Что такое энергия в технологии

Что такое энергия в технологии

Автор: Журсинова Роза Кушкумбаевна

Организация: МОБУ «Еленовская СОШ»

Населенный пункт: Оренбургская область, Ясненский район, с. Еленовка

Технологическая карта урока.

Предмет, класс

технология, 5 класс

УМК, автор программы

В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017

Учитель

Учитель технологии МОБУ «Еленовская СОШ» Журсинова Роза Кушкумбаевна.

Тема урока,

№ урока в рабочей программе

№27: «Что такое энергия»

Цель урока

формирование познавательного интереса обучающихся к источникам энергии

Задачи урока

обучающие

развивающие

воспитательные

— сформировать представление обучающихся о перспективах использования источников энергии.

развивать воображение, наглядно-образное мышление;

— сформировать представление обучающихся о перспективах использования источников энергии.

Планируемые результаты урока

Предметные знания и умения

Личностные качества, метапредметные УУД

— сформировать представление обучающихся о перспективах использования источников энергии.

Положительное отношение к процессу учения, к приобретению знаний и умений, стремление преодолевать возникающие затруднения (ЛУУД).

Умение готовить рабочее место и школьные принадлежности к выполнению чертёжных работ (РУУД).

Умение ставить проблему, обсуждать с одноклассниками способы её решения (ПУУД, КУУД).

Выбирать нужную информацию из учебного и художественного текста, иллюстраций, представлять её с использованием знаково-символических средств (ПУУД).

Методическое обоснование урока

Урок спроектирован с использованием технологии проблемного диалога (по Е.Л.Мельниковой), которая представляет собой современную образовательную технологию деятельностного типа и позволяет реализовать требования ФГОС. Создавать условия для возникновения у школьников внутренней потребности включения в учебно-познавательную деятельность и быть активными на уроке позволяет оптимальное сочетание приёмов создания проблемной ситуации и выбор парных, индивидуальных заданий, ориентированных на формируемые умения: предметные, метапредметные и личностные.

На этапе рефлексии используется приём технологии развития критического мышления «Синквейн» — как эффективный способ синтеза и обобщения полученных знаний, отражения личностного отношения обучающихся к изучаемой теме.

Организационная структура урока

Название этапа

Задачи этапа

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

1. Создание проблемной ситуации

Создание для учеников проблемной ситуации – противоречия, порождающей удивление и интерес к новой теме.

В процессе диалога учащихся с учителем происходит открытие темы урока.

— Чего недостаёт в часах, электрическом фонаре или сотовом телефоне, когда они перестают работать? Слайд №1.

— Что нужно сделать, чтобы эти устройства опять начали работу?

— Как вы думаете, о чем мы сегодня будем говорить? Какая тема нашего с вами урока?

Участвуют в диалоге с учителем.

Предлагают свои варианты темы урока.

2. Формулирование проблемы

Постановка учебной задачи

Постановка учебной цели урока

— Какие у вас возникают вопросы по теме нашего урока?

— Что вам интересно узнать? (постановка учебной задачи)

задают свои вопросы

3. Выдвижение версии решения проблемы

Учащиеся предлагают версии решения проблемы, принимаются и абсурдные варианты

-Какие у вас есть версии решения проблемы?

Учитель записывает версии детей на доске (от проблемы стрелками записываются ключевые слова, обозначающие варианты решения поставленной проблемы)

Каждая поочередно группа предлагает свои варианты решения проблемы

4. Актуализация имеющихся знаний. Планирование деятельности.

Используются либо побуждающий диалог – вопросы, на которые возможны разные правильные варианты ответа (развитие творчества),либо подводящий диалог – цепочка вытекающих один из другого вопросов, правильный ответ на каждый из которых запрограммирован в самом вопросе (развитие логики)

— Что мы уже знаем по этой проблеме?

— Что нужно узнать для решения проблемы?

— Давайте составим алгоритм действий, чтобы ответить на поставленный вопрос:

Алгоритм действий: Слайд №2.

1. Осмыслить задание.

2. Добыть информацию.

3. Преобразовать информацию в соответствии с заданием.

4. Мысленно сформулировать ответ.

5. Дать развернутый ответ.

Пользуясь информацией учебника, выясните, какое решение проблемы и запишите информацию в тетрадь.

Определяют, каких знаний не хватает, где и как их добыть

5. Поиск решения (открытие нового знания)

Предлагать ученикам рассказывать о результатах выполнения задания, чтобы развивалась и монологическая речь.

Работать будем в парах.

— Прежде чем мы начнем работу, обратите внимание на критерии, по которым я буду оценивать вашу работу:

— слаженность работы пары (бесконфликтность и быстрота);

— полнота и достоверность информации. Слайд №3.

— Приступаем к работе.

Работают в парах

6. Выражение решения.

Обобщают, делают вывод по проблеме.

— Давайте теперь ваши решения проблемы запишем в тетрадь

— Что такое «энергия»

-В чем она измеряется?

-Какие виды энергии, известны людям?

— Какие бывают профессии, связанные с энергией?

-Одинаковой ли силой обладают человек, животный и техника?»

— Теперь, давайте обсудим, какой ответ на основной вопрос урока мы можем дать?

Выслушивают ответы и записывают их в тетрадь. Участвуют в диалоге

7. Применение нового знания

Создание условий для применения полученных знаний

— Используя свои новые знания, выполните задания тренировочного модуля. Слайд №4.

Задание №1: Единичный выбор

Что не относится к энергии?

Слайд№5.Задание №2: Заполните пропуски в тексте:

Виды и свойства энергии изучает наука __________.

(физика, энергетика, технология, химия)

Правильный вариант ответа: Сила мысли

Правильный вариант ответа: физика

8. Рефлексия учебной деятельности на уроке (итог урока).

На данном этапе организуется рефлексия и самооценка учениками собственной учебной деятельности на уроке. В завершение, соотносятся цель и результаты учебной деятельности, фиксируется степень их соответствия и намечаются дальнейшие цели деятельности.

Напоминает правила составления синквейнов (это уже не новый вид деятельности для учащихся)

Давайте вернемся к тем вопросам, которые мы поставили в начале урока (запись на доске, сделанная вначале урока с вопросами учащихся). На все ли вопросы вы получили ответы? Что бы вы ещё хотели бы узнать по данной теме?

— Какие затруднения испытали на уроке?

— Как вы оцениваете свою работу на уроке?

— Какие себе оценки поставили?

— «Зачем нужно изучать эту тему? — Как эти знания пригодятся вам в последующей жизни?»

Работая в парах составляют синквейн:

Журнал Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики»

Главный редактор:
Гохберг Леонид Маркович

• 1 Институт исследований в области энергетики и климата Исследовательского центра Юлиха , Wilhelm-Johnen-Strasse, 52428 Julich, Germany
• 2 НИУ ВШЭ, 101000, Россия, Москва, ул. Мясницкая, д.20

Новые источники энергии, энергетические технологии и системы: приоритет социальных, климатических и природоохранных факторов

2018. Т. 12. № 4. С. 6–9 [содержание номера]

Вступительная статья к специальному выпуску «Будущее энергетики» посвящена перспективным направлениям развития мирового энергетического комплекса, оценке их вклада в преодоление глобальных вызовов и обеспечение устойчивого развития. Рассматриваемые тренды существенно различаются по скорости эволюции. Перспективные траектории развития представляют как возможности, так и риски, специфичные для топливно-энергетического комплекса той или иной страны. Успехи в использовании возникающих преимуществ и нивелировании угроз зависят от совокупности внутренних и внешних факторов, в том числе от выбора мер государственной политики и эффективности их реализации.

Библиографическое описание:

Hake J.-F., Proskuryakova L. (2018) New Energy Sources, Technologies, and Systems: The Priority of Social, Climate, and Environmental Issues. Foresight and STI Governance, vol. 12, no 4, pp. 5–8. DOI: 10.17323/2500-2597.2018.4.5.8

Общая информация

Основным видом деятельности компании является предоставление услуг по передаче электрической энергии по сетям среднего и низкого напряжения для потребителей Московского региона. Эта деятельность относится к естественно-монопольному и осуществляется в условиях регулируемых тарифов на услуги по передаче электрической энергии.

Ежегодно Департаментом экономической политики и развития города Москвы (ранее — Региональной энергетической комиссией города Москвы), утверждается тариф на возмездное оказание услуг по передаче электрической энергии для всех территориальных сетевых организаций, в том числе и для ООО «Энергии Технологии».

Технологии хранения электрической энергии

Развитие солнечных и ветровых электростанций тесно связано с технологиями хранения электрической энергии, которые обеспечивают бесперебойное питание потребителя.

✓ Проектное финансирование и инвестиционный консалтинг от ESFC Investment Group:

• от €50 млн и больше;
• инвестиции до 90% от стоимости проекта;
• срок погашения кредита от 10 до 20 лет;

Для рассмотрения вопроса финансирования отправьте заполненную форму заявки и презентацию вашего проекта нам на электронную почту.

Системы хранения электрической энергии — это стремительно развивающийся класс высокотехнологичного оборудования, открывающий принципиально новые возможности развития энергетического инжиниринга.

Они делают электроэнергию запасаемой и «переносимой», что устраняет необходимость строгой одновременности процессов производства и потребления.

Эти технологии обеспечивают бесперебойное питание в случае критического падения, понижения или полного отсутствия напряжения в электрической сети.

На текущий момент компания Highview Power разрабатывает и внедряет криогенные системы накопления и хранения энергии, которые идеально подходят для возобновляемых источников энергии.

В этой статье мы поговорим о физических, электрохимических и электрических системах хранения электроэнергии, а также об их применении в возобновляемой энергетике.

Мировая электроэнергетическая отрасль следует технологическому принципу, который заключается в равновесии уровня производства и потребления. Инновационная технология, которая позволяет отделить производство от потребления — это система хранения электрической энергии.

Эта технология полностью меняет всю систему диспетчеризации, соотношение традиционной и альтернативной электроэнергетики.

Увеличение количества электроэнергии, производимой из возобновляемых источников энергии (ВИЭ), поставило новые задачи перед электрическими сетями, которые уже работают в условиях повышенной нагрузки.

Современные системы электроснабжения должны всегда уравновешивать спрос и предложение, демонстрируя гибкое управление и оптимальную энергоэффективность.

Растущее использование ВИЭ создает новый источник нестабильности.

Внедрение солнечных и ветровых электростанций по всему миру сопровождается значительными пиками и спадами производства электроэнергии. Системы хранения сглаживают неравномерное производство электроэнергии и снижают скорость изменения мощности средних и крупных установок, использующих солнечную и ветровую энергию.

Таким образом, эти системы обеспечивают стабильный уровень выходной мощности и делают ВИЭ предсказуемым компонентом электросети.

Использование той или иной системы накопления электроэнергии (ESS) зависит от множества технических и экономических факторов.

С технической точки зрения любая ESS представляет собой сложную многокомпонентную систему с несколькими потенциальными способами преобразования энергии. Каждый этап этого процесса осуществляется с помощью хорошо стандартизированных компонентов, таких как трансформаторы, системы преобразования энергии и новые типы электрохимических аккумуляторов.

В настоящее время существует несколько видов технологий хранения электроэнергии.

Среди примеров данных систем можно назвать гидроаккумулирующие электростанции, химические источники электроэнергии, системы хранения на основе маховиков, водорода, а также синтетического природного газа.

Преимущества систем хранения электрической энергии

Во всем мире растет количество ветряных и солнечных электростанций, а с ним увеличивается и относительная доля возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе.

Характерные для них колебания выработки энергии могут привести к перегрузкам электросети и нестабильности частоты тока. Интеграция системы хранения электроэнергии с возобновляемыми источниками энергии направлена на сглаживание воздействия неравномерной генерации на электросеть.

Балансировка распределительной сети традиционно достигается за счет увеличения генерации для удовлетворения потребностей в энергии. Но этот подход отрицательно сказывается как на эффективности, так и на сроке эксплуатации оборудования.

Этой меры не всегда достаточно, особенно по мере роста производства возобновляемой энергии.

Подключенные к электросети ESS преодолевают эти ограничения, обеспечивая важный «буфер», который отделяет потребление от генерации электроэнергии. Это увеличивает эффективность системы и сокращает выбросы СО2.

Составные части системы хранения электроэнергии

Современные решения по хранению энергии включают несколько ключевых компонентов для функционирования системы.

В основе системы лежит устройство, в котором происходит сам физический процесс накопления энергии. В большинстве случаев такой процесс основан на электрическом (конденсаторы), электрохимическом (аккумуляторные батареи) или механическом (маховики) принципах работы.

Как правило, ESS, подключенные к сети, требуют установки преобразователя мощности, который может представлять собой одиночную или распределенную преобразовательную систему. В остальных случаях к сети посредством регулятора частоты или напрямую подключается мотор-генератор.

Для прямого подключения преобразователь мощности не требуется или же используется для генерации напряжения возбуждения. В большинстве случаев между электросетью и системой хранения электрической энергии устанавливается трансформатор.

Состояние физического накопителя энергии контролируется системой управления батареями (BMS) или системой управления конденсаторами (CMS). Она считывает все необходимые данные, такие как значения напряжения, тока и температуры для батарей и литий-ионных конденсаторов, скорость и температуру маховика и другие параметры.

Электронное оборудование определяет, когда и в какой степени ESS будет заряжаться или разряжаться. В зависимости от функциональности это можно сделать локально с минимальным временем отклика (миллисекунды и меньше) на основе локально измеренных данных (например, тока, напряжения, мощности, частоты) или в рамках внешней системы управления энергопотреблением, подключенной к цифровому протоколу.

Для функционирования таких систем необходимо несколько периферийных компонентов.

В зависимости от физического принципа работы системы хранения электроэнергии, они могут включать специальные охладительные системы и насосы.

Потребление энергии со сдвигом во времени

Системы хранения электроэнергии, используемые для этой задачи, заряжаются по низким тарифам на электроэнергию и разряжаются, когда цены на электроэнергию высокие.

За более короткий период времени они могут выполнять аналогичную задачу, накапливая энергию, генерируемую из возобновляемых источников и характеризующуюся нестабильной производительностью. Если разница в тарифах на электроэнергию является ведущим фактором, применение таких систем выглядит привлекательным.

Накопление энергии в режиме зарядки в моменты пиковой мощности для предотвращения перегрузки называется «пиковым сбросом» (peak shaving). Этот подход может применяться как при пиковой генерации электроэнергии, так и при пиковом потреблении (в случаях неизбежной перегрузки).

Используемые таким путем системы накопления электроэнергии могут быть расположены на электростанциях, рядом с ней или в других частях сети, в том числе на источнике нагрузки.

Другой вариант применения этой технологии — накопление энергии для отсрочки и уменьшения потребности в строительстве новых генерирующих мощностей. Системы хранения энергии обеспечивают поддержание пиковой мощности при высоком потреблении, облегчая работу генераторов.

Затем система перезаряжается в период низкого потребления.

Контроль и регулирование нагрузки

Отслеживание нагрузки — одна из вспомогательных задач для обеспечения стабильности электросети.

Системы накопления энергии в этом случае используются для подачи (разряда) или накопления (зарядки) электрической энергии при изменении нагрузки.

При этом скорость изменения нагрузки в электросети должна находиться в определенных пределах. То же относится к колебаниям производства электроэнергии, которые особенно характерным для возобновляемых источников.

Преимущества использования систем накопления энергии для контроля нагрузки состоят в том, что они могут работать при частичной нагрузке с относительно небольшим снижением производительности и быстро реагируют на изменения нагрузки.

Эти технологии применяются для устранения мгновенных различий между потреблением и выработкой энергии в определенной зоне или же для компенсации мгновенных отклонений в обмене потоками энергии между двумя зонами.

Традиционные электростанции также подходят для этого, поскольку быстрые изменения в производстве энергии приводят к значительному износу оборудования.

Использование ESS в передаче и распределении энергии

Правильно расположенные системы хранения электроэнергии в пределах инфраструктуры передачи могут служить энергетическим буфером, уменьшая перегрузку и помогая бизнесу отсрочить дорогостоящие мероприятия по модернизации электросети.

При пиковом потреблении имеющиеся линии электропередачи могут не обслуживать всех подключенных потребителей. Перегрузка сети может увеличить затраты на электроэнергию.

Системы накопления энергии позволяют компенсировать это.

Установка ESS после перегруженного узла может отсрочить необходимость модернизации линий электропередач на определенный период, например, на несколько лет. Такие системы могут использоваться аналогичным образом в распределительных сетях, обеспечивая отличную альтернативу замене основных компонентов.

Физические технологии хранения электрической энергии

Наиболее широко используются гидроаккумулирующие электростанции, которые обладают самой высокой энергоемкостью.

99% хранимой электроэнергии в мире поступает от них.

Гидроаккумулирующие электростанции

Гидроаккумулирующие электростанции представляют собой комплекс генераторов и насосов или реверсивных гидрогенераторов.

Это гравитационные системы хранения электроэнергии.

В часы ночного минимума потребления насосы используют дешевую электроэнергию для перекачки воды в верхний резервуар для воды. В периоды максимального потребления электроэнергии утром и вечером вода под действием силы тяжести опускается к турбине, и электростанция вырабатывает дорогостоящее электричество.

Такой маневренный источник питания необходим для оперативного регулирования частоты в энергосистеме. КПД этих электростанций составляет около 70-85%, а срок службы до 40 лет. Они отличаются высокой установленной мощностью и инерционностью.

Однако широкому внедрению гидроаккумулирующих технологий препятствуют две основные проблемы.

Первая — это необходимость выбора естественного рельефа с большим перепадом высоты.

Вторая проблема — необходимость затопления огромной территории, что приводит к снижению эффективности из-за испарения воды и оборачивается катастрофическими последствиями для местной окружающей среды.

Накопители энергии сжатого воздуха

Накопитель энергии сжатого воздуха (CAES) действует с помощью электрического компрессора, который нагнетает воздух под высоким давлением в подземные полости естественного происхождения или в специальные резервуары.

Закачка воздуха проводится ночью, в часы с минимальным уровнем потребления электроэнергии.

В часы максимального потребления электроэнергии накопленный сжатый воздух используется для работы турбогенератора. Технологии CAES могут использоваться для хранения большого количества электроэнергии, подобно гидроаккумулирующим электростанциям, путем нагнетания воздуха в естественные хранилища. Для местного использования воздух закачивается в искусственные резервуары.

Основными препятствиями для использования технологии CAES является поиск подходящего географического местоположения хранилища и более низкая эффективность по сравнению с гидроаккумулирующими электростанциями.

Новейшим вариантом технологии CAES является AA-CAES, которая включает тепловое хранение электроэнергии.

Маховиковые накопители энергии

Хранение электрической энергии в виде кинетической энергии осуществляется с помощью маховика.

Современная конструкция маховикового накопителя энергии (FES) может включать в себя компоненты маховика, подшипники, электродвигатель / генератор и вакуумную емкость. Накопление и выделение электричества происходит в результате ускорения или замедления маховика.

Количество накопленной электроэнергии в супермаховике зависит от скорости вращения последнего.

Современные маховики выдерживают более 100 циклов разгона и торможения. Значительное внимание при строительстве этого оборудования уделяется использованию композиционных материалов для повышения прочности и оптимизации массогабаритных характеристик, а также вопросам безопасности.

Маховики широко используются для восстановления энергии торможения поездов метро, так как устройство находится на подстанции, а не в поезде. Их успешно применяют в аварийных энергосистемах крупных ответственных потребителей, в том числе для подачи энергии при запуске дизельного двигателя.

Главное преимущество FES — почти мгновенное поглощение нагрузки, при этом энергоемкость довольно низкая.

Все супермаховики можно подразделить на низкоскоростные (до 6000 оборотов в минуту) и высокоскоростные (до 100000 оборотов в минуту). Супермаховики обладают высоким КПД. Последние системы хранения энергии на базе FES предназначены для оперативного регулирования частоты тока в электросети.

Электрохимические системы для хранения энергии

Энергетический инжиниринг нашел другие решения для хранения электроэнергии, более простые с технической точки зрения и менее мощные, чем обычные гидроаккумулирующие электростанции.

Наибольшие усилия сегодня сосредоточены на электрохимических технологиях, которые преобразуют электроэнергию в химическую энергию веществ.

Эти технологии основаны на взаимодействии двух электродов и специальной жидкости — электролита. В последнее время участились разработки не только с жидким, но и с твердым электролитом. По такому принципу работают уже известные электрохимические батареи.

Это одна из наиболее широко используемых технологий хранения электроэнергии как в промышленности, так и в повседневной жизни. Принцип работы любых аккумуляторных батарей основан на обратимости протекающих химических реакций, поэтому их теоретически возможно использовать многократно.

Интересным решением являются проточные аккумуляторные батареи с жидкостью (flow battery), которые имеют увеличенную емкость за счет использования сразу двух емкостей с электролитами, разделенных мембраной.

Энергия вырабатывается при взаимодействии жидких компонентов, которые могут прокачиваться через элемент.

Наиболее распространенными типами аккумуляторных батарей в коммерческой сети являются свинцово-кислотные, литий-ионные и никель-кадмиевые.

Свинцово-кислотные батареи

В свинцово-кислотных батареях диоксид свинца и свинец служат реагентами, а раствор серной кислоты используется в качестве электролита.

В процессе зарядки и разрядки на электродах происходят электрохимические окислительно-восстановительные реакции, причем электролит является средой для переноса ионов между ними.

Количество ионов уменьшается или появляются новые.

В этом процессе электричество накапливается (зарядка) или отдается (разрядка). Во время работы отрицательного электрода происходят жидкофазные процессы, протекающие по механизму «растворение-осаждение». Гетерогенные неэлектрохимические реакции кристаллизации и растворения вместе с диффузией определяют скорость процесса разрядки и зарядки. Они замедляются при понижении температуры окружающей среды.

Свинцово-кислотные аккумуляторы широко распространены, но наряду с достоинствами у них есть существенные недостатки — низкая удельная энергоемкость (на уровне 10-30 Втч/кг) и использование токсичного свинца. Также они характеризуются незначительным количеством циклов зарядки / разрядки и малой допустимой глубиной разрядки.

По своему назначению свинцово-кислотные аккумуляторные батареи делятся на несколько групп.

Среди них стартерные (используются для пуска двигателей внутреннего сгорания), стационарные (в качестве резервного источника питания, в том числе ВИЭ), тяговые (для электротранспорта), переносные (для электроснабжения инструментов и приборов).

Литий-ионные батареи

Литий-ионные аккумуляторы содержат углеродный материал в качестве отрицательного электрода, в который обратимо включаются ионы лития.

Оксид кобальта, в который также обратимо включаются ионы лития, используется в качестве положительного электрода.

Принцип действия этой электрохимической системы основан на интеркаляции — обратимом включении молекул или групп между другими молекулами или группами. Ионы лития входят в состав разных соединений при разных электрохимических потенциалах.

Транспорт ионов лития между электродами осуществляется с помощью органического электролита, который включает смесь органических растворителей и соли лития.

Использование органических электролитов увеличивает напряжение по сравнению с обычными кислотными и щелочными системами.

Если аккумулятор заряжается, ионы лития вставляются в материал анода. При разрядке ионы лития высвобождаются и переносятся на катод, а высвобожденные электроны генерируют электрический ток во внешней цепи.

Этот тип аккумуляторов отличается высокой емкостью и глубоким циклом зарядки, достигающим 70-80%. В то же время экономическая целесообразность их использования зависит от типа электрохимических систем в катоде и аноде, а также от температуры и условий эксплуатации. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, наклонную кривую разрядки и относительно высокий саморазряд.

Из-за высокой удельной энергии производство этих систем за последние годы резко увеличилось.

Никель-ионные батареи

Последняя технология хранения электрической энергии и третье поколение никель-ионных аккумуляторов — это системы, которые используют феррофосфат лития в качестве катодного материала.

Это превосходный материал для аккумуляторов, который способен отдавать почти весь накопленный литий, оставаясь стабильным. При этом сохраняется главное свойство литий-ионных аккумуляторов — высокая удельная энергоемкость.

Таким образом, литий-ионные батареи третьего поколения стали безопасными и высокоэффективными.

Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи известны давно. Принцип действия их основан на образовании гидроксида кадмия на аноде и гидроксида никеля на катоде. В качестве электролита используется раствор гидроксида калия, поэтому их еще называют щелочными батареями. Они способны работать при низких температурах, а допустимые токи зарядки и разрядки значительно выше по сравнению со свинцово-кислотными батареями.

Эти преимущества позволяют широко использовать никель-кадмиевые аккумуляторы в транспортных, авиационных и стационарных системах. В то же время у никель-кадмиевых аккумуляторов есть такой недостаток, как эффект «памяти». Их энергопоглощение существенно снижается, когда разрядка или зарядка не завершены. Для из зарядки применяются специальные алгоритмы.

Несмотря на все перечисленные выше недостатки, никель-кадмиевые батареи считались альтернативой свинцово-кислотным батареям в электротранспорте вплоть до появления более современных и менее требовательных систем.

Однако они не смогли полностью заменить свинцово-кислотные батареи, в основном из-за высокой стоимости, трудоемкой технологии производства и дефицита кадмия и никеля.

Электрические технологии хранения электроэнергии

Суперконденсатор — это импульсное устройство, предназначенное для компенсации быстрых переходных процессов в различных электрических цепях.

Он отличается от разных типов аккумуляторных батарей значительно меньшим энергопотреблением и повышенной удельной мощностью (2-10 кВтч / кг).

Процесс накопления энергии в суперконденсаторах осуществляется за счет разделения заряда на два электрода с достаточной разностью потенциалов. Поскольку химические превращения веществ не происходят во время работы суперконденсатора (если не допускается увеличение напряжения заряда), срок службы системы велик и может превышать 100 000 циклов зарядки / разрядки.

По своим основным параметрам суперконденсаторы занимают промежуточное положение между химическими источниками питания и обычными конденсаторами.

Учитывая эти характеристики суперконденсаторов, специалисты в сфере энергетического инжиниринга рекомендуют использовать их в гибридных схемах с аккумуляторными батареями.

В этом случае суперконденсатор реагирует на кратковременные пики выработки или потребления электричества, увеличивает срок службы аккумулятора, сокращает время реакции всей системы на внешние воздействия.

Технологии хранения электрической энергии для возобновляемых источников

Растущее применение возобновляемых источников энергии в энергетическом секторе приводит к активизации усилий по модернизации электросетей, а также к увеличению использования аккумуляторных батарей.

В результате развития технологий в последние годы установленные мощности ВИЭ растут рекордными темпами.

Это особенно актуально для солнечных и ветряных электростанций.

В нижеприведенной таблице представлено изменение совокупной генерации ветряных и солнечных электростанций в разных регионах мира с 2008 по 2018 год.

В отличие от традиционных электростанций, работающих на ископаемом топливе, а также от некоторых форм производства электроэнергии из возобновляемых источников (например, энергия биомассы, гидроэнергия и геотермальная энергия), энергия ветра и солнца может поставляться только при наличии возобновляемых ресурсов.

Это делает ВИЭ менее предсказуемыми.

Эти изменения необходимо учитывать, чтобы максимально эффективно использовать возобновляемые источники энергии в системе и гарантировать постоянное соответствие между генерацией и потреблением.

Модульность — еще одна характеристика некоторых видов возобновляемой энергии, особенно фотоэлектрической и ветровой.

Это означает, что дополнительные энергетические мощности могут быть легко добавлены и введены в эксплуатацию на месте. Системы на месте, то есть в доме, офисном здании или другом коммерческом объекте, варьируют от маломощных до крупных промышленных объектов мощностью в мегаватты.

Их устанавливают на крыше (чаще всего при использовании в бытовых целях) или в непосредственной близости от торговой или промышленной площадки. Эта так называемая распределенная генерация заменяет традиционную модель подключения крупных объектов электроснабжения к конечному пользователю на больших расстояниях.

Переменный, децентрализованный характер возобновляемых источников энергии затрудняет обеспечение надежного электроснабжения.

Системные операторы обязаны строго следить за балансом между производимой и потребляемой электроэнергией, отслеживая частоту. В Европе целевая частота тока в электросети составляет 50 Гц.

Есть много объектов, которые играют важную роль в обеспечении гибкости электроэнергетической системы, включая хранилища энергии. Их использование следует оценивать индивидуально для каждой системы, принимая во внимание особенности разных частей мира. Перезаряжаемые батареи являются распространенным вариантом, но их использование не подходит для некоторых систем ВИЭ.

Перезаряжаемые батареи могут регулировать отклонения частоты в электросети и способствовать использованию переменных возобновляемых источников, сохраняя избыточную энергию для снабжения в периоды пиковых нагрузок.

Существует широкий выбор технологий хранения энергии для возобновляемых источников. Самая старая и наиболее развитая технология — так называемые гидроаккумулирующие гидроэлектростанции, которые предпочтительны для более длительных колебаний нагрузки (в течение нескольких часов). Эти установки давно доказали свои экономические и технические преимущества во всем мире.

С другой стороны, аккумуляторная батарея — это новая разработка на рынке.

К другим новым технологиям относятся хранение энергии за счет адиабатического сжатия воздуха, генераторов водорода и суперконденсаторов.

Энергия может храниться в виде тепла с использованием котлов, тепловых насосов, льда или охлажденной воды. Такие технологии можно применять для комбинированного производства тепла и электроэнергии для достижения максимального использования энергии ветра.

Хранение электроэнергии в форме тепла часто является более дешевым вариантом, чем другие, хотя преобразование тепла в электричество менее эффективно. Поэтому обычно электричество, преобразованное в тепло, позже используется как таковое для отопления, охлаждения или в промышленных процессах.

Аккумуляторные батареи для возобновляемых источников энергии

Из-за нестабильности выработки электроэнергии с помощью ветряных турбин и солнечных фотоэлектрических панелей, технологии хранения электроэнергии стали ключевым атрибутом систем электроснабжения.

Электроэнергия, накопленная в течение дня, подается аккумуляторными батареями в электросеть в ночное время или в часы пик, когда производства недостаточно для нужд потребителей.

Перезаряжаемые батареи могут быть размещены в централизованных ветровых и солнечных установках, чтобы сбалансировать неравномерное производство энергии. Они могут хранить излишки возобновляемой энергии для дальнейшего использования.

Процесс, при котором избыточная энергия передается для использования в периоды более высокой нагрузки, называется «переключением энергоснабжения».

Система накопления энергии — это не просто аккумулятор.

Ведущие мировые компании придают этому понятию иное значение.

Они предлагают пользователю более комплексное решение, которое включает в себя аккумуляторные батареи и программные решения, обеспечивающие контроль и оптимальное распределение нагрузки.

По данным US Energy Storage Monitor, 94,2% батарей, используемых для хранения энергии в Соединенных Штатах, являются литий-ионными, еще 5% приходится на проточные батареи с окислительно-восстановительным потенциалом ванадия и 0,5% рынка составляют свинцово-кислотными батареями.

Сейчас в целевом хранении электроэнергии преобладают литий-ионные батареи, устанавливаемые в домах с солнечными батареями.

С помощью новых технологий можно создать большую электрическую сеть, из которой каждый клиент будет использовать электроэнергию в соответствии со своими потребностями (на уровне счетчика).

По оценкам компаний Lazard и Enovation Partners, это снижает затраты на хранение электроэнергии с текущих 891-985 долларов за 1 МВтч до 184-338 долларов.

Аккумуляторы преобразуют электричество в химическую энергию для хранения и обратно в электричество при необходимости. Они могут выполнять разные функции на разных этапах электрической сети. С солнечными фотоэлектрическими системами и ветряными турбинами батареи могут уравновешивать генерацию и накапливать избыточную энергию для использования при более высокой нагрузке.

В настоящее время эти колебания компенсируются энергией от природного газа, атомных электростанций или угольных электростанций, но для этой технологии обычно требуется больше времени для достижения максимальной мощности.

С другой стороны, аккумуляторные батареи довольно быстро реагируют на потребности потребителя. При их использовании вместо электростанций на ископаемом топливе они значительно сокращают выбросы углекислого газа в атмосферу.

При низких отпускных ценах на электроэнергию аккумуляторные батареи могут хранить энергию некоторое время, пока цены не вырастут. В домашних условиях батареи могут накапливать энергию для использования в любое время, а также обеспечивать резервное питание домов и предприятий в чрезвычайной ситуации.

Один из таких аккумуляторов — алюминиево-воздушные батареи.

Эта технология основана на процессе плавления, используемом при производстве алюминия. Батареи изготавливаются из дешевых материалов и имеют более высокую удельную энергоемкость, чем литий-ионные элементы. С другой стороны, их нужно обслуживать вручную: пользователи должны заменять алюминиевые пластины, чтобы заряжать аккумулятор.

Еще одна технология хранения энергии для ВИЭ — так называемые проточные аккумуляторы.

Аккумуляторы мгновенного действия особенно подходят для хранения энергии на уровне сети, поскольку их легко масштабировать. Они дают электричество, прокачивая раствор электролита через элемент, поэтому увеличение их емкости связано с увеличением размера резервуаров для хранения электролита.

Поскольку активные компоненты разделены, проточные аккумуляторы безопаснее использовать в больших масштабах, чем обычные батареи. Они также быстро заряжаются и имеют длительный срок эксплуатации, но необходимые материалы, такие как электролиты с высокой энергоемкостью энергии и ионообменные мембраны, остаются дорогими.

Некоторые компании на рынке разрабатывают способы увеличения удельной энергоемкости нынешних батарей с помощью экологически чистых материалов и по более низкой цене. Но электричество — не единственный экономически эффективный вид энергии.

Исследователи также ищут более эффективные способы хранения и использования тепла в будущем.

Например, команда ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) разрабатывает метод хранения тепла солнечных электростанций с использованием «сверхкритических жидкостей» или жидкостей, нагретых до высоких температур и высокого давления. Большинство солнечных электростанций, где установлены системы накопления энергии, используют специальную расплавленную соль, которая сохраняет тепло и выделяет его ночью для нагрева воды, вращающей турбину.

С помощью сверхкритических жидкостей такие электростанции могут снизить затраты на хранение энергии до 40% за счет более дешевой, простой и надежной конструкции.

Таким образом, солнечные электростанции могут обеспечивать более надежную и постоянную энергию, а также стать более конкурентоспособными по сравнению с атомными электростанциями и угольными электростанциями.

Инновационные системы накопления энергии

Батарея является лишь частью сложной системы, состоящей из нескольких основных компонентов, включая сам аккумулятор, системы управления и контроля, а также систему преобразования энергии.

Системы контроля и мониторинга гарантируют ее безопасность, максимальную производительность и надежность эксплуатации.

Система предотвращает перегрузку отдельных элементов и контролирует зарядку и разрядку аккумулятора, что важно для эффективности. Это делает выбор оборудования для контроля и мониторинга критически важным при реализации крупных проектов в области энергетического инжиниринга.

В случае литий-ионных аккумуляторов это оборудование должно следить за температурой, поскольку они имеют тенденцию к перегреву. При выходе на рынок многих новых устройств система хранения энергии также подключается к инвертору, чтобы предоставить законченный, полностью интегрированный продукт.

Децентрализованные решения на основе аккумуляторов

Электрификация островов и изолированных сельских районов — это вызов и в то же время уникальная возможность для интеграции ВЭИ.

Некоторые удаленные районы полагаются на дизельные генераторы, но этот вид производства энергии является дорогостоящим и производит большое количество вредных выбросов.

Удаленность и отсутствие инфраструктуры означают, что регулярные поставки дизельного топлива — дело дорогое и рискованное. В то же время дизельные генераторы считаются наиболее доступным и экономичным решением для производства энергии в отдаленных районах, поскольку они гибко реагируют на переменную нагрузку.

Тем не менее, изолированные потребители имеют отличную возможность попробовать аккумуляторные батареи. Эту технологию хранения энергии можно использовать для интеграции возобновляемых источников энергии, снижения зависимости от дизельного топлива и газа, а в некоторых случаях и для снижения затрат.

В некоторых удаленных районах действуют «микросети» со слабыми сетевыми связями и недостаточно гибкими источниками энергии.

Эти объекты выиграют от накопления энергии для более надежного использования местных ветряных и солнечных электростанций.

Хранение электроэнергии в домашних условиях

Аккумуляторы позволяют использовать большее количество возобновляемой энергии для бытовых нужд. Они могут преодолеть ограничения, связанные с пропускной способностью местной электросети, поскольку они могут эффективно распределять накопленную электроэнергию в период естественного снижения генерации.

Привлекательность использования аккумуляторных батарей в жилых домах зависит от соответствия времени пиковой выработки и потребления солнечной энергии.

В некоторых странах Персидского залива, например, инженерам приходится учитывать кондиционирование воздуха в жаркие периоды.

Кроме того, пиковое потребление для некоторых домохозяйств приходится на дневное время. Поэтому оптимальные способы зарядки и разрядки отличаются в зависимости от конкретной системы электроснабжения и района, домохозяйства, а также периода года.

Роль новых технологий в энергетическом инжиниринге

Первоначально поддержанные государственными субсидиями и исследовательскими и демонстрационными программами, многие технические проблемы в сфере накопления и хранения электрической энергии постепенно решаются.

Повышение информированности о последних достижениях в энергетическом инжиниринге способствует росту спроса на аккумуляторы новых типов и другие технические решения для возобновляемых источников энергии.

Низкая стоимость позволяет перезаряжаемым батареям становиться все более конкурентоспособными на рынке.

Стоимость систем хранения энергии резко сократилась в последние годы из-за увеличения количества их установок и повышенного интереса к ним.

Все эти факторы будут и дальше способствовать беспрецедентному использованию аккумуляторных батарей в электрических сетях.

Испанская компания ESFC готова оказать вам профессиональные услуги, связанные с финансированием возобновляемых источников энергии.

Обратитесь к нашим специалистам, чтобы получить необходимую консультацию.

После получения необходимых документов: формы заявки и презентации проекта — наши специалисты постараются в кратчайшие сроки рассмотреть Ваше обращение, а эксперты предложат оптимальные варианты финансирования.