1. Обзор и анализ типов аккумуляторов энергии
1.1 Аналоги и разработки в данной области
Среди гибридных транспортных средств, все большее распространение получают транспортные средства использующие электроэнергию. Ведущие автомобильные компании мира, такие как BMW, Toyota, Honda, Peugeot, Ford делают большие вложения в данную область научных исследований. Основная проблема этим исследований заключается в электроаккумуляторах для этих автомобилей: для запасания необходимого количества энергии требуются аккумуляторы либо большие по габаритам и массе, либо имеющие высокую стоимость.
Среди двухколесных транспортных средств ситуация складывается примерно аналогичным образом. Скутеры с электроприводом, электровелосипеды и подобные им конструкции получили широкое распространение в странах Азии и Дальнего Востока, начинают набирать популярность в странах Европы, однако проблема большой массы и высокой стоимости остается актуальной.
Путей решения этой проблемы может быть несколько. Один из них, это использование других типов аккумуляторов энергии. Один из наиболее подробно занимавшихся этой проблемой людей – российский ученый, доктор технических наук, автор книги «Удивительная механика» Гулиа Нурбей [1]. Несмотря на то, что книга написана для детей старшего школьного возраста, в ней подробно и достаточно научно описываются попытки автора найти, так называемую «энергетическую капсулу» - устройство, способное аккумулировать энергию, в количестве, достаточном для преодоления автомобилем расстояния в 100 километров. В своих изысканиях, Гулиа Владимирович пришел к устройству, называемому супермаховик. Удельная энергия этого устройства может достигать 1 Мвт·ч/кг. Но, рабочие обороты такого маховика достигают 20 000 об/мин и выше, что создает сложности в передаче крутящего момента. Следовательно, для такого супермаховика требуется супервариатор. Гулиа Нурбей успешно решил и эту задачу. Однако, становится явно, что в конструировании велосипеда такие сложные и емкие механизмы не могут найти применения. Поэтому обратимся к другим способам аккумулирования энергии.
1.2 Обзор аккумуляторов энергии
1.2.1 Гравитационные механические накопители энергии
Определяются запасом кинетической энергии какого-либо предмета, поднятого на определенную высоту. Энергия запасается при подъеме предмета, и высвобождается при опускании. Расчет производится по следующей формуле:
E=mgh, (1)
где: Е = потенциальная энергия;
m = масса тела;
g = ускорение свободного падения;
h = высота, на которую поднято тело.
Гравитационные механические накопители энергии могут быть жидкостные и твердотельные. Жидкостные гравитационные накопители энергии имеют ряд недостатков, такие как: испарение жидкости, необходимость нахождения рабочего тела именно в жидком агрегатном состоянии (а не в газообразном или твердом) и, самое главное, достаточно маленькую плотность рабочего тела, что, как одна из причин, ведет к увеличению размеров конструкции [2]. Именно из-за неудобства и больших размеров конструкции в данной работе этот вид накопителей энергии рассматриваться не будет.
Рис. 1 Загорская ГАЭС как пример гравитационного жидкостного накопителя энергии
Твердотельные гравитационные накопители энергии также имеют ряд преимуществ и недостатков. Среди преимуществ можно назвать простоту конструкции и низкую себестоимость агрегатов. Недостатками можно считать, достаточно большой вес аккумулятора, большие размеры. В принципе, данная конструкция может быть применима.
Рис. 2 Примером твердотельного гравитационного накопителя энергии может служить любой груз, находящийся выше уровня рассматриваемой поверхности