Аннотация. Бұл мақалада біз фармацевтикалық зауыттарға қажетті балама электр тоқ көздерімен қамтамасыз етуді қарастырамыз. Осы жерде біз маховиктік энергия жинақтаушы арқылы тоқ көзін ұсынамыз. Сол тоқ көздерін электр тоғын жинақтаушы арқылы, өндірістік зауттарды электр тогымен қамтамасыз ету және де цехтарда немесе өзге өндіріс ошағында төтенше жағдай болған кезде қордағы тоқ көздерін пайдалануға болады.
Кілт сөздер: супермохавик, балама тоқ көздері, өндірістік масштабындағы электр тоғын жинақтаушы, фармацевтік өндіріс зауты, трансформаторлық қосалқы станция.
Тақырыптың өзектілігі. Қазіргі уақытта ғалымдар Орта Азияда болашақта электр тапшылығының орын алатынын айтып дабыл қағып жатыр. Оған себеп күннің жылыну процесіне байланысты өзендер мен сарықырамалардың тежелуі және де басқа да табиғи аппаттардың орын алуы. Соның ішінде Қазақстан аумағындада электр тапшылығы айтарлықтай орын алады. Егер өндірістік зауттарға, әсіресе биотехнологиялық өндірістерге және фармацевттің кәсіпорындарға, электр энергиясы тұрақты жеткізілмесе, өндіріс тоқтап компания айтарлықтай шығынға ұшырайды. Ол тапсырысты уақытында орындамау, қоймалардағы дәрі-дәрмек пен қоспаларды мемлекттік стандарттарға сай сақтауға қолайсыз болады. Яғни біздің мақсатымыз балама тоқ көзін өндіру арқылы өндіріс зауыттарындағы үздіксіз жұмысты қамтамсыз ету және орталық желіге артылған тоқты сату арқылы қосымша табыс табу. Болашақта орталық тоқ желісінен тәуелсіз болып, өзімізге қажетті электр энергиясын 100% балама тоқ көздерінен қамтамасыз ету көзделеді.
Супермаховик – энергияны сақтауға арналған кинетикалық маховиктері бар энергия сақтау құрылғыларында қолданылатын маховиктің түрі. Кәдімгі маховиктер мен салыстырғанда кинетикалық энергияны көбірек сақтауға қабілетті және қолдануға қауіпсіз.
Заманауи супер маховик - бұл болаттың, пластик таспаның, шыны талшықты немесе көміртекті композиттік материалдардың жұқа бұрылыстары сияқты әртүрлі күшті және икемді материалдарды орау арқылы арнайы орталықтың - хабтың айналасында оралатын дене. Бұл дизайны жоғары қуат тұтынуды және жұмыс сенімділігін қамтамасыз етеді.
Мұндай супермаховик бұзылған кезде ол кәдімгі маховик сияқты үлкен фрагменттерге шашырап кетпейді, бірақ жартылай бұзылады; сонымен бірге таспаның үзілген бөліктері корпустың ішкі бетіне үйкеліс әсерінен супермаховикті тежейді және одан әрі бұзылуды болдырмайды. Бірақ ішінара жойылады; сонымен бірге таспаның бөлінген бөліктері супермаховикті корпустың ішкі бетіне үйкеліс арқылы тежейді және одан әрі жойылуға жол бермейді. Графен таспасынан жасалған супермаховик бір килограмм салмаққа 1200 Вт·сағ (4,4 МДж) дейін сақтауға қабілетті
Маховиктің кинетикалық энергия қорының бөлігі ретінде супер маховик қозғалтқыш генераторымен жұмыс істейді. Желіге қосылған кезде генератор қозғалтқышы супермаховикті айналдырады, ал жүктеме қосылған кезде ол баяулайды. Бұл түрлендірудің тиімділігі 98% жетеді. Үйкеліс шығынын азайту үшін супермаховик вакуумдалған корпусқа орналастырылады.
Буферлік құрылғылар ретінде маховиктер неолит дәуірінде, мысалы, қыш дөңгелегінің құрылғысында қолданыла бастады. ХХ ғасырда маховик энергияны едәуір уақытқа сақтауға мүмкіндік беретін бірқатар құрылымдық өзгерістерге ұшырады. Мысалы, 1950 жылдары вакуумдалған шыбындар эксперименттік қоғамдық көлікте қолданылды, атап айтқанда гироскоптар сыналды.
1964 жылы кеңес инженері Н. В. Гулиа супермаховиктің алғашқы дизайнына авторлық құқықты жариялады .
Супермаховик- біріктірілген беріктігі, қауіпсіздігі кезінде қирамауы, жоғары ПӘК және ақылға қонымды баға. Супермаховиктердің кемшілігі-айналмалы шыбынның үлкен импульсіне байланысты және маховиктің айналу осі бағытының өзгеруіне жол бермейтін гироскопиялық әсер. Бұл жағымсыз әсерді болдырмау үшін, Ұшқыштарды көлік құралдарында энергия сақтау құралы ретінде қолданған кезде, сіз гимбалды вариаторға қолдана аласыз, бірақ бұл дизайнды едәуір қиындатады.
Бастапқыда Н. В. Гулиа супермаховикті автомобильдер үшін энергия сақтау құралы ретінде қолдануды жоспарлады және тіпті осындай көліктің бірнеше үлгілерін жасады .
Қазіргі уақытта супермаховиктерге негізделген Энергия сақтау құрылғылары басқа салаларда сәтті қолданылады. 1997 жылы АҚШ-та құрылған Beacon Power компаниясы өнеркәсіптік энергия желілерінде қолдану үшін ірі стационарлық супермаховиктер сериясын жасау арқылы айтарлықтай қадам жасады.
Beacon Power өндірісінің супермаховиктері моделіне байланысты Энергияны 6 және 25 кВт⋅сағ сақтауға және тиісінше 2 және 200 кВт қуат беруге қабілетті.
Американдық компания оларды жергілікті компанияларға сатады, сонымен қатар "жиілікті реттеу"қызметін ұсынады. Қуаты 20 МВт супермаховиктерде реттеуші электр станциясының құрылысы 2009 жылдың соңында басталды . АҚШ-тың энергетикалық жүйесі көптеген жергілікті энергия жеткізушілері мен ашық энергия нарығы жағдайында болғандықтан, қуатты реттеу қажеттілігі компания шешуге үміттенетін көптеген проблемаларды тудырады: тұтыну төмендеген кезде "артық" энергияны сақтау; тұтыну шыңдары кезінде кемшіліктерді толтыру; ток жиілігін реттеу. Алайда, көміртекті талшықтан оралған супермаховиктер өте сенімсіз болып шықты, олар кенеттен жоғары қуаттың "жарылғыш әсерімен", тіпті жұмыс жиілігінде де жарылды .
Н. В.Гулияның ғылыми жетекшілігімен KEST компаниясы беріктігі жоғары болат таспадан жасалған супермаховиктер негізінде кинетикалық энергияның стационарлық жинақтауыштарының өз нұсқасын жасады. Осындай бір жинақтаушы энергияны 20 кВт⋅сағ дейін сақтауға және 1000 кВт дейінгі қуатты қамтамасыз етуге қабілетті. Ресей нарығында бірнеше осындай дискілердің кластері қымбат және көлемді гидравликалық жинақтағыш электр станцияларын алмастыра отырып, бүкіл аймақтың электр жүктемесінің күнделікті гетерогенділігін теңестіруді қамтамасыз ете алады .
Супермаховик қоректенетін автомобильдер кең таралмағанына қарамастан, көлік супермаховиктерді қолданудың ең тартымды салаларының бірі болып қала береді. Атап айтқанда, әңгіме теміржол көлігі туралы болып отыр. Жолаушылар мен жүк құрамын тежеу кезінде үлкен энергия жұмсалады. Құрамы бар бір электр желісіне қосылған Супермаховик тежеу энергиясын ұстап, сақтай алады, содан кейін оны құрамды жеделдету үшін желіге шығарады. Осылайша" сақталған " энергия тұтынуды 30% және одан да көп төмендетуге мүмкіндік береді .
Сондай-ақ, вакуумдық супермаховикті магниттік электр энергиясының көзі ретінде пайдалану перспективалы болып табылады
Ал американың Пенсильвания штатында сақталатын энергияның жалпы қуаты 40 мВт құрайды. Нысанда салмағы 2 тоннаға жуық, саны 200 дана "шағын" супермаховиктер орнатылған, олардың әрқайсысы 0,2 мВт/сағ дейін электр энергиясын сақтай алады.
Н.В.Гулияның ғылыми жетекшілігімен Kinetic Power компаниясы супермаховик негізінде кинетикалық энергияның стационарлық жинақтауыштарының өз нұсқасын жасады. Бір жинақтаушы 100 кВт⋅сағ дейін энергияны сақтай алады және 300 кВт дейінгі қуатты қамтамасыз етеді. Мұндай супермаховик жүйесі бүкіл аймақтың электр жүктемесінің күнделікті гетерогенділігін теңестіруді қамтамасыз ете алады. Осылайша сіз өте қымбат аккумуляторлық электр станцияларынан толығымен бас тарта аласыз.
Біз электр энергиясын сақтаудың мынадай жобасын ұсынамыз.
5 мВт/сағ электр энергиясын сақтайтын 2 жинақтау станциясымен жұмыс жасайтын әрқайсысында 5 супермаховик орнатылған, салмағы 3 тонна, минутына 18000 айналу жылдамдығын беретін осы құрылғыны ұсынамыз.
7 1
Супермаховик энергия қоймасы — механикалық энергияны сақтау құралы, онда энергия айналмалы шыбынның кинетикалық энергиясы түрінде сақталады немесе оның перспективалық орындалуы супермаховик болып табылады және механикалық айналу энергиясы түрінде шығарылады. Осылайша, энергия түрі оны түрлендірусіз сақтайды, бұл энергия жинақтаушыларға қойылатын ажырамас талап болып табылады.
Супермаховик энергия дискілерінің қосалқы жүйелері: корпус (атмосфералық немесе вакуумдалған); корпуста вакуум (форвакуум) жасау жүйесі; айналу тіректері (тербеліс, сырғу, түрлі магнитті аспалар, оның ішінде аса өткізгіш); айналу денесін теңдестіру жүйелері, соның ішінде автоматты; тығыздағыштар және вакуумдалған корпустан айналуды шығарудың басқа жүйелері; авариялық бұзылудан қорғау жүйелері(таспалы жарылу қауіпсіз супермаховиктерден басқа); тербелістер мен тербелістерді, оның ішінде гироскопиялық тербелістерді демпфирлеу жүйелері.
Энергияны сақтаудың басқа әдістерімен салыстырғанда, энергияны сақтау жүйелерінің ұзақ қызмет ету мерзімі бар, әдетте 20-25 жылдан асады. Қауіпсіздік коэффициенттерін ескере отырып, қолданылатын айналу денелерінің жоғары меншікті энергиясы - монолитті супермаховиктер 2.5 Вт*сағ / кг-дан перспективалы графен супермаховиктерінде 1200 Вт*сағ/кг-ға дейін және ең жоғары шығу қуаты. Құрылғының тиімділігі 95% жетуі мүмкін. Ұшатын энергия дискілерін зарядтау / разрядтау жылдамдығы оларға қосылған машиналардың қуатына байланысты. Теміржол электр көлігінде (мысалы, метрода) энергияны қалпына келтіру үшін зарядтау/разряд уақыты. Электр пойызының тежелуімен/үдеуімен байланысты және орташа есеппен 15 секундты құрайды
Қорытынды. Алғашқы сынақтар жігерлендіретін нәтижелер берді, маховик диск сыйымдылығы мен пайдалану сипаттамалары бойынша сол кездегі электрохимиялық аккумуляторлардан асып түсті. Міне, әлем Энергияны сақтаудың керемет технологиясын алады.
Түсіну үшін, бұл идея "Токамак"сияқты көп жылды талап етпейді. Шын мәнінде, Токамак – бұл термоядролық энергияның қасиетті торы, ал Супермаховик - әмбебап энергия сақтау үшін өте қолайлы. Тіпті NASA инженерлері салмағы 113 келі супермаховик негізінде қуаты 1 кВт және сыйымдылығы 525 айн•сағ болатын қондырғы жасай алды. Ол ғарыш аппараттарына орнатуға арналған. Осы мәліметтер арқылы біз бұл құрылғының қаншалықты тиімді екенін айта аламыз Біз осы құрылғы арқылы басқа өндірістерде немесе қарапайым халықта төтенше жағдай болған кезде қажетті мөлшерде тұтынуға мүмкіндік бере аламыз
Сонымен қатар, супермаховиктерді жоғары жауапкершілік деңгейіндегі объектілерді үздіксіз қуатпен қамтамасыз ету үшін пайдалануға болады. Супермаховиктің қасиеттері құрылғының секундтың жүзден бір бөлігі деңгейінде жауап беруін қамтамасыз етеді, бұл электр энергиясын беруді бір секундқа үзбеуге мүмкіндік береді.
Әдебиеттер
- Гулиа Н. В. Супермаховики - из суперкарбона! // Изобретатель - рационализатор : журнал. - 2005. - № 12 (672). Архивировано 5 марта 2016 года.
- Леонид Попов. Вращающаяся армия бережёт 60 герц стабильного электричества. Membrana.ru (30 августа 2006). Дата обращения: 20 июня 2014.
- Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964),Review, pp. 224-233 (233).
- Alternative Energy Storage Methods including supercapacitors, flywheel batteries, compressed air storage, springs, pumped storage, nuclear batteries and superconducting magnet…
- Beacon Breaks Ground on 20-MW Flywheel Storage Plant.