Стоимость мобильных источников энергии

Категория: Поддержка по аккумуляторным батареям

Опубликовано 24.07.2016 13:53

Автор: Abramova Olesya

Взлет огромного авиалайнера – поистине волнующий момент. При полной массе почти в 400 тонн, Боинг 747 требует порядка 90 мегаватт энергии, чтобы набрать необходимую высоту. Взлет является наиболее требовательной и энергозатратной частью полета, после достижения же необходимой высоты потребляемая мощность снижается примерно в два раза.

Мощные двигатели также были необходимы и для приведения в движение громадного океанского лайнера “Queen Mary”, спущенного на воду в 1934 году. Водоизмещением 8 .000 тонн и длиной 300 метров, этот гигант был оснащен четырьмя паровыми турбинами, производящими общую мощность 160 000 л. с. (120 мВт). На борту корабля могло находитmся до 3 000 человек, а скорость его движения составляла 28,5 узлов (52 км/ч). “Queen Mary” в данный момент используется как музей в Лонг-Бич, штат Калифорния.

В таблице 1 показан путь человеческой изобретательности на пути к покорению энергии, начиная от доисторического использования тягловых волов, затрагивая новые источники энергии, появившиеся во время промышленной революции, и заканчивая сегодняшними супер двигателями с практически неограниченной мощностью.

Таблица 1: Древние и современные источники энергии Обеспечить движение больших систем возможно только с помощью двигателя внутреннего сгорания (ДВС), где ископаемое топливо служит в качестве недорогого и доступного источника энергии. Невысокая удельная энергоемкость электрических батарей в сравнении с удельной теплотой сгорания [BU-1007] топлива для ДВС соотносит эти два источника энергии как будто это Давид и Голиаф. Батареи к тому же чувствительны к высоким и низким температурам, а срок их службы довольно ограничен.

---

Аккумуляторы EverExceed

 

Standard Range AGM	Deep Cycle Range AGM	Gellyte Range GEL
10 - 12 лет / 600 циклов	10 - 12 лет / 700 циклов	10 - 12 лет / 750 циклов
универсальная серия AGM	для глубоких разрядов AGM	универсальная серия GEL

---

В то время как ископаемое топливо обладает удельной энергоемкостью в 12 000 Вт/кг, литий-ионная аккумуляторная батарея может обеспечить от 70 до 260 Вт/кг в зависимости от используемой электрохимической системы. И даже со своим низким КПД в 30%, ДВС все равно превосходит лучшую электрическую батарею с точки зрения соотношения энергии к весу. Емкость батареи необходимо увеличить в 20 раз, прежде чем она сможет на равных конкурировать с ископаемым топливом.

Другим ограничением организации движения с помощью электрических батарей в сравнении с ископаемым топливом является собственно вес энергоносителя. В то время как при расходовании топлива вес транспортного средства постепенно уменьшается, электрическая батарея весит одинаково, как в разряженном, так и в заряженном состоянии. Это накладывает ограничения на дальность пробега электромобилей и делает идею создания электрического самолета просто непрактичной. Кроме того, ДВС обеспечивает полную мощность в условиях холодного или жаркого климата и хорошо работает в течение многих лет. С аккумуляторной батареей все обстоит иначе - каждый следующий цикл предоставляет немного меньше энергии, чем предыдущий.

Энергия первичных (неперезаряжаемых) батарей

Энергия из неперезаряжанмых батарей является одной из самых дорогих форм электроснабжения с точки зрения затрат на киловатт-час (кВт*ч). Первичные батареи [BU-106] применяются в основном для маломощного использования, такого как наручные часы, пульты дистанционного управления, электронные ключи и детские игрушки. Также такие источники питания используются в военной отрасли, в маяках и удаленных ретрансляционных станциях, так как в этих случаях последующая зарядка просто не практична. В таблице 2 оценивается стоимость за кВт*ч и характеристики распространенных типоразмеров первичных батарей.

Таблица 2: Сравнение емкости и стоимости первичных щелочных батарей. Одноразовое использование энергии, запасенной в первичных батареях, делает их дорогими; стоимость уменьшается с увеличением размеров.

---

Аккумуляторы EverExceed GEL

 

Marin GEL Range	Deep Cycle GEL Range	Solar GEL Range
10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов
для электромоторов лодок и катеров	для глубоких циклических разрядов	для солнечных электростанций

---

Энергия вторичных (перезаряжаемых) батарей

Получение электрической энергии от вторичных батарей является более экономичным, чем в случае с первичными, однако стоимость за киловатт-час не будет полной без рассмотрения совокупной стоимости владения. Туда входят стоимость одного цикла, продолжительность срока службы, а также расходы, связанные с возможной заменой и утилизацией. В таблице 3 сравниваются свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металл-гидридные и литий-ионные аккумуляторные батареи.

Энергетические характеристики и стоимость аккумуляторных батарей. Хотя литий-ионные батареи и являются более дорогостоящими в сравнении со свинцово-кислотными, стоимость их цикла зарядки/разрядки может быть меньше. NiCd могут работать при экстремальных температурах, имеют большее количество циклов и устойчивы к ультрабыстрой зарядке.

Энергия из других источников

Для снижения расхода ископаемого топлива и сокращения вредных выбросов, правительствами и частными организациями многих стран предпринимаются попытки внедрения альтернативных источников энергии. В таблице 4 сравниваются стоимость генерации 1 кВт мощности, включающая в себя начальные вложения, расход топлива, техническое обслуживание и амортизацию.

Таблица 4: Себестоимость выработки 1 кВт энергии. Расчет включает в себя начальные вложения, расход топлива, техническое обслуживание и амортизацию. Энергия из стационарных электросетей является самой дешевой.

* - Амортизация рассчитана исходя из 5 часов солнечного времени 200 дней в году; износ, связанный с возрастом, в расчет не брался.

Использование стационарной электрической сети является наиболее экономически обоснованным. Потребители платят от $0,06 до $0,40 долларов за киловатт-час, не озабочены какими-либо дополнительными тратами на техническое обслуживание или необходимостью замены устаревших энергогенерирущих механизмов, и что довольно важно - обеспечены беспрерывной подачей электричества (среднестатистическая семья на Западе потребляет 25 кВт*ч энергии ежедневно.)

---

Тяговые аккумуляторы Trojan (USA)

 

Trojan Marine RV	AGM Deep Cycle	Trojan GEL Deep Cycle
10 - 12 лет / 700 циклов	10 - 12 лет / 600 циклов	10 - 12 лет / 800 циклов
для речного и морского траспорта	для электромоторов, солнечных электростанций, высоких нагрузок

---

Стоимость электричества возрастает при необходимости еге аккумулирования в электрических батареях, как в случае эксплуатации солнечных панелей или электромобиля [BU-1003]. Высокая стоимость аккумуляторной батареи вкупе с ее относительно коротким сроком службы удваивают стоимость электричества. Бензин (или его эквивалент) является более экономичным решением для обеспечения мобильности.

Топливные элементы [BU-210] являются наиболее эффективными в преобразовании топлива в электричество, но высокие затраты на оборудование делают этот источник питания дорогим с точки зрения стоимости за киловатт-час. Практически во всех случаях обеспечение мощности с помощью топливных элементов выходит дороже, чем при использовании обычных методов.

Наш организм также нуждается в энергии, активному человеку необходимо порядка 3,500 калорий в день для того, чтобы оставаться в форме. Такое количество калорий соотносится примерно с потребностью 4 000 Вт в течение 24 часов (1 калория равна 1,16 Вт*ч). Такого количества энергии хватит, чтобы пешком преодолеть около 40 км, а если пересесть на велосипед, то расстояние увеличится до 160 км. Если же наш воображаемый велосипедист перекусит обедом из пары картофелин и сосиски, то он сможет проехать еще 60 км во второй половине дня (не все полученная энергия пойдет на мышечную работу, потребности мозга человека в энергии составляют примерно 20% от потребностей всего организма. Человеческое тело является удивительно эффективным в преобразовании пищи в энергию; трудно представить, чтобы картофель и сосиски смогли бы обеспечить ноутбук энергией на такое длительное время).

В таблице 5 сравнивается расчетная мощность и затраты энергии на пассажиро-километр для полностью загруженного Boeing 747, вышедшего в отставку океанского лайнера “Queen Mary”, прожорливого джипа, велосипедиста и человека, идущего пешком.

Таблица 5: Характеристики мощности различных видов транспорта. Авиаперелеты являются наименее энергозатратным видом скоростного транспорта; водный транспорт эффективен для перевозок больших грузов без особых требований к скорости; самое же низкое потребление энергии показывает велосипед.

* - 1 Джоуль – это количество энергии, возникающее за 1 секунду при напряжении 1 В и силе тока 1 А, или 1 Вт в течение 1 секунды, или 0,238 калорий; 4,186 Джоуля нагреют 1 грамм воды ровно на 1°С; 1 000 Джоулей равны 0,277 Вт.

Велосипед на сегодняшний день является самым эффективным видом транспорта. Если сравнивать велосипед и автомобиль, то велосипедист будет потреблять только 0,4 литра топлива на 100 км. Ходьба также является эффективной, “расход” составляет только 1 л на 100 км. Но такая автономная система передвижения имеет недостаток в виде ограниченной дальности хода из-за наступления усталости.

С точки зрения использования энергии, автомобили являются одним из наименее эффективных видов транспорта. Большинство двигателей внутреннего сгорания имеют КПД всего 25% от удельной теплоты сгорания топлива. Дело выглядит еще хуже, когда в расчет берется соотношение веса автомобиля и водителя, которое выше чем у больших транспортных средств. При разгоне 1,5-тонного автомобиля, менее 2% энергии тратится на перемещение 75-килограммового водителя, вместе с его портфелем и обедом; остальные же 98% уходят на тепло и трение. Даже современный реактивный самолет имеет лучшую топливную эффективность в сравнении с автомобилем. Загруженный Airbus 340 расходует всего 3,4 л топлива на 100 километров при наборе крейсерской скорости в 950 км/ч.

Поезда являются одним из наиболее эффективным видов транспорта. Кольцевая линия городских электропоездов Яманотэ протяженностью 36 километров соединяет основные транспортные узлы Токио и перевозит порядка 3,5 миллионов пассажиров в день. В час пик 11-вагонный поезд ходит каждые 150 секунд. Удовлетворить такой объем пассажироперевозок было бы немыслимо с помощью частного автотранспорта городскими улицами.

Современные поезда порой становятся более удобными в сравнении с движением по автостраде. Построение эффективных систем общественного транспорта позволит значительно снизить нагрузку с дорожной сети городов, многие из которых были спроектированные еще до развития массового автомобильного транспорта. Использование железнодорожного транспорта также экономически обоснованно для перемещения грузов. Транспортировка 1 тонны потребляет всего лишь 0,65 литра топлива на 100 км.

Последнее обновление 2016-03-06

---

Контроль и защита аккумуляторов

 

Батарейный монитор	Защита от глубокого разряда	Батарейный балансир
контроль более 25 параметров, история и синхронизация	защита от низкого и высокого напряжения, возможность регулировки	для 12, 24, 36 и 48В систем, возможность параллельного подключения

---