Инженер
0,0
рейтинг
16 марта 2015 в 20:50

Гравитационные накопители энергии

В Tehachapi (Калифорния) есть странная железная дорога: когда дует ветер, вагончик въезжает в гору, а когда стихает — скатывается вниз.


Технология ARES служит для аккумулирования энергии от источников периодического действия — солнечных и ветряных электростанций.

Когда выработка энергии высока (ветер дует, солнце светит), вагоны с помощью электродвигателей заезжают в гору — накапливают потенциальную энергию. Если выработка энергии падает, а потребление растет (вечер — ветер стих, солнце скрылось), вагоны скатываются, двигатели при этом работают в режиме генератора и отдают электроэнергию в сеть.


Обычно для этих целей используют воду (см. ГАЭС), но в условиях Калифорнии это не очень удобно из-за дефицита воды.


Пишут, что эффективность системы составляет 86%. И добавляют, что у системы
— более низкая стоимость жизненного цикла, чем батарей;
— более быстрая реакция, чем у ГАЭС; да и вода не требуется, что актуально для засушливых районов.

Описанная пилотная горка построена рядом с парком ветрогенераторов.
Экспериментальная тележка (5670 кг, колея 381 мм):






В планах у компании постройка по соседству в Неваде системы с объемом запасаемой энергии 12,5 мегаватт-часов.


Планируется, что это будет однопутная дорога длиной 8 км с уклоном 6,6%. Для нее потребуется 17 сцепок, каждая из которых включает 2 локомотива массой по 220 тонн и 2 вагона с бетонными блоками массой по 150 тонн.

@22sobaki
карма
89,0
рейтинг 0,0
Инженер
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (136)

  • +75
    Странно, почему Арес. По принципу действия больше на Сизифа похоже.
    • +8
      :)
      Advanced Rail Energy Storage
    • +1
      У Сизифа труд был бесполезным, т.к. камень всегда скатывался к подножию горы. Есть даже такое понятие «Сизифов труд», тоесть, неблагодарная, бесполезная, никому не нужна работа. Тут же польза и выгода на лицо.
      • +5
        А точно ли он был совершенно бесполезным? Я думаю со временем камень тов. Сизифа должен был накатать неплохую такую дорожку на вершину горы :)
        • +4
          Скорее он должен был накатать на изначально ровном склоне кучу выбоин и ям…
  • +3
    С водой проще — она не изнашивается, если ремонтировать — то насосы. Плюс техобслуживание… Насколько окупит себя эта система будет ясно за более длительное время. Возможно цена на зеленую электроэнергию оправдывает сложности.
    • +3
      Зато пишут, что капитальные затраты составят 60% от стоимости ГАЭС такой же мощности.
      Как у всего — есть свои плюсы и минусы.
    • +2
      Так и тут бетонные блоки не изнашиваются. Кроме того, как я понимаю, эта система достаточно легко масштабируется.
  • +3
    А не проще ли поднимать/опускать груз? Высота большая не нужна, просто массу побольше.
    • +8
      Думаю, что при большем перемещении легче дозировать выдачу энергии и проще ее рекуперировать при торможении.
    • +4
      Для небольших перемещений большой массы нужно делать сложные редуктор/мультипликатор, который будет дорог и на котором будет теряться много мощности.
      • +12
        сложные редуктор/мультипликатор,


        image
        • +3
          Давайте сделаем то же самое, но с нагрузкой в несколько сотен тонн и посмотрим как это будет выглядеть
          • +14
            Как-то так?

            image

            Там было две гири по полторы тонны, до того как привод заменили на электрический. Гири висели они в 53-метровом колодце. Т.е гравитационный аккумулятор Биг-Бена имел запасал 440 ватт-часов. Если нужны «сотни тонн», конструкция неплохо масштабируется :)

            image

            • +4
              Вы просто король наглядности.
    • 0
      Груз сложнее удерживать в поднятом положении — те же тросы будут растягиваться со временем.
      • 0
        Ну не обязательно тросы, может гидравлику какую.
  • +1
    Инерционный аккумулятор Уфимцева выглядит по-лучше.

    • +6
      Маховики могут нивелировать быстрые скачки нагрузки, но для долговременного хранения энергии будут очень сложны и дороги.
      • –3
        Так поставить ферму таких аккумуляторов.
        Износ жд путей и состава будет поболее.
        • +5
          А зачем? ЖД пути успешно строят уже пару сотен лет и в этом преуспели. Комплектующие будут дешевле за счёт массовости производства.
        • +16
          Даже весьма значительный износ рельсов сказывается на надежности конструкции очень мало.
          А даже незначительный износ маховика ведет к тому, что он становится опасен в эксплуатации.
    • +3
      Очень устаревший тип. Кольцевые супермаховики эффективнее и проще и запасают больше энергии.
  • +4
    Лифт+тонна кирпичей+ардуино — и Тесла уходит с рынка со своими домашними аккумуляторами
    • +4
      Тонна кирпичей поднятая на 3 метра запасает 30 кДж потенциальной энергии (E = mgh). В ватт-часах это чуть больше восьми. Хватит чтобы питать одну энергосберегающую лампочку в течение часа :)
      • 0
        При этом неважно, что и куда поднимаем (это я про вагоны). То есть суть одна.
        Но, например 10 тонн на 20 метрах уже дадут запас в районе 500 кВт*ч. А конструкция совсем не сложная получится. Ну, мне так кажется…
        • +1
          500 кВт*ч


          Буква «к» тут явно лишняя. 20 метров это 7 этажей. Мы точно про вот эти аккумуляторы для частных домовладений говорим?

          image
          • +3
            Буква «к» тут явно лишняя.

            Да, верно. Тогда совсем мало.
  • +4
    Зачем уходит?
    Нормально заряжается
    www.youtube.com/watch?v=M0ANR-leiB8
  • 0
    Что-то немного не доходит: 5670 кг, ветер? как это они поднимают? или от аккумуляторов с прошлых зарядок и от ветрогенераторов поднимают в гору? А если к таким вагончикам парусы, «змей» приделать, по-моему при попутном ветре легче будет поднимать, либо быстрее спускать вниз? =)
    • +9
      Вырабатывают электроэнергию ветрогенераторы. Эта система используется для временного хранения энергии, грубо говоря — вместо аккумуляторов. Причем, за исключением потерей на преобразование которые учтены в КПД установки, может хранить энергию бесконечно долго. Аккумуляторы на такое точно не способны из-за саморазряда.
      Городить паруса нет никакого смысла — ветрогенераторы выполнят задачу извлечения энергии из ветра в разы эффективнее.
      • 0
        Городить паруса нет никакого смысла — ветрогенераторы выполнят задачу извлечения энергии из ветра в разы эффективнее.
        Можно сделать парусный корабль с электромотором и ветряком?
        • 0
          Дежавю
          image
        • 0
          Можно сделать парусный корабль с электромотором и ветряком?

          Если не ошибаюсь, Кусто ещё плавал на таком.

          Нагуглил: не плавал, а собирался плавать
          • 0
            этот плавал — Алсион
            • 0
              Ну точно, с двумя турбопарусами! У Калипсо II один планировался, судя по вики, а этот уже плавал.
  • +2
    Не могу найти в посте — сколько она энергии накапливает-то?
    • +1
      Умножьте массу на высоту подъёма и на 9,8 (g) — получите работу в джоулях, равную накопленной энергии. Да, ещё чтобы учесть кпд, надо умножить на 0,86.
      • 0
        0,86??? Я полагаю, что это КПД только электрических машин. А КПД механики? Он тоже порядка 0,85, так что 0,85*0,86 = 0,73. И вообще говоря, его можно оценить гораздо точнее, но на это надо немного времени
        • +2
          В статье указано, что 0,86 — это КПД всей системы.
          • –1
            И не приводится обоснования этой цифры
            • +3
              Согласен, остается только верить этой цифре. Но с другой стороны, при низком КПД пилотного проекта наверняка не стали бы планировать новый участок.
          • +3
            Надо ещё учитывать, что рекуперация не всегда возможна. Когда машина работает в режиме рекуперации, угловая скорость её вала выше скорости идеального холостого хода. Это означает, что напряжение сети должно быть меньше, чем напряжение на зажимах генератора. Напряжение сети плавает, в зависимости от подключенной нагрузки.

            Кроме того, тормозное усилие, развиваемое машиной при рекуперации ограничено сверху по условиям сцепления колеса и рельса и по максимально допустимому току тягового двигателя. Достаточно взглянуть на рекуперативную характеристику любого локомотива, чтобы увидеть сколько там ограничений.

            Всё это необходимо учитывать при расчете КПД. Поэтому цифра в 86% представляется мне сомнительной
            • 0
              Про рекуперацию — это представления начала прошлого века, когда электрические машины напрямую в сеть подключались. В наше время изобилие решений в области силовой электроники позволяет рекуперировать в сеть хоть торможение игрушечного паровозика. Всякие угловые скорости и напряжения не имеют значения — если есть энергия — её потоки можно направлять в нужную сторону в пределах значения эффективности (выше 80 процентов — типичное значение для современной силовой электроники).
              • 0
                Всякие угловые скорости и напряжения не имеют значения

                Такое смелое заявление необходимо аргументировать
                • 0
                  Ну повышающий преобразователь же поставить можно всегда? А значит, если мы можем получить рекуперацией хотя бы 1 вольт, то и 10 киловольт тоже получим — вопрос исключительно в том, как быстро выходное напряжение будет «просаживаться» с ростом тока и сколько тока максимально оно способно выдать в сеть.

                  Но если нам в сети не хватает совсем чуть-чуть мощности, то рекуперация на малой скорости с последующим повышением напряжения может оказаться куда лучшим выходом, чем просто потеря запасенной энергии впустую ради всего лишь выхода на оптимальный режим работы.
                  • 0
                    Ну чисто технически нижний порог есть, величин порядка одного вольта для работы преобразователя не хватит, величины чуть больше будут давать слишком низкую эффективность. Но уже начиная с десятка вольт можно работать.
                    вопрос исключительно в том, как быстро выходное напряжение будет «просаживаться» с ростом тока и сколько тока максимально оно способно выдать в сеть.

                    Лучше сформулировать немного по-другому — выходное напряжение всегда равно напряжению сети. Преобразователь следит за тем, чтобы ток потреблялся от генератора и выдавался в сеть, всегда, и никогда наоборот. Величина тока зависит от мощности отбираемой от генератора умноженной на эффективность преобразователя (порядка 90% типичные значения), а мощность, которую можно отобрать от генератора — от механической мощности на валу умноженной на КПД генератора.

                    Но если нам в сети не хватает совсем чуть-чуть мощности, то рекуперация на малой скорости с последующим повышением напряжения может оказаться куда лучшим выходом, чем просто потеря запасенной энергии впустую ради всего лишь выхода на оптимальный режим работы.

                    В современных энергетических системах это и есть основной режим работы. Электрические машины (двигатели и генераторы) не подключаются напрямую к сети, как это было 100 лет назад, и как себе это представляет товарищ выше. Вместо этого используются различные модули силовой электроники — это и повышающие/понижающие преобразователи, корректоры реактивной мощности, циклоконвертеры и пр. Режим работы их управляется электроникой в реальном времени. Типичная эффективность/КПД — около 90%.
                    • 0
                      >Электрические машины (двигатели и генераторы) не подключаются напрямую к сети, как это было 100 лет назад, и как себе это представляет товарищ выше.

                      Что-то сомневаюсь. Новые ветрогенераторы, и то не все, да, а так даже они используют прямое подключение с параллельным выпрямителем с применением машин двойного питания (DFIG). А прочие электрогенераторы напрямую подключены к сети, через трансформаторы, иначе не работает связка мощность-частота.
                    • 0
                      Электрические машины (двигатели и генераторы) не подключаются напрямую к сети, как это было 100 лет назад, и как себе это представляет товарищ выше.

                      Это шутка такая была?
                      В современных энергетических системах генераторы подключаются именно напрямую к сети. Чего ради может потребоваться вводить в конструкцию дополнительное устройство, которое будет стоить немалых денег, требовать периодического обслуживания, снижать общую надёжность системы и вносить свои потери?
                      Двигатели как подключались напрямую в сеть, так и подключаются.
                      Частотные преобразователи используются только там, где необходимо регулировать скорость. Даже софт-стартеры используются далеко не всегда.
                      корректоры реактивной мощности

                      С этим вариантов не так много. Батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы и управление возбуждением синхронных генераторов на станциях.
                • 0
                  угловая скорость её вала выше скорости идеального холостого хода

                  Это понятие применимо, только если генератор работает на сеть с неким напряжением. Тогда если напряжение холостого хода на данных оборотах превышает напряжение сети, то ток идёт в сеть, если нет, то наоборот (хотя даже в этом случае, напряжение холостого хода зависит не только от угловой скорости ротора, но ещё и, к примеру, от тока в обмотке возбуждения, который можно регулировать, что тоже делается для получения оптимального режима работы). При этом вы не имеете возможность регулировать отбор мощности (если не считать тока обмотки возбуждения). Но в случае, когда генератор работает на преобразователь (а для этой системы это очевидно для любого инженера-энергетика), напряжение «сети» для генератора может выглядеть сколь угодно малым. Он работает не на сеть, а, к примеру, на индуктивную нагрузку, производя высокочастотную накачку энергии магнитного поля в ней, которая дозированно выдаётся в сеть на выходе преобразователя.
      • 0
        При эксплуатации локомотивов оснащенных рекуперацией на ж/д считается хорошим результатом возврат 20% энергии обратно в сеть. Так что КПД таковой установки будет болтаться в таких же значениях
        • 0
          20% от чего? От электроэнергии, поступающей в сеть? Но это не КПД рекуперации.
          • 0
            от энергии, потребленной локомотивом в режиме тяги
            • 0
              На протяжении следования по всему маршруту? Или сравнивая, сколько электроэнергии локомотив потребляет на подъем по некоему участку с неким постоянным уклоном с тем, сколько он ее выработает при спуске в режиме рекуперации по тому же участку? Второе мне кажется более проблематичным при эксплуатации локомотивов в обычном режиме, только если организовывать специальные испытания.
              • 0
                Да, на протяжении следования по маршруту. Описанном цикле потери будут меньше, но всё равно требуют более обоснованной оценки
                • +1
                  Вот, в данной системе как раз такой цикл ведь и используется. При опубликовании результатов исследований, скорей всего был указан КПД, полученный опытным путем, расчетным я б сам не доверял.
                  Не так давно мне попадалась на глаза некая презентация накопителей кинетической энергии, предлагаемых для использования в метро, выполненных на основе маховика. КПД у них был указан до 97%. Такой цифре я не особо верю, но КПД в районе 80% мне кажется вполне реальным. Думаю такую же цифру вполне можно применить и к системе, описанной в статье.
          • 0
            нет, там тупо бралась потребленная поездом энергия, сравнивалась с тем что нагенерировали двигатели в процессе рекуперативного торможения. Естественно там куча потерь, на моменты когда поезд останавливается тормозами, нелинейное потребление зависящее от скорости разгона, негоризонтальность маршрута, ну и такие мелочи как освещение и вентиляция салонов, заправка воздухом тормозов.
        • +4
          У локомотива основная задача — доехать вовремя. Там торможение не рассчитано на максимальную рекуперацию. Здесь же цель другая, так что сравнивать напрямую нельзя.
        • –2
          У локомотива рекуперируется кинетическая энергия, а здесь понетциальная. Принцып запасания инергии совершено иной, хоть и механический
          • 0
            Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, которая преобразуется в электрическую. Принципиальной разницы нет.

            • 0
              Разница в том, что режим движения сильно предсказуем и можно заточить генератор на этот конкретный режим.
              • 0
                режим движения сильно предсказуем

                Предсказуем?

                Режим движения будет определяться, в том числе, тем электромагнитным моментом, который будет на валах ТЭД. А он зависит от напряжения сети, к которой подключен ТЭД. А напряжение этой сети определяется количеством и мощностью подключенных к ней потребителей.

                Напряжение сети накладывает жесткое ограничение на возможность рекуперации.

                Меня все-таки интересует какова же эта принципиальная разница между кинетической и потенциальной энергией о которой сказал предыдущий оратор, говоря что

                Принцып запасания инергии совершено иной
                • 0
                  Автор прав, вместо разгона тел используется перемещение тел против гравитационного поля. «Удержание» по-другому происходит. При рекуперации потенциальная энергия назад в кинетическую преобразуется — да.
                  • 0
                    У локомотива рекуперируется кинетическая энергия, а здесь понетциальная.

                    вместо разгона тел используется перемещение тел против гравитационного поля


                    Системе управления рекуперации безразлично по какой причине крутятся колеса. В приведенных утверждениях не усматриваю связи между способом запасания энергии и КПД при её выдаче обратно в сеть.

                    Я хочу сказать о том, что проблемы, присущие процессу управления рекуперацией энергии в электроприводе, не исчезают здесь, они остаются, и будут существенно влиять на эффективность подобного способа запасания энергии.
                    • 0
                      Некоторые — да. Части проблем, вероятно удастся избежать или смягчить так как ограничения по скорости торможения, и режиму движения намного мягче.
                    • +1
                      Дополняю. Ситуация.

                      Напряжение сети падает, принимается решение пускать поезд с горки. Поезд едет, пошла рекуперация.

                      Где-то в середине установившегося режима спуска ряд потребителей снижают мощность. Напряжение сети растет, сеть насыщена, рекуперация «срывается» — ток ТЭД равен нулю, тормозного момента нет. Чем будем останавливать поезд? Обыкновенными тормозами, расходуя запасенную энергию на трение или сжигая в реостатах. Потери? Потери. Причем потери существенные — скорость может быть высока, та часть потенциальной энергии, уже успевшая перейти в кинетическую тратится на сохранение остатка безвозвратно.

                      Можно ли не учитывать это при оценке эффективности данной установки?
                      • +1
                        Перекидываем ненужную в данный момент мощность на подъем другой тележки, которая стоит, не?
                        • 0
                          Перекидываем ненужную в данный момент мощность на подъем другой тележки, которая стоит, не?

                          Perpetum Mobile?

                          Нет. Слишком большая цепочка потерь получается.

                          Кроме того, электродинамическое торможение не предназначено для полной остановки — скорость асимптотически приближается к некоторому постоянному значению. Поэтому для полной остановки схема рекуперации разбирается и вводится в действие обычный, колодочный тормоз.
                          • +1
                            Зачем перпетуум-мобиле; с потерями, понятное дело.
                      • 0
                        Почему скорость высока? У него может быть максимальная 8км/ч (тогда система всю запасенную энергию отдает за час), тогда кинетическая энергия будет не так велика и томозить можно механически.
                        • 0
                          У него может быть максимальная 8км/ч


                          Нет уж. Коль скоро на спуске он идет применяя рекуперативное торможение, его максимальная скорость будет определятся уровнем напряжение в сети, в которую он отдает энергию. И чем выше этот уровень, тем выше будет установившаяся скорость.

                          А вот какой она будет это надо оценивать и прикидывать объем не возобновимых потерь, а не тыкать пальцем в небо.
                          • +1
                            В релизе авторы пишут, ЕМНИП, про среднюю скорость 24 км/ч, максимальную 34 км/ч.
                            • +1
                              Ну, хорошо.

                              Пусть v — установившаяся скорость движения на спуске, достигаемая за счет применения рекуперации. Тогда при механическом торможении теряем



                              запасенной энергии.

                              Далее, до достижения этой установившейся скорости (пока не станет эффективной рекуперация!), основная часть запасенной потенциальной энергии будет переходить в кинетическую — поезд трогается от нуля и разгоняется до v, то есть на разгон мы теряем часть запасенной энергии, сравнимую с T1. То есть общие потери за цикл «пуск в ход — остановка» составят



                              Изменение потенциальной энергии при перепаде высот h



                              Получаем долю потерь, которая не зависит от массы поезда



                              При уклоне в 6,6%, прохождение всего участка длиной 8 км/ч дает перепад высот равный 528 м. Доля потерь при скорости 34 км/ч действительно невысока — 1,7 %, что с учетом потерь в механике (КПД механики примем 0,85) даст КПД равный (1 — 0,017)*0,85 = 0,83, что согласуется с результатами, приведенными в статье.

                              Однако, потери будут тем выше, чем меньше перепад высот за один цикл выдачи энергии в сеть. А чем меньше перепад высот, тем менее достижима скорость при которой возможна эффективная рекуперация.

                              А кто сказал что поезд всегда будет проходить весь участок спуска?
                              • 0
                                Значит, выходом будет много-много легких поездов, проходящих участок спуска последовательно при необходимости?..
                                • 0
                                  выходом будет много-много легких поездов

                                  Доля потерь от массы не зависит, хотя приведенная оценка довольно грубая
                                  • 0
                                    В ситуации, когда единственный состав проедет половину пути — и его надо будет там остановить, можно отправить половину составов на весь путь. Больше путь — больше перепад высот — меньше относительные потери.

                                    При наличии аккумуляторов, способных запасать энергию в объеме, равном максимальной энергии, запасаемой одним составом — составы можно вообще эксплуатировать исключительно в самом оптимальном режиме. Отсюда и желание сделать их по-легче, но в больших количествах.
                                    • 0
                                      И в каждом режиме работы сети нужна будет своя схема включения этих «гравиляторов»? По-моему запасаться в аккумуляторах всё же технически проще
                                      • 0
                                        Если бы это было еще и дешевле — то схему с поездами никто бы не придумывал.
                                        • 0
                                          Если бы это было еще и дешевле — то схему с поездами никто бы не придумывал.


                                          Позволю себе не согласится с Вами, потому что:

                                          1. В статье нет цифр, связанных с оценкой экономической эффективности
                                          2. В металле нет ничего, кроме одно шеститонного экипажа, режим работы которого на сеть будет отличатся от реального.
                                          3. Локомотив с системой электрического торможения, а тем более рекуперативного это: сложная и достаточно точная механика, сложная и довольно дорогая преобразовательная техника, сложные и дорогие электрические машины, предназначенные для работы в двигательном и генераторном режиме. И сложная, многоуровневая система управления. Последовательная цепь сложных технических объектов, которая должна быть ещё и надёжной.


                                          Оспаривать преимущество этой системы надо с цифрами в руках. А изложенное в статье — это декларация о намерениях и не более того
                        • 0
                          Даже при Ваших 8 км/ч мы теряем, при механическом торможении, 2,5 кВт энергии на ОДНУ тонну массы состава. А если учитывать что конкретное значение установившейся скорости зависит от напряжения сети, а кинетическая энергия, вообще говоря пропорциональна КВАДРАТУ скорости — сами оценивайте невосполнимые потери
                          • 0
                            кВт — мощность, а не энергия. Энергия в кВт*ч.
                            Кинетическая энергия у нас (mv^2)/2. Берем (220+150)*2 тонны, 6,67 м/с (34 км/ч, максимально развиваемая скорость из спецификации). Получаем 16120000 Дж. Собственно эта энергия у нас и гасится торможением. Получается теряется 0.45 кВт*ч. Да, сейчас у меня не учтено изменение потенциальной энергии. Угол у нас небольшой (арктангенс 0,066 = 3,77 градуса, округлим до 4). При скорости 34 км/ч тормозной путь пассажирского поезда составляет примерно 150 м. Думаю данную цифру можно принять и в данном случае. Разница по высоте при этом составит около 10 м. mgh=72520000 Дж, или 20,14 кВт*ч. Итого на одно торможение теряется 20,6 кВт*ч. На мой взгляд не так уж и много.
                            Если я в чем-то ошибаюсь, буду только рад, если поправите :)
                            • 0
                              Я ошибся — 2,5 кДж на тонну

                              m*v^2/2 = 1000*(8/3.6)^2/2 = 2490 Дж на тонну массы

                              Ватты вместо джоулей написал

                            • 0
                              (арктангенс 0,066 = 3,77 градуса, округлим до 4)

                              Железнодорожный углон, по крайней мере в отечественной практике, арксинус — отношение перепада высот к длине пути
                              • 0
                                У нас всегда тангенс был, что во время учебы, что на практике. Вики подтверждает
                                Уклон в 8 ‰ означает, например, что, проехав 1 километр, состав поднимется на высоту 8 метров (тангенс угла подъёма при этом составляет 0,008, то есть собственно угол подъёма равен arctg 0,008 ≈ 0,46°
                                • 0
                                  Уклон в 8 ‰ означает, например, что, проехав 1 километр,

                                  Проехав один километр. Вы едете по гипотенузе или по прилежащему катету?
                                  • 0
                                    DEL
                                  • 0
                                    Я вспомнил в чем дело. Да, правильнее брать синус, но на столь малых углах sin~tan, что вполне допустимо для инженерных расчетов, поэтому мы и брали тангенс. Пересчитал с синусом. Получил 3.78 градуса. Картину это не меняет.
                                    • 0
                                      Ну, мы обсуждаем практическую сторону. Эквивалентность бесконечно малых здесь не к месту
                                      • 0
                                        Кроме того, тут не надо вычислять угол. Перепад высот равен длине пройденного пути умноженной на 0,066. У Вас уже есть готовый синус
                                        • 0
                                          А здесь согласен, наделал лишних действий, но тем не менее на верность расчетов это не сказывается.
                                      • 0
                                        Это как раз практическая сторона эксплуатации жд дорог. Как правило там очень малые углы. Даже при уклоне в 6,6%, как вы сами сказали весьма критическом для железнодорожников, данное допущение вполне применимо.
                                        • 0
                                          Практическая сторона расчетов заключается в том, что составляющая силы тяжести в проекции на линию пути равна mg*i/1000 — где i — величина уклона в тысячных.

                                          Зачем здесь заменять синус на тангенс? Всё и так дано

                                          данное допущение вполне применимо

                                          Зачем оно, это допущение?

                                          Вы конечно простите меня за занудство, но меня обескураживает факт ввода на ровном месте не нужного в данной конкретной ситуации допущения
                                • 0
                                  Кузьмич, Френкель. Теория локомотивной тяги


                                  Вики надо поправить.
                                  • 0
                                    И синус — он не с бухты-барахты, а потому, что при составлении уравнений движения проецируют силу тяжести на касательную ось

                            • 0
                              При скорости 34 км/ч тормозной путь пассажирского поезда составляет примерно 150 м.


                              При каком уклоне?

                              Есть книга П. Т. Гребенюка «Правила тяговых расчетов». Там есть номограммы длины тормозного пути в зависимости от начальной скорости и величины уклона.

                              Уклон в 6,6% (процента, не промилле. Сотые, а не тысячные) с точки зрения железнодорожника — кошмарный. На реальных дорогах уклон редко превышает 40 тысячных, то есть 0,4 %. А тормозные нормативы по пути приведены для нормированных величин уклонов
                              • 0
                                Я брал уклон в 0,1%. Вот здесь да, признаю свой недочет. Взял монограмму для узкоколейных дорог с уклоном 2,5. тормозной путь будет в районе 200. Увеличим до 500, думаю вполне достаточно будет. Проведем аналогичные расчеты, получим около 65 кВт*ч на торможение, что все еще на мой взгляд не очень много.
                                • 0
                                  номограмму*
                                • 0
                                  Выше я попробовал ввести интегральную оценку потерь при выдаче энергии в сеть. Потери невелики, но вопросы остаются.
                      • 0
                        я не очень уверен, что реализованно именно так, но может они не стремятся разогнать тележку, а позволяют ей ехать медленно и печально. При этом торможение практически не несет потерь, так как скорость небольшая
                        • 0
                          я не очень уверен, что реализованно именно так, но может они не стремятся разогнать тележку, а позволяют ей ехать медленно и печально.


                          Ещё раз:

                          1. Рекуперация возможна при определенной угловой скорости вала ТЭД — эта скорость должна быть выше
                            скорости идеального холостого хода, которая зависит от напряжения, подаваемого на двигатели от сети.
                          2. Рекуперация будет эффективна при скорости несколько выше скорости ИХХ


                          3. Медленно и печально не получится. Существует вполне определенная скорость, которая ДОЛЖНА быть достигнута

                          • 0
                            Скорость идеального холостого хода можно регулировать, преобразователем дозируя напряжение питания ТЭД, но эту скорость нельзя снизить до нуля.

                            Есть определенный предел, при котором рекуперация просто невозможна или не эффективна.

                            У электрической машины в конце концов есть номинальная частота вращения и ряд других параметров, при которых она работает с приемлемым КПД. Есть определенный режим, от которого пляшут.

                            Нельзя просто так взять, ехать медленно и печально, вырабатывая при этом электроэнергию
                            • 0
                              они не стремятся разогнать тележку

                              Они и не стремятся её разгонять. Она будет разгоняться под, превалирующим над другими силами, действием гравитации. До тех пор пока ТЭД, работающие в генераторном режиме не разовьют тормозной момент, достаточный для того чтобы скорость перестала расти
                      • 0
                        Трамвай начала прошлого века так и работал. Современные системы силовой электроники позволяют использовать рекуперацию почти до полной остановки. Неважно, какое напряжение выдаёт двигатель в режиме генератора при рекуперации (а им ведь можно и управлять, меняя ток в обмотке возбуждения, если она есть), и неважно какое напряжение в сети — преобразователь обеспечит постоянное потребление нужного тока от генератора и повышение выходного напряжения до уровня сети. Ваши представления сильно устарели.
            • 0
              — лобовое сопротивление воздуха на скоростях хотябы в 60 км в час
              — нелинейное потребление энергии при ускорении разгона. Чем это вызвано не знаю, возможно проскальзовние колес, или еще что, но разгоняться максимально быстро машинисты пригородных электричек избегали по такой причине
              • 0
                Тут весь принцип в запасании потенциальной энергии, а не кинетической. Важна масса и высота, на которую её подняли. А чтобы избежать лишних потерь по озвученными вами причинам, когда потенциальная энергия переходит в кинетическую перед преобразованием в электрическую, достаточно ограничить скорость до достаточно низких значений, что в этой системе и делается.
          • 0
            На выработку электроэнергии в предложенном способе расходуется именно КИНЕТИЧЕСКАЯ энергия, равная запасу потенциальной минус работа механических диссипативных сил, возникающих при движении

          • +1
            Принцып запасания инергии совершено иной

            Поясните, пожалуйста, разницу между потенциальной и кинетической энергией, как её понимаете Вы. А то процитированная реплика привела меня в небольшое замешательство
  • +9
    Да вот я тоже озадачился…
    E=mgh
    Планируется, что это будет однопутная дорога длиной 8 км с уклоном 6,6%. Для нее потребуется 17 сцепок, каждая из которых включает 2 локомотива массой по 220 тонн и 2 вагона с бетонными блоками массой по 150 тонн.

    Итого — масса = (220*2+2*150)*17=12580 T = 12580000кг
    Уклон у нас 6,6м/100м, для 8 км это 528м

    E=12580000*9.8*528=65093952000Дж = 18082 кВт*ч

    Например, в Калининградской области, Куликовская ветроэлектростанция имеет мощность 5,1 МВт (и это как-бы немного совсем, например одна турбина Красноярской ГЭС (не самой мощной, к слову) 500 МВт)

    Получается, что даже по меркам Куликовской ВЭС такого «аккумулятора» хватит на 3 с небольшим часа.
    Т.е. лепить паровозик на 13 килотонн чтобы одной зарядки хватало на 3 часа? (и это без учета КПД)… Да ну нафиг…

    Как-то это… Экологично. Нда. Фигачить сооружение длинной 8км, нехилой массой (а это насыпи, рельсы), потратить на него железа, на выплавку которого уйдет энергии — больше чем вся эта ВЭС за всю жизнь наработает… Медь опять-же не бесплатная (генераторы). Обслуживание…

    Имхо. Это все только на дотации жить может. Все эти «альтернативные источники» по факту потребляют ресурсов планеты больше, чем производят.
    • 0
      Ну так альтернатива химические аккумуляторы, что из этого экономически выгоднее и экологические большой вопрос
    • 0
      Как по мне, то очень даже не плохо. Таких колей паралельно можно ставить минимум 3-4 штуки, 8 км в каком-то поле это вообще ни о чем. Плюс эту же железку можно использовать для технических нужд — почти все время по ней можно ездить служебному транспорту, при наличии нескольких линий и стрелок. Ну и срок службы у нее огромный, не сравним с аккумуляторами, а по сравнению с гидроаккумулятором — значительно дешевле и проще. Ее вообще можно пускать между ветряками, тогда минусов практически нет.
      • 0
        Таких колей паралельно можно ставить минимум 3-4 штуки

        Так в том и прелесть, что не нужно параллелить. Захотел увеличить количество запасаемой энергии — добавил составов. Отстойники сверху и снизу, чтоб всё поместилось.
        • 0
          Не всё так просто. Синхронизация большого числа независимых генераторов со сложными характеристиками работающих на общую сеть — крайне нетривиальная задача…
          • +1
            Так я и говорю — не параллелить, один состав закончил — следующий пошёл.
            Любые такие генераторы нужно синхронизировать с промышленной сетью, все те ветряки — тоже.
        • +1
          Можно и так. Но две колеи и больше выглядят ИМХО удобней — насыпь одна, маршрут уже проложен, вся инфраструктура готова. Зато лучше отказоустойчивость и проще содержать (например, ремонтировать соседнюю колею). Плюс служебный транспорт сможет ездить. Вобщем, не вижу смысла ставить именно одну колею.
      • +3
        Заявлены локомотивы по 220 тонн, это как минимум 8 осей (при стандартных для США путях 30т/ось). Вагончики — 6 осей.
        И то и другое — очень приличная нагрузка (вообще, «нормальные» вагоны в районе 50-100т брутто).
        Плюс — токосъем (он нужен мощнее, чем для обычной дороги).
        Одно хорошо — в США полно пустынь, как раз где все это размещается. Там сухо, меньше проблем с коррозией. Зато полно проблем с абразивным износом.

        К слову, видео в статье не соответствует ни описания «перспективного» проекта, ни существующей «демо-версии». Т.к. на видео явно мотор-вагоны, массой около 150т (6 осей). Никаких локомотивов не просматривается.

        Демо-версия же куда как легче. 5т это не 150 и не 220… Думаю, проблемы масштабирования точно будут.

        Кстати, видео описывает решение скорее проблемы регулирования мощности, нежели запасания. Вот это уже выглядит более реалистично. Т.к. проблема регулирования стоит очень остро как для ветряков так и для солнечных станций.
        • 0
          Расчеты в обычной ЖД делаются исходя из скоростей вплоть до 100км/ч и из того, что одновременно сцеплены вместе десятки вагонов.
          Вагоны же в этой схеме здесь будут двигаться как «черепашки», исходя из увиденного. Плюс эта схема удобна тем, что можно увеличить мощность выработки подключая вагон за вагоном постепенно и так же останавливая их один за другим или все вместе.
          И данное решение больше призвано уравновешивать пики производства и потребления, что для альтернативной энергетики очень важно.
          Всё-таки для ночного потребления сильно много энергии не напасешь и используют для этого уголь мазут и другие привычные виды топлива для электростанций.
          Ждём конечно же реальных данных плюс в горной местности эксплуатация ЖД действительно это затратно. Необходимо постоянно обслуживать, чтобы размытия не было. А так же в процессе строительства необходимо сделать и хороший дренаж и насыпь повыше и обезопасить тех людей, которые будут жить ниже такого «фуникулера», чтобы он не улетал вниз как когда-то в Киеве.
      • 0
        Вряд ли её можно использовать для транспортных нужд. Весь смысл в том, что она на склоне делается. Постоянно ездить в горку/с горки — сомнительная польза.
    • 0
      Вы путаете назначение. У этой системы нет задачи самой кого-то питать (хотя даже в этом плане 3 часа для каких-то вагончиков — очень неплохо). Её назначение сглаживать колебания в энергопотреблении от ветроэлектростанции, к которой она подключена.
  • +1
    >но в условиях Калифорнии это не очень удобно из-за дефицита воды.
    Наоборот, запас.
    • 0
      Ее там просто не из чего запасать. Да и возможно негде по тем же экологическим соображениям.
      • 0
        Неужто привезти несколько тысяч тонн воды — такая уж проблема? Там ведь люди живут и от жажды не страдают.

        Насчёт «негде» тоже непонятно, в чём вред для экологии?
        • +1
          да привезти то раз плюнуть, а что потом с испарением делать? или предлагаещь запаять тысячу кубометров воды в большом баке и второй такой же внизу?
          • 0
            Подумалось, что вместо воды можно гонять туда-сюда песок.
            • +1
              Трение слишком большое — КПД меньше и ёмкости будут быстро изнашиваться. Да и качать его нечем.
        • +1
          Есть сложившаяся экосистема. Сухой климат, ящерицы какие-то или перекати-поле. Все это дело затапливаем, возможно уничтожая какой-то локальный вид. Территория вокруг становиться, в зависимости от грунтов, или болотистой или же с повышенной влажностью, что опять влияет на проживающих там животных и людей.

          Водохранилище в ноль не сливается, значит всегда будет стоять вода, а под ней — грязь накапливаться. Причем убрать его так просто не выйдет. Практически любое водохранилище — удар по экологической системе в месте его создания.
  • 0
    Мсье знает толк!
  • 0
    Сколько уже способов запасения энергии напридумывали:
    — тот, что в статье
    — гидроаккумуляторные станции (закачивать воду на высоту)
    — закачивать воздух под воду в эластичные емкости на глубину (в море или в океане)
    Но на практике пока что-то очень слабо их используют.
    • +1
      >— гидроаккумуляторные станции (закачивать воду на высоту)
      >Но на практике пока что-то очень слабо их используют.

      68 ГВт установленной, где-то 25 ГВт строиться. en.wikipedia.org/wiki/List_of_pumped-storage_hydroelectric_power_stations

      Существующие — около 1,5% от всей мощности мировой. Как для покрытия пиков вполне нормальная цифра.
      • 0
        Список хороший, но неполный. Отсутствует Загорская ГАЭС-2, например.
        • 0
          Тут станции от 1000 МВт, Загорская ГАЭС-2 будет всего 840. Разве что потом, когда заработает, добавить к первой.

          Ясное дело, что еще куча станций меньшей мощности, их там еще на десяток ГВт будет.
          • 0
            Хм, я был уверен, что ГАЭС-2 будет 1050 МВт. Но на www.zagaes2.rushydro.ru/pshpp/general/ пишут, что 840. Так что да, был не прав.
  • 0
    Мне как то показался слишком сложным подобный способ запасать энергию. А не дешевле ли будет скажем маховик раскручивать или газ в ёмкость закачивать?
    А если пофантазировать — можно сделать дом на платформе. Представляете днём он поднимается вверх, а ночью оседает и возвращается к земле.
    • 0
      С раскрученным маховиком экспериментировали на транспорте в середине века — есть серьезный побочный эффект гироскопа. Повернуть очень тяжело. И энергии трехтонного маховика хватало до следующей остановки автобуса — метров 300-500. Плюс вопросы безопасности — если такая штука разрушится, мало не будет — маховик разорвать может, сорвать с оси.
      • 0
        Полностью в Вами согласен — для движущихся систем он совершенно не подходит, но в данном то случае речь идёт о стационарных! Сегодняшние подшипники и вакуумные технологии могут разогнать маховик до невиданных скоростей. Если он будет хорошо сбалансирован можно вообще без подшипников обойтись. Сейчас вон даже вентиляторы делают на «магнитной подушке».
        • 0
          Судя по всему наилучшее решение — дешевое решение. Маховик надо считать по стоимости постройки, обслуживания, ремонта. С тележками проще — сломалось — снял с рельс, поставил другую. Никакого простоя.
    • 0
      Современные маховики на магнитных подшипниках представлены на американском рынке в ассортименте, по скорости отклика и КПД их вообще не представляю чем можно превзойти. Возможно, в данном случае решили немного сэкономить, или, более вероятно, сделать что-то своё. Пойти и купить — это скучно. А тут — такие-то паровозики!

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.