प्रकृति ने मनुष्य को विभिन्न प्रकार के ऊर्जा स्रोत दिए: सूर्य, हवा, नदियाँ और अन्य। इन मुक्त ऊर्जा जनरेटर का नुकसान स्थिरता की कमी है। इसलिए, अतिरिक्त ऊर्जा की अवधि के दौरान, इसे भंडारण उपकरणों में संग्रहीत किया जाता है और अस्थायी मंदी की अवधि के दौरान खर्च किया जाता है। ऊर्जा भंडारण उपकरणों को निम्नलिखित मापदंडों की विशेषता है:
- संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा;
- इसके संचय और वापसी की गति;
- विशिष्ट गुरुत्व;
- ऊर्जा भंडारण समय;
- विश्वसनीयता;
- विनिर्माण और रखरखाव लागत और अन्य।
ड्राइव को व्यवस्थित करने के कई तरीके हैं। सबसे सुविधाजनक में से एक भंडारण उपकरण में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के प्रकार के अनुसार और इसके संचय और वापसी की विधि के अनुसार वर्गीकरण है। ऊर्जा भंडारण उपकरणों को निम्नलिखित मुख्य प्रकारों में विभाजित किया गया है:
- यांत्रिक;
- थर्मल;
- इलेक्ट्रिक;
- रासायनिक।
संभावित ऊर्जा का संचय
इन उपकरणों का सार सीधा है। जब कोई भार उठाया जाता है, तो स्थितिज ऊर्जा जमा हो जाती है; कम होने पर यह उपयोगी कार्य करती है। डिज़ाइन सुविधाएँ कार्गो के प्रकार पर निर्भर करती हैं। यह ठोस, तरल या हो सकता हैढीला पदार्थ। एक नियम के रूप में, इस प्रकार के उपकरणों के डिजाइन बेहद सरल हैं, इसलिए उच्च विश्वसनीयता और लंबी सेवा जीवन। संग्रहीत ऊर्जा का भंडारण समय सामग्री के स्थायित्व पर निर्भर करता है और सहस्राब्दी तक पहुंच सकता है। दुर्भाग्य से, ऐसे उपकरणों में ऊर्जा घनत्व कम होता है।
गतिज ऊर्जा का यांत्रिक भंडारण
इन उपकरणों में शरीर की गति में ऊर्जा का संचय होता है। आमतौर पर यह एक ऑसिलेटरी या ट्रांसलेशनल मूवमेंट होता है।
ऑसिलेटरी सिस्टम में गतिज ऊर्जा शरीर की पारस्परिक गति में केंद्रित होती है। शरीर की गति के साथ समय पर ऊर्जा की आपूर्ति और खपत भागों में की जाती है। तंत्र सेटिंग में काफी जटिल और मकर है। व्यापक रूप से यांत्रिक घड़ियों में उपयोग किया जाता है। संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा आमतौर पर छोटी होती है और केवल डिवाइस के संचालन के लिए ही उपयुक्त होती है।
गायरोस्कोप पावर्ड स्टोरेज डिवाइस
गतिज ऊर्जा का भंडार एक घूर्णन चक्का में केंद्रित होता है। एक चक्का की विशिष्ट ऊर्जा समान स्थिर भार की ऊर्जा से काफी अधिक होती है। कम समय में महत्वपूर्ण शक्ति प्राप्त करना या उत्पादन करना संभव है। ऊर्जा भंडारण का समय कम है, और अधिकांश डिजाइनों के लिए कुछ घंटों तक सीमित है। आधुनिक प्रौद्योगिकियां ऊर्जा भंडारण समय को कई महीनों तक लाना संभव बनाती हैं। चक्का झटके के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं। डिवाइस की ऊर्जा सीधे इसके घूमने की गति पर निर्भर करती है। इसलिए, ऊर्जा के संचय और वापसी की प्रक्रिया में, चक्का के घूमने की गति में परिवर्तन होता है। और जैसे लोड के लिएएक नियम के रूप में, एक स्थिर, कम घूर्णन गति की आवश्यकता होती है।
अधिक आशाजनक उपकरण सुपरफ्लाईव्हील हैं। वे स्टील टेप, सिंथेटिक फाइबर या तार से बने होते हैं। डिजाइन घना हो सकता है या खाली जगह हो सकती है। यदि खाली जगह है, तो टेप के कॉइल रोटेशन की परिधि में चले जाते हैं, चक्का की जड़ता का क्षण बदल जाता है, ऊर्जा का हिस्सा विकृत वसंत में जमा हो जाता है। ऐसे उपकरणों में, घूर्णन गति ठोस संरचनाओं की तुलना में अधिक स्थिर होती है, और उनकी ऊर्जा खपत बहुत अधिक होती है। वे सुरक्षित भी हैं।
आधुनिक सुपर फ्लाईव्हील केवलर फाइबर से बनाए जाते हैं। वे एक चुंबकीय निलंबन पर एक निर्वात कक्ष में घूमते हैं। कई महीनों तक ऊर्जा स्टोर करने में सक्षम।
लोचदार बलों का उपयोग कर यांत्रिक भंडारण
इस प्रकार का उपकरण एक विशाल विशिष्ट ऊर्जा को संग्रहित करने में सक्षम है। यांत्रिक ड्राइव में से, इसमें कई सेंटीमीटर के आयाम वाले उपकरणों के लिए उच्चतम ऊर्जा तीव्रता होती है। बहुत उच्च घूर्णी गति वाले बड़े चक्का में ऊर्जा की मात्रा बहुत अधिक होती है, लेकिन वे बाहरी प्रभावों के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं और उनमें ऊर्जा का भंडारण समय कम होता है।
वसंत ऊर्जा यांत्रिक भंडारण
किसी भी ऊर्जा भंडारण वर्ग की उच्चतम यांत्रिक शक्ति देने में सक्षम। यह केवल वसंत की तन्य शक्ति द्वारा सीमित है। एक संपीड़ित वसंत में ऊर्जा कई दशकों तक संग्रहीत की जा सकती है। हालांकि, लगातार विरूपण के कारण, धातु में थकान जमा हो जाती है, और वसंत क्षमताघटता है। साथ ही, उच्च गुणवत्ता वाले स्टील स्प्रिंग्स, उचित परिचालन स्थितियों के तहत, क्षमता के उल्लेखनीय नुकसान के बिना सैकड़ों वर्षों तक काम कर सकते हैं।
वसंत कार्यों को किसी भी लोचदार तत्व द्वारा किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, रबर बैंड, प्रति यूनिट द्रव्यमान संग्रहित ऊर्जा के मामले में स्टील उत्पादों से दर्जनों गुना बेहतर हैं। लेकिन रासायनिक उम्र बढ़ने के कारण रबर का सेवा जीवन केवल कुछ वर्ष है।
संपीड़ित गैसों की ऊर्जा का उपयोग करने वाले यांत्रिक भंडारण उपकरण
इस प्रकार के उपकरण में गैस को कंप्रेस करके ऊर्जा का भंडारण किया जाता है। अधिक ऊर्जा की उपस्थिति में, एक कंप्रेसर का उपयोग करके गैस को दबाव में सिलेंडर में पंप किया जाता है। आवश्यकतानुसार, संपीड़ित गैस का उपयोग टर्बाइन या विद्युत जनरेटर को चालू करने के लिए किया जाता है। कम क्षमता पर, टरबाइन के बजाय पिस्टन मोटर का उपयोग करने की सलाह दी जाती है। सैकड़ों वायुमंडल के दबाव में एक बर्तन में गैस में कई वर्षों तक उच्च विशिष्ट ऊर्जा घनत्व होता है, और उच्च गुणवत्ता वाली फिटिंग के साथ - दशकों तक।
ऊष्मा ऊर्जा भंडारण
हमारे देश का अधिकांश क्षेत्र उत्तरी क्षेत्रों में स्थित है, इसलिए ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हीटिंग के लिए खर्च करने के लिए मजबूर किया जाता है। इस संबंध में, ड्राइव में गर्मी रखने और यदि आवश्यक हो तो इसे वहां से निकालने की समस्या को नियमित रूप से हल करना आवश्यक है।
ज्यादातर मामलों में, संग्रहीत तापीय ऊर्जा के उच्च घनत्व और इसके संरक्षण की किसी भी महत्वपूर्ण अवधि को प्राप्त करना संभव नहीं है। मौजूदा प्रभावी उपकरणइसकी कुछ विशेषताओं और उच्च कीमत के कारण व्यापक अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त नहीं हैं।
ताप क्षमता के कारण भंडारण
यह सबसे प्राचीन तरीकों में से एक है। यह किसी पदार्थ को गर्म करने पर ऊष्मीय ऊर्जा के संचय के सिद्धांत पर और ठंडा होने पर ऊष्मा हस्तांतरण के सिद्धांत पर आधारित है। ऐसे ड्राइव का डिज़ाइन बेहद सरल है। यह किसी भी ठोस पदार्थ का टुकड़ा या तरल शीतलक के साथ बंद कंटेनर हो सकता है। थर्मल ऊर्जा संचायकों की सेवा का जीवन बहुत लंबा होता है, ऊर्जा के संचय और विमोचन के चक्रों की लगभग असीमित संख्या होती है। लेकिन भंडारण का समय कई दिनों से अधिक नहीं होता है।
विद्युत ऊर्जा भंडारण
आधुनिक दुनिया में विद्युत ऊर्जा इसका सबसे सुविधाजनक रूप है। यही कारण है कि इलेक्ट्रिक स्टोरेज डिवाइस व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं और सबसे अधिक विकसित होते हैं। दुर्भाग्य से, सस्ते उपकरणों की विशिष्ट क्षमता छोटी है, और उच्च विशिष्ट क्षमता वाले उपकरण बहुत महंगे और अल्पकालिक हैं। विद्युत ऊर्जा भंडारण उपकरण कैपेसिटर, आयनिस्टर्स, बैटरी हैं।
संधारित्र
यह सबसे विशाल प्रकार का ऊर्जा भंडारण है। कैपेसिटर -50 से +150 डिग्री के तापमान पर काम करने में सक्षम हैं। ऊर्जा संचय-वापसी चक्रों की संख्या दसियों अरबों प्रति सेकंड है। समानांतर में कई कैपेसिटर को जोड़कर, आप आसानी से आवश्यक समाई प्राप्त कर सकते हैं। इसके अलावा, चर कैपेसिटर हैं। ऐसे कैपेसिटर की धारिता को यांत्रिक या विद्युत या तापमान द्वारा बदला जा सकता है। बहुधा, चर संधारित्रों में पाया जा सकता हैऑसिलेटरी सर्किट।
संधारित्र को दो वर्गों में बांटा गया है - ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय। ध्रुवीय (इलेक्ट्रोलाइटिक) का सेवा जीवन गैर-ध्रुवीय से छोटा होता है, वे बाहरी परिस्थितियों पर अधिक निर्भर होते हैं, लेकिन साथ ही उनकी विशिष्ट क्षमता अधिक होती है।
चूंकि ऊर्जा भंडारण कैपेसिटर बहुत सफल उपकरण नहीं हैं। उनके पास कम क्षमता और संग्रहीत ऊर्जा का एक नगण्य विशिष्ट घनत्व है, और इसके भंडारण समय की गणना सेकंड, मिनट, शायद ही कभी घंटों में की जाती है। कैपेसिटर ने मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स और पावर इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में आवेदन पाया है।
संधारित्र की गणना, एक नियम के रूप में, कठिनाइयों का कारण नहीं बनती है। विभिन्न प्रकार के कैपेसिटर पर सभी आवश्यक जानकारी तकनीकी मैनुअल में प्रस्तुत की गई है।
आयनिस्टर्स
ये डिवाइस पोलर कैपेसिटर और बैटरियों के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति पर कब्जा कर लेते हैं। उन्हें कभी-कभी "सुपरकेपसिटर" के रूप में जाना जाता है। तदनुसार, उनके पास बड़ी संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चरण हैं, क्षमता कैपेसिटर की तुलना में अधिक है, लेकिन छोटी बैटरी की तुलना में थोड़ी कम है। ऊर्जा भंडारण का समय कई हफ्तों तक है। आयनिस्टर तापमान के प्रति बहुत संवेदनशील होते हैं।
पावर बैटरी
इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी का उपयोग किया जाता है यदि आपको बहुत अधिक ऊर्जा स्टोर करने की आवश्यकता होती है। लीड-एसिड डिवाइस इस उद्देश्य के लिए सबसे उपयुक्त हैं। इनका आविष्कार लगभग 150 साल पहले हुआ था। और तब से, बैटरी डिवाइस में मौलिक रूप से कुछ भी नया नहीं पेश किया गया है। कई विशिष्ट मॉडल सामने आए हैं, घटकों की गुणवत्ता में काफी वृद्धि हुई है,बैटरी विश्वसनीयता। यह उल्लेखनीय है कि विभिन्न निर्माताओं द्वारा बनाई गई बैटरी का उपकरण अलग-अलग उद्देश्यों के लिए केवल मामूली विवरणों में भिन्न होता है।
इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी को ट्रैक्शन और स्टार्टिंग में बांटा गया है। कर्षण का उपयोग विद्युत परिवहन, निर्बाध विद्युत आपूर्ति, विद्युत उपकरण में किया जाता है। ऐसी बैटरियों को एक लंबे समान निर्वहन और इसकी बड़ी गहराई की विशेषता है। स्टार्टर बैटरियां कम समय में उच्च धारा प्रदान कर सकती हैं, लेकिन उनके लिए डीप डिस्चार्ज स्वीकार्य नहीं है।
इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरियों में औसतन 250 से 2000 तक सीमित संख्या में चार्ज-डिस्चार्ज चक्र होते हैं। यदि उपयोग नहीं किया जाता है, तो वे कुछ वर्षों के बाद विफल हो जाते हैं। इलेक्ट्रोकेमिकल बैटरी तापमान के प्रति संवेदनशील होती हैं, लंबे समय तक चार्ज करने की आवश्यकता होती है, और सख्त रखरखाव की आवश्यकता होती है।
डिवाइस को समय-समय पर रिचार्ज करने की आवश्यकता होती है। वाहन पर स्थापित बैटरी को जनरेटर से गति में चार्ज किया जाता है। सर्दियों में, यह पर्याप्त नहीं है, एक ठंडी बैटरी चार्ज को अच्छी तरह से स्वीकार नहीं करती है, और इंजन शुरू करने के लिए बिजली की खपत बढ़ जाती है। इसलिए, एक विशेष चार्जर के साथ गर्म कमरे में बैटरी को अतिरिक्त रूप से चार्ज करना आवश्यक है। सीसा-एसिड उपकरणों के महत्वपूर्ण नुकसानों में से एक उनका भारी वजन है।
कम बिजली वाले उपकरणों के लिए बैटरी
यदि कम वजन वाले मोबाइल उपकरणों की आवश्यकता है, तो निम्न प्रकार की बैटरी चुनें: निकल-कैडमियम,लिथियम-आयन, मेटल-हाइब्रिड, पॉलीमर-आयन। उनके पास उच्च विशिष्ट क्षमता है, लेकिन कीमत बहुत अधिक है। उनका उपयोग मोबाइल फोन, लैपटॉप, कैमरा, कैमकोर्डर और अन्य छोटे उपकरणों में किया जाता है। विभिन्न प्रकार की बैटरियां अपने मापदंडों में भिन्न होती हैं: चार्ज चक्रों की संख्या, शेल्फ जीवन, क्षमता, आकार, आदि।
हाई पावर लीथियम-आयन बैटरी का इस्तेमाल इलेक्ट्रिक वाहनों और हाइब्रिड वाहनों में किया जाता है। वे हल्के वजन, उच्च विशिष्ट क्षमता और उच्च विश्वसनीयता हैं। वहीं, लिथियम-आयन बैटरी बहुत ज्वलनशील होती हैं। इग्निशन शॉर्ट सर्किट, यांत्रिक विकृति या मामले के विनाश, बैटरी के चार्ज या डिस्चार्ज मोड के उल्लंघन से हो सकता है। लिथियम की उच्च गतिविधि के कारण आग बुझाना काफी मुश्किल है।
बैटरी कई उपकरणों की रीढ़ होती है। उदाहरण के लिए, एक फोन के लिए एक ऊर्जा भंडारण उपकरण एक टिकाऊ, जलरोधक मामले में रखी गई एक कॉम्पैक्ट बाहरी बैटरी है। यह आपको अपने सेल फोन को चार्ज या पावर करने की अनुमति देता है। शक्तिशाली मोबाइल ऊर्जा भंडारण उपकरण किसी भी डिजिटल डिवाइस, यहां तक कि लैपटॉप को भी चार्ज करने में सक्षम हैं। ऐसे उपकरणों में, एक नियम के रूप में, उच्च क्षमता वाली लिथियम-आयन बैटरी स्थापित की जाती हैं। घर के लिए ऊर्जा भंडारण भी बैटरी के बिना पूरा नहीं होता है। लेकिन ये बहुत अधिक जटिल उपकरण हैं। बैटरी के अलावा, इनमें एक चार्जर, एक कंट्रोल सिस्टम और एक इन्वर्टर शामिल है। डिवाइस एक निश्चित नेटवर्क और अन्य स्रोतों से दोनों काम कर सकते हैं। उत्पादन शक्ति औसतन 5 kW है।
ड्राइवरासायनिक ऊर्जा
"ईंधन" और "गैर-ईंधन" प्रकार के ड्राइव के बीच अंतर करें। उन्हें विशेष तकनीकों और अक्सर भारी उच्च तकनीक वाले उपकरणों की आवश्यकता होती है। उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं विभिन्न रूपों में ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाती हैं। थर्मोकेमिकल प्रतिक्रियाएं निम्न और उच्च तापमान दोनों पर हो सकती हैं। उच्च तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए घटकों को तभी पेश किया जाता है जब ऊर्जा प्राप्त करना आवश्यक हो। इससे पहले, उन्हें अलग-अलग, अलग-अलग जगहों पर संग्रहित किया जाता है। कम तापमान प्रतिक्रियाओं के लिए घटक आमतौर पर एक ही कंटेनर में होते हैं।
ईंधन चलाकर ऊर्जा भंडारण
इस पद्धति में दो पूरी तरह से स्वतंत्र चरण शामिल हैं: ऊर्जा का संचय ("चार्जिंग") और इसका उपयोग ("निर्वहन")। पारंपरिक ईंधन, एक नियम के रूप में, एक बड़ी विशिष्ट ऊर्जा क्षमता, दीर्घकालिक भंडारण की संभावना और उपयोग में आसानी होती है। लेकिन जीवन स्थिर नहीं रहता। नई प्रौद्योगिकियों के आने से ईंधन की मांग में वृद्धि हुई है। मौजूदा सुधार और नए, उच्च-ऊर्जा ईंधन बनाने के द्वारा कार्य का समाधान किया जाता है।
नए नमूनों का व्यापक परिचय तकनीकी प्रक्रियाओं के अपर्याप्त विकास, काम में उच्च आग और विस्फोट के खतरों, उच्च योग्य कर्मियों की आवश्यकता और प्रौद्योगिकी की उच्च लागत से बाधित है।
ईंधन रहित रासायनिक ऊर्जा भंडारण
इस प्रकार के भंडारण में कुछ रसायनों को दूसरों में परिवर्तित करके ऊर्जा का भंडारण किया जाता है। उदाहरण के लिए, बुझा हुआ चूना गर्म करने पर बुझा हुआ चूने की अवस्था में चला जाता है। निर्वहन करते समय, संग्रहीत ऊर्जागर्मी और गैस के रूप में छोड़ा गया। ठीक ऐसा ही तब होता है जब चूने को पानी से बुझाया जाता है। प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए, यह आमतौर पर घटकों को संयोजित करने के लिए पर्याप्त है। संक्षेप में, यह एक प्रकार की थर्मोकेमिकल प्रतिक्रिया है, केवल यह सैकड़ों और हजारों डिग्री के तापमान पर आगे बढ़ती है। इसलिए, उपयोग किए जाने वाले उपकरण बहुत अधिक जटिल और महंगे हैं।
