Цахилгаан эрчим хүч хадгалах аргууд
Цахилгаан эрчим хүчний хадгалалт нь орчин үеийн эрчим хүчний системийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Цахилгаан эрчим хүчний эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж, нар, салхи зэрэг сэргээгдэх эрчим хүчний эх үүсвэрүүд улам өргөн хэрэглэгдэж байгаа тул эрчим хүч хадгалах хэрэгцээ улам бүр чухал болж байна. Учир нь сэргээгдэх эрчим хүчний үйлдвэрлэл нь тогтворгүй байдаг: нар үргэлж гэрэлтдэггүй, салхи үргэлж үлээдэггүй. Хадгалах технологийн тусламжтайгаар эрчим хүчийг илүүдэл үйлдвэрлэлийн үед цуглуулж, эрэлт ихтэй эсвэл үйлдвэрлэл багатай үед дахин ашиглах боломжтой. Энэ нийтлэлд цахилгаан эрчим хүч хадгалах янз бүрийн аргууд, тэдгээрийн ажиллах зарчим, давуу болон сул талууд, хэрэглээний талаар авч үзэх болно.
1. Цахилгаан эрчим хүчний хадгалалт яагаад чухал вэ?
Цахилгаан эрчим хүчний системд цахилгаан эрчим хүчний үйлдвэрлэл болон хэрэглээг үргэлж тэнцвэртэй байлгах ёстой. Тэнцвэргүй байдал нь сүлжээний тасалдал, цахилгаан тасалдал, тоног төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэж болзошгүй. Эрчим хүчний хадгалалт нь давтамж болон хүчдэлийг тогтворжуулах, нөөцийн эрчим хүчийг хадгалах, оргил ачааллыг бууруулах (оргил ачааллыг бууруулах), сүлжээний найдвартай байдлыг сайжруулах зэрэг хэд хэдэн гол үүргээр дамжуулан энэхүү тэнцвэрийг хадгалахад тусалдаг. Цаашилбал, хадгалалт нь өдрийн цагаар илүүдэл эрчим хүчийг шөнийн цагаар, шөнийн цагаар салхинаас гаргаж авсан эрчим хүчийг өглөө ачаалал нэмэгдэхэд ашиглаж болох тул сэргээгдэх эрчим хүчийг илүү өргөн хүрээнд нэгтгэх боломжийг олгодог.
2. Электрохимийн хадгалалт: Батерей
а. Лити-ион батерей
Лити-ион батерей нь одоогоор хамгийн түгээмэл технологи бөгөөд гар утас, зөөврийн компьютер, цахилгаан тээврийн хэрэгсэл, тэр ч байтугай том хэмжээний хадгалах системд (тор хадгалах) ашиглагддаг. Тэдгээрийн ажиллах зарчим нь литийн ионуудыг анод ба катодын хооронд электролитоор дамжуулан дамжуулах явдал юм. Тэдний давуу талууд нь өндөр энергийн нягтрал, сайн цэнэглэх-цэнэггүйжүүлэх үр ашиг, хурдан хариу үйлдэл юм. Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь харьцангуй үнэтэй хэвээр байгаа бөгөөд аюулгүй байдал (хэт халалтын эрсдэл) болон цаг хугацааны явцад багтаамжийн бууралттай холбоотой бэрхшээлтэй тулгардаг.
б. Хар тугалганы хүчлийн батерей
Энэ технологийг удаан хугацаанд ашиглаж ирсэн, жишээлбэл, тээврийн хэрэгслийн батерей болон UPS системд. Үүний давуу талууд нь харьцангуй хямд өртөгтэй, боловсорсон технологи юм. Сул талууд нь хүнд жин, бага эрчим хүчний нягтралтай, лити-ионоос богино ашиглалтын хугацаатай байдаг. Гэсэн хэдий ч хар тугалганы хүчлийн батерейг хямд өртөгтэй, нөөц эрчим хүч шаарддаг хэрэглээнд ашигласаар байна.
в. Натрийн хүхрийн батерей ба урсгалын батерей
Натрийн хүхрийн батерей нь өндөр ажиллах температур шаарддаг ч их хэмжээний энерги хадгалах боломжтой тул томоохон хэмжээний хэрэглээнд тохиромжтой. Үүний зэрэгцээ урсгалын батерей нь тусдаа саванд агуулагдах шингэн электролитэд энерги хадгалдаг. Урсгал батерейны давуу тал нь урт хугацааны ашиглалтын хугацаа, савны эзэлхүүнийг нэмэгдүүлэх замаар багтаамжийг хялбархан өргөжүүлэх боломжтой байдаг. Сул талууд нь систем нь илүү төвөгтэй бөгөөд ердийн батерейгаас илүү их зай шаарддаг явдал юм.
3. Механик хадгалах
а. Шахуургын усан цахилгаан станц
Энэ арга нь дэлхий дээр өргөн хэрэглэгддэг хамгийн том эрчим хүч хадгалах технологи юм. Зарчим нь энгийн: илүүдэл цахилгаан байгаа үед усыг нам усан сангаас өндөр усан сан руу шахдаг. Цахилгаан шаардлагатай үед усыг турбинаар дамжуулан буцааж шахаж цахилгаан үүсгэдэг. Үүний давуу талууд нь том хүчин чадал, урт хугацааны ашиглалт, харьцангуй өндөр үр ашиг юм. Гэсэн хэдий ч шахуургаар ажилладаг усан цахилгаан станц нь газарзүйн тодорхой нөхцөл шаарддаг бөгөөд усан сангийн барилга нь экосистемийг өөрчилвөл байгаль орчинд нөлөөлж болзошгүй.
b. Маховик
Маховик нь хурдан эргэлддэг роторт кинетик энерги хэлбэрээр энергийг хадгалдаг. Цахилгаан байгаа үед мотор нь роторыг эргүүлдэг; цахилгаан шаардлагатай үед ротор нь генераторыг эргүүлдэг. Давуу талууд нь маш хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх, урт хугацааны ашиглалтын хугацаа юм. Сул талууд нь харьцангуй бага эрчим хүчний багтаамж, ротор өндөр хурдтай эргэлдэх үед аюулгүй байдлыг хангахын тулд вакуум систем болон бат бөх материалын хэрэгцээ юм. Маховикийг ихэвчлэн сүлжээг тогтворжуулах, шуурхай эрчим хүч шаарддаг хэрэглээнд ашигладаг.
в. Шахмал агаарын эрчим хүчний хадгалалт (CAES)
CAES нь агаарыг газар доорхи танхим, давсны агуй эсвэл тусгай сав руу шахаж энергийг хадгалдаг. Эрчим хүч шаардлагатай үед турбиныг эргүүлэхийн тулд агаарыг гаргадаг. CAES нь том хэмжээний хадгалахад тохиромжтой боловч түүний үр ашиг нь системийн дизайн болон өргөтгөхөөс өмнө агаарыг урьдчилан халаах шаардлагаас ихээхэн хамаардаг. Анхны дэд бүтэц нь бас нэлээд үнэтэй бөгөөд тохиромжтой байршил шаарддаг.
4. Дулааны хадгалалт (дулаан)
Дулааны хадгалалт нь энергийг дулаан эсвэл хүйтэн хэлбэрээр хадгалдаг. Цахилгаан эрчим хүчийг шууд үйлдвэрлэдэггүй ч энэ арга нь тодорхой цаг үед цахилгаан эрчим хүчний хэрэгцээг бууруулах эсвэл хувиргах системээр дамжуулан дахин цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхэд үр дүнтэй байдаг.
а. Дулааны нарны цахилгаан станц (ДЦЦ)-д хайлсан давс
Төвлөрсөн нарны цахилгаан станцад нарны дулааныг хайлсан давсыг халаахад ашигладаг. Энэ дулааныг саванд хадгалж, дараа нь нар тусаагүй үед турбиныг эргүүлдэг уур үүсгэхэд ашигладаг. Энэхүү технологи нь нарны цахилгаан станцуудад шөнийн цагаар цахилгаан үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Сул тал нь дэд бүтцийн өндөр өртөг бөгөөд нарны цацраг хүчтэй байдаг газруудад илүү тохиромжтой.
б. Мөсний агуулах
Энэ технологийг хөргөлтийн систем барихад өргөн ашигладаг. Усыг хөлдөөж мөс болгохын тулд шөнийн цагаар цахилгаан ашигладаг (бага өртгөөр), дараа нь мөсийг өдрийн цагаар орон зайг хөргөхөд ашигладаг бөгөөд өдрийн цахилгааны ачааллыг бууруулдаг. Энэ нь ачааллыг удирдахад үр дүнтэй боловч цахилгаан үүсгэдэггүй, харин эрчим хүчний хэрэглээг өөрчилдөг.
5. Цахилгаан соронзон хадгалах
а. Супер конденсатор (Ultracapacitor)
Суперконденсаторууд нь уламжлалт конденсаторуудаас хамаагүй илүү багтаамжтай цахилгаан орон дээр энерги хадгалдаг. Тэдний давуу талууд нь маш хурдан цэнэглэж, цэнэггүйжүүлдэг, маш урт хугацааны ашиглалтын хугацаатай байдаг. Сул талууд нь батерейгаас бага эрчим хүчний нягтралтай байдаг тул тээврийн хэрэгслийн нөхөн төлжих тоормос эсвэл хүчдэлийн тогтворжуулагч зэрэг богино хугацааны, өндөр хүчин чадлын хэрэглээнд илүү тохиромжтой болгодог.
b. SMES (Хэт дамжуулагч соронзон энерги хадгалах)
SMES нь хэт дамжуулагч ороомгийн доторх соронзон орон дотор энергийг хадгалдаг. Цахилгаан эсэргүүцэл нь маш бага температурт бараг тэг байдаг тул энергийг өндөр үр ашигтайгаар хадгалах боломжтой. Гэсэн хэдий ч криоген хөргөлтийн системүүд нь үнэтэй бөгөөд нарийн төвөгтэй тул тэдгээрийн хэрэглээ нь эд эсийг тогтворжуулах, судалгаа хийх зэрэг тусгай хэрэглээгээр хязгаарлагдмал хэвээр байна.
6. Химийн бодисын хадгалалт: Устөрөгч ба синтетик түлш
Энэ арга нь цахилгаан энергийг усны электролизоор дамжуулан химийн энерги болгон хувиргаж, устөрөгч (H₂) үүсгэдэг. Дараа нь устөрөгчийг түлшний элементэд хадгалж, дахин ашиглаж цахилгаан үйлдвэрлэх эсвэл дулаан, цахилгаан үйлдвэрлэхийн тулд шатааж болно. Үүний давуу талууд нь урт хугацааны болон томоохон хэмжээний хадгалалтад тохиромжтой, аж үйлдвэр, тээвэр зэрэг бусад салбарт ашиглах боломжтой. Сул талууд нь харьцангуй бага циклийн үр ашиг (цахилгаан → устөрөгч → цахилгаан), мөн одоо ч хөгжиж буй хадгалах, түгээх дэд бүтцийн хэрэгцээ юм. Устөрөгчөөс гадна цахилгааныг аммиак эсвэл синтетик түлш (цахим түлш) үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох бөгөөд эдгээрийг хадгалах, тээвэрлэхэд хялбар боловч үйл явц нь илүү төвөгтэй байдаг.
7. Зөв аргыг сонгох
Бүх хүнд тохирох нэг төрлийн хадгалах шийдэл гэж байдаггүй. Технологийн сонголт нь хэд хэдэн хүчин зүйлээс хамаарна: шаардлагатай хүчин чадал, хадгалах хугацаа (секунд, цаг эсвэл өдөр), хөрөнгө оруулалтын зардал, талбайн бэлэн байдал, үр ашиг, байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл. Лити-ион батерей нь уян хатан, хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх хэрэгцээнд тохиромжтой; шахуургын гидроэлектрик нь том хүчин чадал, урт хугацаанд маш сайн ажилладаг; суперконденсатор нь шуурхай эрчим хүч авахад үр дүнтэй; устөрөгч нь улирлын чанартай хадгалах боломжтой, ялангуяа сэргээгдэх эрчим хүч элбэг байдаг.
8. Кесимпулан
Цахилгаан эрчим хүч хадгалах аргууд нь илүү цэвэр, илүү найдвартай, илүү үр ашигтай эрчим хүчний систем рүү шилжих шилжилтийн чухал тулгуур багана юм. Батерей, шахуургын гидравлик, маховик, CAES, дулааны хадгалалтаас эхлээд устөрөгч хүртэл янз бүрийн технологиуд нь тус бүр өөрийн гэсэн онцлог шинж чанартай бөгөөд тэдгээрийг тодорхой хэрэгцээнд тохируулан өөрчилж болно. Инноваци үргэлжилж, технологийн зардал буурч байгаатай холбогдуулан эрчим хүчний хадгалалт илүү өргөн хэрэгжиж, сэргээгдэх эрчим хүчний интеграцийг хурдасгаж, илүү тогтвортой эрчим хүчний ирээдүйг бий болгоход туслах болно.
Хэрэв та хүсвэл би энэ нийтлэлийг сургуулийн даалгавар (илүү энгийн), коллежийн тайлан (илүү техникийн), эсвэл алдартай блог нийтлэл (илүү хөнгөн бөгөөд илүү харилцан ярианы)-д илүү тохиромжтой болгож өөрчилж болно.
