16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/316/3019161.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 8 (316) апрель 2017 года

Быстрая энергия

Один из важнейших принципов электроэнергетики можно сформулировать так: производство должно в точности соответствовать потреблению, а потребление – производству.

t5.jpg



В «большой» энергетике с масштабными перепадами потребления бороться вроде бы научились – с помощью гидроаккумулирующих станций, хранилищ сжиженного воздуха и даже поднятых на холм составов с бетоном. Однако краткосрочные скачки или провалы мощности до сих пор представляют собой проблему. Схожая ситуация наблюдается и в подходах к проектированию техники, где до недавнего времени лишняя энергия просто выбрасывалась в воздух. Почему? Отсутствовали подходящие технологии ее накопления и хранения.



Универсальное решение

При торможении даже самый экологичный городской автобус бессмысленно теряет потраченную на разгон энергию – она просто уходит в атмосферу в виде тепла через нагрев колодок и дисков. Сохранить ее могут эффективные системы рекуперации электроэнергии, но привычные аккумуляторы для их создания не подходят – частые и короткие циклы перезарядки быстро выводят их из строя, да и достаточный ток в коротком по времени режиме торможения накопить они не могут. И здесь на помощь приходят суперконденсаторы.

Традиционные аккумуляторы (свинцово-кислотные, литий-ионные и т. д.) способны накопить относительно большое количество энергии, однако на заряд потребуется длительное время, да и отдать «быстро и много» они не в состоянии. Сравнить аккумулятор можно с бутылкой с узким горлышком – объем не маленький, но сразу всю жидкость не вылить. А вот суперконденсатор логичнее сравнивать со стаканом – он обладает сравнительно небольшим объемом, однако способен практически мгновенно отдать весь накопленный заряд и так же быстро его восполнить. К слову, и ресурс у этих устройств отличается: больше миллиона циклов у суперконденсатора и несколько тысяч у аккумуляторных батарей. Отдельный вопрос – работоспособность устройств при температурах ниже нуля: в отличие от аккумуляторных батарей, КПД суперконденсатора неизменен даже при –50° С.



А что в России?

До последнего времени современные суперконденсаторы в России не производились. Но уже в ближайшее время в городе Химки под Москвой откроет свое первое производство российский разработчик систем хранения и накопления энергии «ТЭЭМП». Предприятие позволит компании наладить выпуск суперконденсаторов и накопителей на их основе емкостью от 50 Ф до 3000 Ф – по собственной запатентованной технологии.

«Наша конструкция ячеек и модулей позволяет существенно снизить внутреннее сопротивление, уменьшить количество деталей, оптимизировать токовые и тепловые поля, а также добиться высокой надежности – модули продолжают работать после многократных испытаний на уровне токов коротких замыканий. Например, суперконденсатор емкостью 3000 фарад испытывался током до 32 тысяч ампер!» – рассказывает генеральный директор компании Сергей Курилов.

«Вдобавок мы унифицировали конструкцию суперконденсатора и литий-ионной батареи, что дает возможность наладить производство комбинированных накопителей, совмещающих высокие импульсные характеристики суперконденсатора и энергоемкость аккумуляторной батареи», – добавляет он.

В суперконденсаторах «ТЭЭМП» применяется многокомпонентный органический электролит – разработка НИТУ «МИСиС». Он расширяет диапазон рабочих температур устройства до –60° C, что позволяет применять модули компании в самых суровых климатических условиях. Несмотря на то что арктическое применение модулей «ТЭЭМП» – одно из перспективных направлений, уже сейчас ведется разработка электролита для жаркого климата. С ним суперконденсаторы будут эффективно работать при температурах вплоть до +85° С!

В 2017 г. планируется разработка нового электролита на основе ионогенных солей: он позволит повысить напряжение базовых ячеек более чем на 40 % —до 3,8 В.



Быстрее, сильнее, дешевле

Электрорекуперативные тормозные системы – наиболее очевидное применение суперконденсаторов. Здесь они широко применяются в составе различных решений для транспорта: пусковых систем для двигателя внутреннего сгорания, систем старт-стоп, а также в составе гибридных систем (HEV) – для рекуперации энергии торможения. В электротранспорте у таких устройств есть и другое применение: комбинированный накопитель энергии, объединяющий суперконденсаторный модуль и аккумуляторную батарею, гарантирует значительное снижение массы устройства и продлевает срок службы в полтора-два раза. Суперконденсаторы крайне востребованы и на железнодорожном транспорте в системах запуска двигателей локомотивов, сервисных транспортных средств и дизель-генераторов, рекуперации энергии торможения.

Суперконденсаторные модули способны обеспечить надежный запуск дизелей в условиях крайне низких температур – до минус 60° C. Текущие правила запрещают глушить маневровые локомотивы при температуре воздуха ниже +13° C, но с простыми и надежными пусковыми устройствами железнодорожникам больше не нужно будет держать их на холостом ходу. Это не только сократит выбросы парниковых газов, но и позволит снизить расход топлива маневровыми тепловозами до 43 %, что составляет около 15 % суммарного потребления железных дорог в год!

Традиционная проблема гражданской авиации: стартерный запуск газотурбинных двигателей самолетов, выполняющих короткие перелеты. Дело в том, что зарядка обычных аккумуляторов судна занимает не менее 50 минут. Если полет длится меньше, то самолет или вертолет в аэропорту прибытия просто не глушат – пока заряда не будет хватать для повторного пуска. Суперконденсаторные модули полностью заряжаются за 8 минут полета. Представьте, сколько топлива и средств может сэкономить такая система! Кроме того, заряда традиционных аккумуляторов хватает только на 1 попытку запуска, в то время как комбинированные решения обеспечивают гарантированный пуск при температурах до –60° C и продление срока службы батарей в 3,5 раза.

Не решается без суперконденсаторов и задача компенсации импульсной мощности в силовой электронике. Сегодня энергетические мощности загружены не более чем на 56 % из‑за того, что за основу потребления при расчетах принимается пиковая мощность нагрузки, которая иногда превышает номинальную в десятки раз. Выход из этой ситуации предлагают суперконденсаторы, которые позволяют обеспечить более чем пятидесятипроцентное снижение капитальных затрат при строительстве энергетических мощностей, а также возможность увеличения нагрузки, которая подключается к уже существующим мощностям. При этом суперконденсаторы способны эффективно работать без замены в течение 15 лет, а распространенные пока свинцово-кислотные батареи – только три года. Таким образом, выбор современной технологии уже в обозримом периоде приводит к существенной экономии средств.

Перечисленные выше решения – только часть задач, которые способны решить суперконденсаторы «ТЭЭМП». «Сегодня мы работаем над рядом новых применений наших систем накопления энергии – от гибридного транспорта до медицинской техники. При этом мы видим заинтересованность производителей в новых разработках и поэтому стремимся предложить им новые технологии, упакованные в готовый к применению продукт», – говорит руководитель компании Сергей Курилов.

Электроэнергетика, Аккумуляторы,

Быстрая энергияКод PHP" data-description="Один из важнейших принципов электроэнергетики можно сформулировать так: производство должно в точности соответствовать потреблению, а потребление – производству.<br /> " data-url="https://www.eprussia.ru/epr/316/3019161.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/iblock/4da/4dabded9b62d9f80cf566fb1353ee08b.jpg" >

Отправить на Email


Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.