Комбинированные энергоустановки на основе суперконденсаторов

Все известные потребители энергии работают в двух основных режимах – стационарном, при котором уровень потребления энергии практически не изменяется, и переходном, при котором происходит резкое изменение потребления энергии как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Поэтому работа источника энергии для отдельного потребителя оценивается как величиной отдаваемой энергии для обеспечения стационарных режимов его работы, так и величиной отдаваемой мощности для обеспечения переходных режимов.

При проектировании энергоустановок безальтернативно исходят из обеспечения максимального, пикового потребления энергии, характерного для переходного режима, что приводит к потенциальной избыточности источника и как следствие к увеличению расхода потребляемого топлива, снижению экологичности и другим очевидным негативным последствиям.

Кардинальным методом решения проблемы потенциальной избыточности источника представляется создание комбинированной энергоустановки (КЭУ) физически или функционально состоящей из источника энергии и источника мощности.

В КЭУ источник энергии, обеспечивающий стационарный режим работы потребителя, может иметь существенно меньшую энергоемкость, а источник мощности, обеспечивающий переходный режим, будет работать существенно меньшее время.

Суперконденсаторы. Виды энергетических установок

Очевидно, что КЭУ методически обладает несомненными преимуществами перед традиционным как по эксплуатационным характеристикам, так и по экономическим и экологическим показателям.

Возможность реализации КЭУ с физически разделенными источниками энергии и мощности возникла с появлением суперконденсаторов, явившихся теми необходимыми источниками мощности, которые могут обеспечить работу потребителя в переходном режиме максимальных нагрузок.

При использовании суперконденсаторов в качестве источников мощности появляется дополнительная возможность рекуперации энергии торможения. При этом на основе суперконденсаторов строится система накопления энергии, которая в определенное время является дополнительным источником энергии. Таким образом, комбинированная энергетическая установка становиться системой из двух энергетических источников. Реализация энергосберегающих технологий основана на использовании комбинированных или гибридных энергетических установок, в которых используются физически разнесенные источник энергии и источник мощности. При этом источник энергии (основной источник энергетической установки) – двигатель внутреннего сгорания, стационарное электропитание, аккумуляторная батарея или батарея топливных элементов, обеспечивает работу системы в стационарном режиме работы, а источник мощности (дополнительный источник энергетической установки) – система накопления энергии на базе суперконденсаторов – обеспечивает работу системы в переходных режимах.

На рисунке приведены типы комбинированных энергоустановок, в которых реализуются энергосберегающие технологии с использованием систем накопления энергии.

Типы энергосберегающих энергетических установок

При этом в транспортных энергетических установках, включая лифтовые системы, энергосбережение обеспечивается за счет рекуперации до 25% затраченной энергии при торможении транспортного средства или обратном движении лифта. Кроме того, в таких энергетических установках возможно ресурсосбережение за счет уменьшения мощности основного источника энергии и работы его только в стационарном режиме, поскольку пиковые нагрузки компенсируются дополнительным источником мощности. Использование комбинированных энергоустановок автомобильного транспорта, которые обеспечивают трогание с места не с помощью обычно используемого форсированного режима работы двигателя внутреннего сгорания, а использованием энергии экологически чистых суперконденсаторов, позволяют более чем в 10 раз снизить количество вредных выбросов. Кроме того, возможность использования в гибридных двигательных установках двигателей внутреннего сгорания меньшей мощности позволяет более чем в два раза снизить расход топлива.

В комбинированных энергоустановках для пуска дизелей транспортных средств и обеспечения аварийного включения масляных выключателей тяговых подстанций применение суперконденсаторных систем накопления энергии дает возможность снизить установленную мощность аккумуляторных батарей (АБ) приблизительно в два раза с 450 до 250 А·ч, увеличить срок службы АБ в 1,5 – 2 раза; экономить приблизительно 16т в год за счет сокращения времени работы дизеля на холостом ходу.

Использование суперконденсаторных систем накопления энергии для обеспечения комфортного электропитания потребителей путем компенсации провалов напряжения позволяет экономить значительные материальные ресурсы. Так, например, в США среднее промышленное предприятие имеет около 66 провалов напряжения глубиной в 10% от номинала и длительностью 0,1 сек. Последствия одного такого провала оценивается в 20000 долларов США для энергосистем мощностью 500квт. Таким образом, годовая экономия от использования систем комфортного электропитания составляет более одного миллиона долларов только для одного предприятия.

Особенно перспективным представляется использование суперконденсаторных систем накопления энергии в возобновляемых системах получения электроэнергии на базе водородных топливных элементов и металовоздушных батарей в качестве практически безальтернативного буферного устройства, обеспечивающего пиковые нагрузки потребителей.

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *