Miten paljon enemmän menetetään energian talteenoton hyötysyhteesta, jos energiaa ei varastoidakkaan akkuun.
Järven rannan läheisyyteen voitaisiin tehdä jonkinlainen tekojärvi. Sitten vain yksinkertaisesti pumpattaisiin tuulivoiman avulla vettä tekojärveen ja laskettaisiin sitten vesivoimalan kautta takaisin järveen samalla kehittäen sähköä. Vai olisiko tällä konstilla sähköenergian varastointi parempi hyötysyhteeltaan.
Hintakysymys onkin sitten jo taas ihan erijuttu.
Järven rannan läheisyyteen voitaisiin tehdä jonkinlainen tekojärvi. Sitten vain yksinkertaisesti pumpattaisiin tuulivoiman avulla vettä tekojärveen ja laskettaisiin sitten vesivoimalan kautta takaisin järveen samalla kehittäen sähköä. Vai olisiko tällä konstilla sähköenergian varastointi parempi hyötysyhteeltaan.
Hintakysymys onkin sitten jo taas ihan erijuttu.
Vastaukset 18
Vanhimmat
Ei+ole+parempi+hyötysuhteeltaan.+Valtavassa+mittakaavassa+päästään+70-80%+hyötysuhteeseen+pumppuvoimalaitoksissa.+Pienessä+mittakaavassa+(erityisesti+vaatimaton+korkeusero)+hyötysuhde+jää+paljon+huonommaksi.+Tavallisella+lyijyakulla+pääsee+yli+80%+hyötysuhteeseen,+tosin+sen+ongelmana+on+huono+hyötysuhde+akun+ollessa+lähes+täysi+ja+huono+kestävyys,+jos+ei+ole+täysi.
Myöskin ilmeisesti olisi mahdollista rakentaa maan pinnalla vallitsevaa painovoimaa hyväksi käyttävä energian varastointilaite.
Tuulivoiman avulla siis mekaanisesti nostettaisiin tietynsuuruista painoa tietyn matkan verran ylös päin. Sitten vain generaattori toimisi jarruna alaspäin laskiessa ja jarrutusvoimalla kehittyisi silloin sähkövirtaa.
Hyötysuhde vertailu verrattuna akkuun varastointiin, tälläkin konstilla olisi mielenkiintoista tietää.
Kokeilemallahan senkin voi pienimuotoisesti testata.
Kannattaa ensin hiukan laskea millaisista painoista tai matkoista on kyse. Vaikkapa 200 Ah 12 V akussa on energiaa 8,64 MJ, joka vastaa 880 tonnin painon nostamista 1 m korkeuteen tai 88 tonnin nostamista 10 m korkeuteen. Molemmat kuulostavat erittäin epäkäytönnöllisiltä ja kalliilta toteuttaa verrattuna siihen muutaman satasen akkuun.
Vettä siirtämällä on helpompi päästä suuriin massoihin, mutta on tuo 88 tonnia jo kohtuu ison kotiuima-altaan verran ja 10 m on aika suuri nostokorkeus.
Luonnon kivi painaa n.1,5tonnia/kuutiometri.
Silloin 88 tonnia vastaisi 58,66 kuutiometriä kiveä.
Tuntuu uskomattomalta se, että yhden akun virralla pystyttäisiin nostamaan liki 60x60x60m:n suuruinen kallio 10m:n korkeuteen.
Taitaisi akusta loppua virta jo heti alkuunsa?
Mikä tuo 60x60x60 m kallio on? Siis kuutio, jonka sivut ovat 60 m? Sen paino olisi yli 300 000 tonnia. 4x4x4 m kuutio on jo 64 m3 eli painaa enemmän kuin tuo 88 tonnia.
Korjaan siis hätäistä arviolaskelmaani vähän.
3,9x3,9x3,9=59,319 kuutiometriä = 88978,5 kg/kiveä
On siinä siltikin moisen kallion lohkareen nostamisessa 10 metrin korkeuteen kova homma.
Aika kauan saa siis akku tehdä töitä, vaikka nostaisi vain kilon painoisia kiviä kerrallaan 10m ylöspäin. Noin 88000 kilon painoista kiveä siis.
Jotenkin tuntuisi, että ei laskelmat siltikään täsmää totuuden kanssa.
Paremman käsityksen vielä saa ko. akun yhden latauksen tehosta- / työkyky mittasuhteesta, kun vertaa 100 kiloisten ihmisten nostamisesta 10 m suoraan ylös päin. Vastaa siis n. 889:n ihmisen nostamista 10m.
(Lähemmäs 1000 ihmistä vuoren päälle.)
Jatkan vielä ajatusmallin kehitystä.
Voisi ajatella ensin 100 Ah:n akun korvaajan kehittämistä.
Edellisten laskelmien perusteella tarvitaan siis 5m:n nostokorkeus.
Luonnosta löytyy kiviä ilmaiseksikin.
Teräksestä voisi tehdä helposti riittävän vahvaa kuljetin ketjua, jos ei halua ostaa valmiita. Kuljetinketjupörätkin voi lekkauttaa plasmaleikkurilla teräksestä, tai ostaa valmiita. jned.
Hammasvaihteet tarvitaan tuulimyllyn akselin ja generaattorin välille. Voisi tehdä esim. 4kpl. nostettavia painon nosto yksiköitä.
Yhden painon koko olisi silloin vain 15 kuutiometriä kiveä / petonia. = 22,5 t painoinen.
Pienemmilläkin laitteilla pääsisi jo alkuun.
Ihan mielenkiinnosta tarkistin noita laskelmia, ja näyttäisivät olevan oikein.
MUTTA: mikä on totuus tuon akun todellisista kyvyistä ?
Jos lähtötilanne on se, että on 200 Ah 12 V akku tai vaikkapa 4 kpl 50 Ah 12 V akkua, täyteen ladattuna.
Oletetaan, että kaiken energian saa kyllä käyttää, mutta akun pitkäikäisyyttä ei saa vaarantaa (eli akkua ei saa purkaa/kuormittaa tavalla, joka aiheuttaa akun nopean päätymisen jätehuollon / materiaalikierrätyksen piiriin), niin
1) kuinka suuren osuuden tuosta akun kokonaisenergiasisällöstä voi oikeasti käyttää, jotta voidaan olettaa akun kestävän pitkään?
2) millaisella teholla tuota akkua saa purkaa, samoin jotta akku pysyisi pitkäikäisenä?
Oletetaan, että jos tulee sähkökatkos, akkua käytetään jonkin koneen varavoimana, ja akku kytketään latautumaan, kun verkkosähkö on jälleen käytettävissä. Sähkökatkon pituutta voi olla vaikea ennakoida, kun katkon pituus riippuu olennaisesti sen syystä. Jos syynä on muuntamossa itsemurhan tehnyt orava, katkos voi kestää 2-3 minuuttia. Mutta jos esim. myrskysää kaataa puita sähkölinjalle, joka vaurioituu puiden painosta, tällainen katkos voi kestää useita päiviä varsinkin, jos vahinkoja tapahtuu useissa paikoissa samanaikaisesti.
Eli jos arvioidaan pahimman tilanteen mukaan:
1) tulee sähkökatkos
2) akkua käytetään sen turvalliseen käyttömaksimiin saakka (määrätty prosentti energiasisällöstä, paljonko tämä on ?)
3) kun akun varaustila saavuttaa hälytysrajan, laitteen voimansyöttö katkaistaan.
4) katkoksen korjaustyön oletetaan kestävän kuukauden. Onko Suomessa viimeisen 100 vuoden aikana ollut sellaista luonnonvoimien aiheuttamaa sähkökatkosta, joka olisi kestänyt yli kuukauden ?
5) kun sähköt lopulta palautuvat, latausautomatiikka kytkee akun latautumaan verkkovirrasta otetulla energialla.
Siis yksi paino = 15 m3 kiveä = 2,5m x 2,5m x 2,5m = 22,5 tonnia.
Rakennuksilla torninosturit nostanevat ehkä max 15 t:n kuormia varmaan 60 metrinkin korkeuteen.
Vertailun vuoksi olisi mielenkiintoista tietää myöskin se, että mikä olisi aika- ja tarvittava RPM-/vääntömomentti esim. 500W:n laturin ladatessa tyhjän 100 Ah:n akun täyteen.
Tästä voisi sitten ruveta laskemaan, että miten suuren painon ja pudotus matkan, että se vastaisi ko akun täyteen lataukseen.
Meniköhän nyt liian työlääksi laskettavaksi, vai löytyisikö avuksi valmiita laskureita-/ laskukaavoja?
Kaiveltuani vanhoja oppikirjoja, löysin joitakin vanhoja laskukaavoja työn ja tehon laskentaan. (nykyiset yksiköt lienee jo vähän erilaisia)
Suureiden kirjaintunnukset: W=työ F=voima s=matka
Työn laskukaava: W= F x s
Voiman tavallisin yksikkö =1 kp ja matkan=1 m. (kp=kilopondi)
Kun kappale siirretään 1m:n matka vastustavan voiman ollessa 1 kp.
Tätä työtä nimitetään kilopondimetriksi (kpm).
Otettaessa laskuihin mukaan myöskin aika, jossa työ suoritetaan, saadaan lasketuksi myöskin teho-niminen suure (P), jolla tarkoitetaan aikayksikössä suoritettua työtä.
Yhdessä sekunnissa tehty 1 kpm:n työ vastaa tehoa 1(kpm/s)
Tehon laskukaava: P=W/t (jossa t=aika)
Tehoa ilmoitetaan myöskin hevosvoimissa ja nykyään yleisimmin myöskin kilovateissa. Niihin löytyy sitten vielä omat lakukaavansa.
Vääntömomentin pystyy laskemaan tällä laskurilla.
Tarvitaan tietää vain RPM ja teho (kW)
http://maenpaa.arkku.net/it/laskenta/vaantomomentti.php
Vääntömomentin yksikkönä näyttäisi nykyään olevan (Newtonmetri Nm)
kilopondimetri (kgm · 9,81 = Nm)
Elikkä vanha yksikkö kgm oli ilmeisesti yhtä kuin, että metrin pituisen varren päästä väännettäisiin 1 kg:n voimalla.
http://www.autowiki.fi/index.php/Newtonmetri
Näitten kaavojen ja latausgeneraattoreiden vääntömomenttiarvojen perusteella pystynee laskemaan esim. sen, kuinka iso vääntövoima kilogrammoissa täytyy olla metrin pituisen varren päässä, että se riittää pyörittämään generaattorin akselia.
Tästä saadaan myöskin selville, että kuinka iso paino pitää olla sähkövirran kehittämiseen ko. generaattorilla. Tietenkin täytyy myöskin huomioida laskuissa mahdolliset välityssuhteet esim. vaihteet, väkipyörät jned.
Jonkun verran siis täytyy asiaan perehtyä, jos meinaa etukäteen tehdä edes suurinpiirtein totuudenmukaiset laskelmat.
Kokeilemalla saa tietenkin myös selville paljon. On sitten valintakysymys kumpaa tietä haluaa käyttää, jos haluaa saada selvyyttä asiaan.
Sen verran jäi tämäkin asia kuitenkin kaivelemaan, että täytyy kehitellä ihan oma taulukkolaskentaohjelma näitten asioiden ratkaisemiseksi ihan lskemallakin.
Kun nyt tämä asia on näköjään ollut sen verran erikoinen, että juuri sellaista laskentaohjelmaa, jota itse tartteisi ei varmaankaan valmiina löydy mistään.
Sähkö on pitkälle jalostunut energiamuoto. Sen varastointi on arvokasta toistaiseksi. Kemiallinen varastiointi näyttää paranevan kokoajan vaikka lyijy näyttääkin toistaiseksi kustannus tehoikkain. Laskureita voi tehdä itse exelillä tai muillakin taulukkolaskentaohjelmilla.
Enegian käyttötavat ja kohteet voisivat olla ne joissa varastointi muoto miettimisen kohde. Lämpö on kumminkin monesti se loppu käyttö ja silloin varastointi sähkönä tuntuu turhalta. Pelkkää lämpöä ei tosin saa jalostettua sähköksi.
Sähköä voi varastoida kemiallisesti pieniin kuluttajiin suurten ollessa muilla energia lähteillä. Liesikin voi toimia fossiilisella polttoaineella jos on ihastunut sähkön helppouteen ja puitten kanssa söhrääminen ei kiinnosta. No kaasutoimiset kännykät kolkuttavat jo tuossa "nurkan takana" ja on ajan kysymys milloin ne saadaan käyttöön. Kokoluokkakin voi kasvaa "kaasutoimiseen mikroaaltouuniin".;)
Hyvä pointti: Lämmön varastointi sähkönä, nimittäin on lähes järjetöntä. Kun sähköä muutetaan lämmöksi tarkoittaa se käytännössä sitä, että elektroneilla tökitään atomeita värisemään vinhempaan - tämä sitten aistitaan lämpönä. Pienin atomi on vety ja siinä on 1 protoni ja atomimassa 1u. Muistelisin että elektronin massa olisi n. 1/1000 tästä. Eli elektronille onkin melko raskasta tökkiä atomia liikkeelle. Toisaalta atomeja ei voi siirtää johtoa pitkin. Ongelma on tosiaankin se varastointi, koska elektroneja on helppo kyllä generoida vaikka vesivoimalassa isojakin määriä.