Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Физика arrow Физическое материаловедение. Ч. 3. Материалы энергетики и энергосбережения

4.5. Материалы для аккумуляторов

Для повышения эффективности современной энергетики необходимо применять надежные способы хранения части выработанной энергии. Это, в частности, актуально для солнечных батарей, когда электроэнергия вырабатывается только днем, а должна использоваться в течение суток. Еще более актуальна проблема хранения электроэнергии для обеспечения эффективной работы современных электростанций и электрических сетей, что легко видно из анализа изменения электрической нагрузки газотурбинной электростанции во времени, показанного на рис. 4.66. Характерной особенностью этой кривой является наличие пика потребления электроэнергии в середине дня и провала ночью. Нагрузка понижается также в нерабочие (выходные) дни.

Одна из проблем электроснабжения состоит в том, что современные электростанции, обеспечивающие базисную нагрузку, требуют высоких капитальных затрат и круглосуточной работы. По этой причине их перевод на полупиковую нагрузку по мере износа оборудования оказывается менее выгодным.

Типичная кривая электрической нагрузки чем установка нового оборудования, предназначенного для работы в полупиковом и пиковом режимах

Рис. 4.66. Типичная кривая электрической нагрузки чем установка нового оборудования, предназначенного для работы в полупиковом и пиковом режимах. В основном это газовые турбины, которые легко включаются и выключаются соответственно графику нагрузки. Однако если данная тенденция в энергетике сохранится в будущем, то просто не хватит нефти для электрообеспечения и транспорта (автомобилей, самолетов и т.п.). Для обеспечения пиковой нагрузки необходимо выравнивание энергетического баланса с учетом накопления вырабатываемой в период провалов потребления (ночыо) избыточной энергии, ее хранения и дальнейшего использования во время дневных пиков. Для такой цели существует несколько способов хранения энергии. Возможное их применение в системе электроснабжения показано на рис. 4.67.

Аккумулирование энергии в виде перекачанной воды (гидроаккумулирование) требует больших резервуаров, против которых выступают природоохранные организации. Кроме того, такие системы необходимо строить на окраинах городов, что приводит к высоким затратам при транспортировке энергии. Возможно аккумулирование воды в подземных хранилищах. Обсуждается вопрос об использовании сжатого воздуха компрессорных установок, а также термическое аккумулирование на базисных тепловых электростанциях. На распределительных станциях можно устанавливать газовые турбины, а на подстанциях - электрохимические генераторы и аккумуляторы, у которых электроэнергия накапливается и хранится в виде химической энергии и легко может быть применена. У аккумуляторов имеется ряд преимуществ: заранее известная стоимость; отсутствие необходимости в топливе, стоимость и качество которого являются переменными величинами; чистота и бесшумность работы, что позволяет устанавливать их вблизи от нагрузки, например в подвальных помещениях больших зданий. По сравнению с газовыми турбинами аккумуляторы требуют меньше капиталовложений за счет экономии па передачу электроэнергии. Эти расходы сильно зависят от концентрации потребителей энергии: так, в мегаполисах они примерно в 3 раза выше, чем в сельской местности. Однако достаточно трудно оценить стоимость других составляющих системы, например преобразователей постоянного тока в переменный.

Широкое распространение аккумуляторов возможно на автомобильном и железнодорожном транспорте, в меньшей мере для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Вероятно, в ближайшей перспективе такое приме-

Генерирование, аккумулирование и передача электроэнергии в системе электроснабжения пение наиболее реально

Рис. 4.67. Генерирование, аккумулирование и передача электроэнергии в системе электроснабжения пение наиболее реально, поскольку автономные системы требуют меньших мощностей и сравнительно небольших затрат и могут явиться переходным этапом в задаче кардинального выравнивания уровня нагрузок. К аккумуляторам, используемым для этих целей, предъявляются обычные требования: полный глубокий разряд и заряд; полный 24-часовой цикл; длительный срок службы (не менее 2000-3000 циклов), т.е. около 5-10 лет; возможность длительного пребывания без нагрузки; малые размеры и масса. Кроме того, аккумулятор должен быть работоспособным при повышенных температурах, так как он саморазогревается при разряде и заряде.

Из перечисленных требований следует, что система должна обладать высокими удельной мощностью (массовой и объемной), удельной энергией (массовой и объемной), надежностью. Данные свойства определяются в основном выбором электрохимически активных и неактивных материалов. Следует отметить, что самые большие аккумуляторные батареи позволяют запасать всего несколько киловатт-часов энергии при относительно низкой ее плотности. Например, в объеме 1000 см3 свинцовой (кислотной) аккумуляторной батареи может быть накоплено 350 Дж энергии, тогда как в таком же объеме нефтехранилища содержится 3500 Дж. В связи с этим для улучшения потребительских свойств аккумуляторов необходимо значительно увеличить плотность энергии в них, в данном случае даже увеличивая (или, по крайней мере, сохраняя) удельную мощность и уменьшая стоимость. Последнее вызывает особые требования к материалам, используемым в аккумуляторах.

Как видно из рис. 4.68, аккумулятор состоит из трех основных частей (активных компонентов): анода, катода и электро-

Активные компоненты аккумулятора лита

Рис. 4.68. Активные компоненты аккумулятора лита. Анод представляет собой электроположительный электрод, обычно состоящий из металла. В качестве катода, являющегося электроотрицательным электродом, чаще используются галогены либо халькогены. Электролит содержит подвижные ионы (предпочтительно одного вида), которые должны перемещаться от одного электрода к другому. В то же время он должен обладать высоким электросопротивлением для потока электронов, чтобы свести к минимуму саморазряд.

Ниже рассмотрим требования к компонентам аккумуляторов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы