Спосіб зберігання енергії в акумулюючих пристроях

Спосіб зберігання енергії в акумулюючих пристроях шляхом компенсації втрат за рахунок стороннього джерела енергії, який відрізняється Винахід відноситься до енергетики, конкретно до акумулювання енергії Може бути використаний, наприклад, при створенні економічних акумулюючих пристроїв, що мають високу питому енергоємність та велику запасену енергію Відомий [1] спосіб зберігання енергії (наприклад, магнітної) в акумуляторах з саморозрядом (наприклад, в котушці індуктивності з резистивною обмоткою), який полягає в тому, що втрати енергії при саморозряді відводять в оточуюче середовище і компенсують за рахунок стороннього джерела (джерела підживлення) Недолік способу полягає в неекономічності зберігання енергії, тому що остання, виділяючись з акумулятора енергії (в подальшому - акумулятор) в результаті дисипативних процесів, некорисно відводиться у оточуюче середовище При довгому зберіганні це призводить до великих енерговитрат, що суттєво перевищують максимальну енергію, яка може бути запасена в акумулюючому пристрої Другий недолік відомого способу зберігання енергії полягає в тому, що, якщо акумулятор має підвищений саморозряд, як, наприклад, резистивна котушка індуктивності, то зберігання енергії в такому акумуляторі потребує наявності джерела підживлення великої потужності та (у загальному випадку) такої ж потужної системи відводу втрат у оточуюче середовище За вказаними причинами економічне довгострокове зберігання великих кількостей енергії з високою питомою енергоємністю в таких акумуляторах стає неможливим тим, що втрати енергії, які виділяються з акумулятора енергії в результаті дисипативних процесів, рекуперують, а саме - направляють до перетворювача, за допомогою якого ці втрати перетворюють у вихідну (що зберігається) енергію і вводять останню в акумулятор, а в оточуюче середовище відводять втрати у перетворювачі, які компенсують стороннім джерелом енергії, потужність якого дорівнює різниці між потужністю втрат, які виділяються із акумулятора в результаті дисипативних процесів, і потужністю енергії, що рекуперована Задача винаходу полягає в створенні такого способу зберігання енергії, в якому мала б місце рекуперація втрат енергії при саморозряді Це дозволить підвищити економічність зберігання енергії за рахунок зменшення потужності джерела підживлення та системи відводу втрат у оточуюче середовище Поставлена задача вирішується тим, що в способі зберігання енергії шляхом компенсації втрат за рахунок стороннього джерела енергії, втрати енергії, які виділяються з акумулятора енергії в результаті дисипативних процесів, рекуперують, а саме - направляють до перетворювача, за допомогою якого ці втрати перетворюють у вихідну (що зберігається) енергію і вводять останню в акумулятор, а в оточуюче середовище відводять втрати у перетворювачі, які компенсують стороннім джерелом енергії, потужність якого дорівнює різниці між потужністю втрат, які виділяються із акумулятора в результаті дисипативних процесів і потужністю енергії, що рекуперована Порівняння запропонованого способу зберігання енергії не тільки з прототипом, але й з іншими технічними рішеннями та об'єктами не виявило в них таку ж сукупність ознак, котра відрізняє рішення, що заявляється, від прототипу, причому тільки така сукупність ознак дозволить одержати новий технічний результат, який полягає в зниженні потужності джерела підживлення при зберіганні енергії в акумуляторі з саморозрядом (наприклад, в котушці індуктивності з резистивною о (О ю 56147 обмоткою) в порівнянні з потужністю джерела підсередовище, PQ - потужність втрат, що виділяютьживлення того ж акумулятора, зберігання енергії в ся у акумуляторі, Ррек - потужність, що рекупероваякому здійснюється за способом-прототипом, тобна Як видно з малюнку, в запропонованому спото без рекуперації втрат енергії при саморозряді, собі потужність джерела підживлення є меншою що дає підставу для висновку о ВІДПОВІДНОСТІ споніж у прототипі, оскільки частина Ррек енергії втрат собу, що заявляється, критеріям винаходу PQ перетворюється у вихідну форму енергії і повертається до акумулятора, так що згадана потужСутність запропонованого способу полягає ність визначається, у загальному випадку, тільки тому, що втрати енергії при саморозряді акумулявтратами, які обумовлені другим началом термотора використовують як джерело живлення перединаміки та внутрішніми втратами в ПЕВ Отже, творювального пристрою, за допомогою якого при використанні запропонованого способу енерздійснюють перетворення енергії, яка виділяється говитрати на зберігання енергії в акумуляторі бупри саморозряді, у вихідну (тобто, що зберігається дуть нижчими ніж у прототипі, а економічність збев акумуляторі) форму енергії та введення останрігання, ВІДПОВІДНО, вищою Крім того, знижується ньої знову в акумулятор Вказане перетворення потужність системи відводу незворотних втрат у енергії здійснюють відомими способами Так, наоточуюче середовище, оскільки рвтр електрогії в акумулюючих пристроях енергія", або за схемою "теплота -> механічна робота -> електроенергія" В загальному випадку Запропонований спосіб ілюструється прикластруктура втрат може включати декілька видів дом зберігання магнітної енергії в індуктивному енергії (наприклад, акумулятор може втрачати акумуляторі на основі резистивної котушки індукенергію одночасно у формі теплоти та світлового тивності з рекуперацією Джоулевих втрат за схевипромінювання) В цьому випадку у вихідну енермою "теплота -> механічна робота -> електроенегію перетворюють (також відомими способами) ті ргія" та застосуванням паросилового циклу види енергії, котрі переважають в структурі втрат Ранкіна Принципова схема зберігання зображена Якщо остання не має переважаючих видів енергії, на фіг 2 Тут 8 - живильна ємність, 9 - живильний то у вихідну енергію перетворюють кожен вид ененасос, 10 - котушка індуктивності, 11 - герметичний ргії втрат Операції виводу втрат з акумулятора та теплоізольований корпус, 12 - розширювальна перетворення останніх в енергію вихідної форми машина (наприклад, турбіна), 13 - конденсатор, 14 здійснюються перетворювачем енергії втрат - електричний генератор (ЕГ), 15 - шинопроводи, 1 (ПЕВ), який складається з системи відводу втрат з - джерело підживлення, 6 - комутатор кола піджиакумулятора та системи перетворення їх у вихідну влення, 7 - комутатор розрядного кола (розімкнеформу енергії Останню відомими способами ввоний) дять назад до акумулятору Незворотні втрати у Система зберігання магнітної енергії працює перетворювачі компенсують стороннім джерелом наступним чином Рідкий хладагент (наприклад, енергії, потужність котрого вибирають такою, що воду), що має температуру 12, питому ентальпію дорівнює різниці між потужністю втрат, що виділягіг' і знаходиться під тиском р2, відбирають з живиються з акумулятора, та потужністю, що рекуперольної ємності 8 живильним насосом 9 і під тиском вана В результаті спільного підживлення акумуРі > р2 подають до котушки індуктивності 10, що лятора від ПЕВ та стороннього джерела запас замкнена у герметичний теплоізольований корпус накопиченої енергії при її зберіганні підтримується (термостат) 11, і по виткам котрої тече електрична заданому постійному рівні Рекуперація втрат ний струм Котушка і термостат утворюють паропризводить до зниження потужності і зменшення генератор Стикаючись з провідниками котушки, вартості джерела підживлення і системи відводу нагрітими до температури Тпр, хладагент ізобарновтрат у оточуюче середовище Крім того (і це гоізотермічно випаровується, перетворюючись в ловне), зменшується КІЛЬКІСТЬ і вартість енергії, що суху насичену пару і віднімаючи від обмотки Джопередається джерелом підживлення в акумулятор улеву теплоту потужністю PQ Одержану пару з для компенсації втрат саморозряду в останньому параметрами pi, T-i, hi (тут hi - питома ентальпія Ця перевага способу, що заявляється, стає особпари на виході з парогенератору) подають у турбіливо відчутною при довгостроковому (наприклад, ну 12, де остання, адіабатно розширюючись до більше місяця) зберіганні великих кількостей (натиску р2 і охолоджуючись до температури І2, виприклад -ЮОГВт год і більше) накопиченої енерробляє механічну роботу потужністю Рт < PQ ПІСгії Таким чином, спосіб зберігання енергії, що заЛЯ турбіни пару з питомою ентальпією hi2 < hi наявляється, більш економічний у порівнянні з правляють до конденсатора 13, де проводять її прототипом повну конденсацію При цьому у оточуюче середовище відводиться теплота потужністю pq СконЗапропонований спосіб зберігання енергії поденсований хладагент з ентальпією гіг' < гі2 постуяснюється схемою, яка зображена на фіг 1 Тут 1 пає до живильної ємності, замикаючи тим самим джерело підживлення (ДП), 2 - акумулятор енергії, термодинамічний цикл ПЕВ Робота, що здійснюЗ - навантаження акумулятора (відімкнене), 4 ється турбіною, витрачається на привод електричперетворювач енергії втрат, 5 - (рівноважне) отоного генератора 14, а також живильного і циркулячуюче середовище, 6, 7 - комутатори кіл підживційного насосів (останній здійснює циркуляцію лення та розрядного кола, р д п = Рт-р - потужність охолоджуючої води у конденсаторі, на фіг 2 не джерела підживлення, р втр = PQ - Ррек - потужність зображений) В ЕГ механічна енергія обертання незворотних втрат, що відводяться у оточуюче 56147 ротора турбіни перетворюється в енергію електникає крізь теплову ІЗОЛЯЦІЮ акумулятора, і теплоричного струму потужністю Ррек < Рт, котра по шивого насоса, котрий за рахунок механічної роботи нопроводам 15 подається в котушку індуктивності згаданого двигуна відбирає теплоту з оточуючого Оскільки рекуперована потужність менша за вихісередовища і перетворює її в більш високопотендну ПОТУЖНІСТЬ ДЖОУЛЄВОІ ТеПЛОТИ (Ррек < PQ), ТО ційну теплоту, яка віддається робочій речовині для компенсації незворотних втрат сумарною поакумулятора 3 цією ж метою можна використовувати термоелектричний перетворювач, термоелетужністю Рвтр = Pq + Ржн + Рцн + Ре (ДЄ Ржн, Рцн - ПОменти котрого розміщені на ЗОВНІШНІЙ поверхні тужність, що витрачається на привод живильного і теплової ізоляції акумулятора, підключений до циркуляційного насосів, ре - потужність втрат у електричного нагрівача, який розміщений в робоелектрогенераторі) додатково необхідне підживчій речовині акумулятора Очевидно, що викорислення котушки індуктивності від стороннього джетання рекуперації втрат саморозряду дає можлирела 9 потужністю Рдп = Рвтр В залежності від гавість підвищити економічність зберігання практичлузі застосування індуктивного акумулятора і но будь-яких видів енергії (теплової, електромагніпотужності незворотних втрат в останньому в якотної, механічної, хімічної тощо) Застосування ресті ДП може бути використане будь яке придатне куперації втрат саморозряду найбільш вигідно при первинне або вторинне джерело електроенергії акумулюванні магнітної, світлової та теплової ене(електрична мережа, сонячна батарея, радіоізоторгій, оскільки саморозряд акумуляторів цих видів пний електрогенератор, ядерний реактор ділення з енергії вельми великий електричним генератором, надпровідниковий індуктивний акумулятор тощо) Оскільки внаслідок Позитивні ЯКОСТІ запропонованого способу рекуперації Джоулевих втрат Рдп < PQ, TO зберіганзберігання енергії в порівнянні з прототипом поляня магнітної енергії в резистивному індуктивному гають у наступному акумуляторі при використанні способу зберігання 1 знижується потужність джерела підживлененергії, що заявляється, у порівнянні з прототипом ня, є більш економічним 2 зменшується потужність системи відводу втрат саморозряду в оточуюче середовище, Поряд з розглянутим електромашинним методом перетворення Джоулевої теплоти в електро3 зменшується КІЛЬКІСТЬ і вартість енергії, що енергію таке перетворення може бути, в принципі, споживається джерелом підживлення для компенздійснено шляхом використання термоелектричсації втрат енергії при и зберіганні в акумуляторі них, магнітогідродинамічних та інших явищ і провнаслідок саморозряду останнього, цесів 4 підвищується економічність зберігання енеДля зменшення потужності ПЕВ та джерела ргії в акумуляторі, підживлення провідники котушки індуктивності 5 стає можливим великомасштабне акумулюповинні мати мінімальний питомий опір, а перевання таких видів енергії, як теплова та світлова, творювач енергії втрат - граничну досконалість тобто видів енергії, економічне акумулювання котпротікаючих в ньому процесів перетворення енеррих при застосуванні прототипу утруднене, або гії (перш за все термодинамічних процесів) Перпрактично нездійсненне шого можна досягти застосуванням, наприклад, Запропонований спосіб може бути використаявища пперпровідності [2], другого - використанний при створенні потужних індуктивних акумуляням термодинамічних циклів, що максимально торів електроенергії для згладжування добової наближуються до циклу Карно (наприклад, циклу нерівномірності завантаження енергосистеми, поСтерлінга, або регенеративного циклу Ранкіна) тужних автономних екологічно чистих джерел електроживлення, наприклад для транспортних або Аналогічно розглянутому прикладу можна електрофізичних установок довгострокової та імздійснити рекуперацію втрат саморозряду і в акупульсної дії тощо Крім того, запропонований спомуляторах інших видів енергії (теплової, електросіб може бути використаний не тільки для зберімагнітної, зокрема, світлової, механічної тощо) гання енергії, але й в інших галузях, наприклад При цьому для кожного конкретного типу акумулядля збільшення економічності передачі електротора повинні застосовуватися свої прийоми і меенергії по традиційним, а також ппер- і надпровідтоди рекуперації Так, наприклад, втрати саморозниковим ЛІНІЯМ електропередач тощо У порівнянні ряду в акумуляторі світлової енергії (електромагз прототипом запропонований спосіб зберігання нітної енергії оптичного діапазону спектра), що енергії дозволяє підвищити економічність зберівиділяються головним чином у вигляді теплоти та гання останньої, розширити галузь застосування розсіяного світлового випромінювання, доцільно енергоакумулюючих пристроїв, підвищити їхню рекуперувати за допомогою фото- і термоелектрипитому енергоємність та величину запасеної енерчних перетворювачів Останні розміщують на погії, дає можливість включити в сферу великомасшверхні речовини, що акумулює світло (наприклад, табного акумулювання такі види енергії, котрі пона поверхнях оптичних волокон) і підключають до гано або взагалі не піддаються такому при джерела світла, котрий, в свою чергу, підключений використанні прототипу (наприклад, теплову і свідо входу акумулятора Втрати саморозряду в тептлову енергію), підвищити економічність систем ловому акумуляторі доцільно рекуперувати, натранспорту енергії (наприклад, ЛІНІЙ електропереприклад, за допомогою теплонасосної установки, дач) тощо яка складається з теплового двигуна, тепловіддавачем для котрого служить потік теплоти, що про СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1 Стырикович М А , Шпильрайн Э Э Энергетика 56147 Проблемы и перспеїсгивьі - М 192с Энергия, 1981 8 2 Брехна Г Сверхпроводящие магнитные системы Пер с англ - М Мир, 1976 -704с А / до fia.ia.tiтажемия до ЦИ fie і лZ Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24