заряд) преобразователь работает в выпрямительном режиме, заряжая емкостный накопитель.

Рис. 8.4. Функциональная схема ёмкостного накопителя: 1 – трансформатор напряжения; 2 – преобразователь, 3 – блок управления; 4 – емкостный накопитель
В режиме выдачи мощности (разряд) производится изменение полярности подключения емкостного накопителя (ЕН) к преобразователю, который при этом работает в режиме инвертора. Причем активная мощность на шинах переменного тока ЕН не должна зависеть от изменяющегося напряжения на ЕН. Это достигается применением управляемых преобразователей .

Емкостные накопители обладают высоким КПД, достигающим 90 %.

Емкостные накопители могут иметь практически любую мощность, необходимую энергосистеме для компенсации тока нагрузки. По сравнению с ГАЭС емкостный накопитель занимает площадь в 100 раз меньше.

При эксплуатации ЕН не требуется специальных устройств для поддержания своей емкости, они не создают сильных внешних магнитных полей и не взрывоопасны.

По оценке многих исследователей, емкостные накопители имеют лучшие технико-экономические характеристики в сравнении с другими видами накопителей. Емкостные накопители в некоторых случаях могут применяться и для аккумулирования возобновляемой энергии.

8.6. Химическое аккумулирование

Некоторые неорганические соединения при их нагревании, или разложении, выделяют водород. Водород, соединяясь с кислородом, выделяет значительное количество энергии. Основной промышленный метод получения водорода – это электролиз воды.

В виде газа он может накапливаться и передаваться на большие расстоянии или сжигаться для получения тепловой энергии.

Единственным продуктом сгорания водорода является вода. Следует заметить, что эффективность электролиза составляет примерно 60 % .

Однако в последние годы за счет использования катализаторов удалось достигнуть эффективности до 80 % .

В лабораториях исследуются и другие способы получения водорода без применения ископаемого топлива (вплоть до использования живых водорослей). Но ни один из них еще не нашел широкого распространения.

Хранить водород в больших количествах довольно сложно. Наиболее многообещающим считается применение подземных хранилищ. Водород можно сжижать, но температура кипения его при атмосферном давлении 20 К, поэтому такой способ представляется трудным для осуществления. Одним из самых привлекательных способов хранения водорода является химическое аккумулирование в виде металлогидридов, из которых он может быть извлечен при нагревании; этот способ удобен в эксплуатации и позволяет хранить большие запасы водорода. Например, реакция
FeTiH_1,7 FeTiH_0,1 + 0,8 H₂ . (8.7)

Эта реакция обратима.

Водород, помимо его использования с целью получения тепла, можно эффективно применять для непосредственного получения электроэнергии с помощью топливных элементов. Однако топливные элементы пока не нашли широкого применения в большой энергетике, а используются в основном в автономных энергетических системах, и могут успешно применяться совместно с источниками возобновляемой энергии.