Пневматический Аккумулятор

Автономщики часто задаются вопросом - как собрать, сохранить и использовать "лишнюю" энергию. Причин появления недособранных кВт несколько - избыточное количество СБ, стадии заряда, не использующие систему на 100%, излишне солнечные дни, отсутствие хозяев дома и т. д.
Самый простой способ, это аккумуляторы. В зависимости от религиозных убеждений, они могут быть разными: свинцово-кислотными, щелочными, никель-кадмиевыми, "лиферными" и т. д. Но в любом случае, именно аккумуляторная часть автономки составляет от 50%(скорее от 60%) стоимости конечного кВт*ч. Поэтому все танцы именно вокруг них, родимых.
Где-то в разделе отмечалось, что путь развития аккумуляторных технологий развивался не по тому сценарию, который нужен альтернативщикам - эффективность при относительно малых габаритах. Тем ни менее, в частном доме, где нет электических сетей, зачастую, есть много земли. Эта мысль вытекает из простого факта - многие хотят вырваться из городской сутолоки и покупают участки зачастую не просто в дали от городов, и сверх высокой концентрации людей, но и вдали от цивилизации как таковой, где нет подводов коммуникаций, и, даже, электричества. Именно поэтому, очень часто альтернативщики располагают таким типом ресурса, как пространство. Чего не учитывают традиционные аккумуляторные технологии. Значит можно поискать нетрадиционные. АндрейNS, стартовал пару тем по этому вопросу и тем самым натолкнул меня на мысль о поиске вариантов.
Существует много сверхальтернативных способов сохранять альтернативную энергию не в традиционных акках.
И один из них, который я решил представить, это... пневмоаккумулятор!
Принцип простой - лишнее электричество днем, при помощи компрессора превращается в сжатый воздух. Далее, по мере необходимости, мы выпускаем его через пневмомотор, который вращает генератор, заряжающий аккумуляторы ночью, в случае СБ или в безветрие, в случае с ВГ.
Выглядит это примерно так:

Я думаю, что большинству сопалатников принцип понятен.
Принцип принципом, но меня, в первую очередь, интересует экономическое обоснование такого типа аккумуляторов. Интересно, а сколько стоит запасенная таким образом энергия, и может ли она конкурировать с традиционными способами.
Для этого я провел небольшое исследование, что по чём в разрезе пневмоакков. Для удобства и простоты восприятия, все цены будут в долларах, а также опустим некоторые мелочи типа проводов, труб и т. д. Однако компрессор, пневмодвигатель и ген, в расчеты я занес.
Итак.
1. Самое главное - емкость. Это самая дорогая часть пневмоакка, но и самая прочная и надежная с, практически, неограниченными моточасами, циклами или годами. В инете я нашел емкость для газа б/у 16м.куб. примерно за 2к$.
2. Компрессор. Есть много вариантов. От автомобильных со смазкой и охлаждением до полупромышленных, так сказать "для стройки". Я выбрал новую головку (емкость у нас есть), с нужными мне характеристиками - около 80$. Есть вариант с компрессорами для МАЗ-КАМАЗ, так дешевле и надежней, но они не дают требуемое давление (до 16 атмосфер).
3. Пневмомотор. В инете нашел готовый на 250Вт с расходом 6,67 л/сек. Цены на него нет, поэтому будем оперировать ценами на пневмо инструмент. Новая дрель или болгарка стоит около 25$.
4. Генератор. Самый реальный, это автомобильный от, скажем ваза. Новый 80$, б/у 35. Ориентировочное кол-во моточасов от 15к.
Краткое описание конкретной системы. Компрессор имеет производительность 300-400л/мин, что позволяет ему накачать емкость за 10часов. Пневмомотор потребляет 6,67 л/сек, или 24м.куб. в час. Емкости 16 куб, накачанной до 16 атм хватит на 10,7 часов. Тоесть мы имеем10,7 часов х 250Вт = 2,675 кВт. Это примерно сравнимо с автомобильным акком на 225 а*ч. Точнее с одним, 100% циклом. Избыточного электричества, в моей системе, примерно 250дней в году, значит имеем 250 циклов в год.
Стоимость нормального автоакка, за вычетом металлома около 200$. Но он может проработать максимум 250 циклов при 100% разрядах.
Другими словами, данная пневмо-аккумулирующе-генерирующая система, замненяет 1 авто аккумулятор в год. Или 200$ в год.
Теперь к нашему пневмоакку.
1. Емкость. Срок службы от 50 лет. Вообще-то при регулярной покраске лет 500 или 5000, но возьмем 50 и не будем считать краску. Значит 2000$(его стоимость) делим на 50 получаем около 40$ в год.
2. Компрессор. Срок службы примем за 10000 мото-часов. Соответственно - 10000 делим на 250циклов и на 10часов (работы в каждом цикле) получаем 4 года. 80$ делим на 4, получаем 20$ в год.
3. Пневмомотор. Срок службы дешевого пневмоинструмента из магазина не поддается вменяемой оценке. Тем ни менее, посчитаем его за 10000 моточасов, учитывая возможность покупки хорошего инструмента б/у за дешево. Далее 10000 / 250дней / 10 часов получаем те же 4 года. 25$ на четыре на цело не делиться, но мы разделим и получим 6$ в год.
4. Ген. Моторесурс около 20к мото-часов (и не надо со мной спорить!). 20000 / 250 /10 = 8 лет или 10$ в год.

Итого имеем:
1. 40$
2. 20$
3. 6$
4. 10$
-
76$ в год.
Тоесть, заиметь такую пневмо-аккумулирующе-генерирующую систему, почти в 3 раза дешевле, чем покупать по 1 автоакку в год!
И я еще не плюсовал к электро-аккумулятору отдельную зарядку, в которой он, несомненно нуждается.
Вот так вот.
Эти расчеты меня самого мягко скажем удивили. КПД, конечно, никакого - закачиваем 1,5 - 2 кВт, получаем 200-250, но, лично меня это устраивает.
Можно попробовать посчитать чуть по-другому: пневмо-акк генерит по ночам напрямую на акии и можно примерно прикинуть, насколько снизится глубина разряда и, соответственно, на сколько реже менять электро акки, а соответственно, какая экономическая эффективность этой затеи.
Если систему увеличить в 2-10 раз, эффективность, в теории, еще улучшиться.
Похоже, пора приступать к натурным экспериментам. Почти все из набора у меня есть, кроме пневмо-мотора, но его либо куплю, гривен за 50 (6$) либо, что дороже, попрошу у кого-нибудь во временное пользование.

 

Лучше воздух заменить водой. Два бассейна с перепадом метров 20, насос и миниГЭС .

 

У емкости кроме объема второй важный параметр это давление. Бо емкость энергетическая пневмоакумулятора это вроде произведение давления на объем.

 

Это очень плохой вариант бо у него кпд около 0.5 или меньше. Лучше брать нормальный генератор от нормальной бытовой электростанции. Имхо лучше синхронный со щетками и авр чем с компаундным возбуждением (с конденсатором но без щеток) - у синхронного имхо выше кпд. Ну и напряжение сразу готовое 220в стабилизированое на выходе (но для частоты 50 гц надо стабилизировать обороты на 3000 об в мин). Стоят они примерно в полцены от электростанции. 1.5 киловатный около 3 круб (дешевое исполнение, или около 4.5 круб - усиленое). Кпд у синхронного с питаемым ротором (со щетками) имхо 0.7..0.8.

 

Это значительно дороже.
Значительно.

 

С этим придется мириться. Остальные варианты удорожают систему до невозможности конкурировать с традиционными акками.
Либо искать готовый ген на 200-500Вт с лучшим КПД, но на 12,24 или 48В и никак не на 220.

 

16 куб емкость при 16 атм запасает имхо около 26 мегаджоулей, это около 7.2 хозбыт киловатчаса. Это где-то как 11 шт 12в 200 ач акб при циклировании на полную емкость. Весьма прилично для хозбыта. Но кпд типовых пневмодвигателей относительно фиговый - надо искать имеющий хотя бы 0.6..0.7, тогда с 0.7..0.8 генератором будет сниматься при разряде до 3.6..4 хозбыт киловатчасов.

При заряде пневмо акб есть очень большие проблемы с кпд - бо сжатое нагревается от сохраняемой энергии и обычно это тепло компрессор выбрасывает. Чтобы иметь 1 кпд пневмоакб надо перед подачей на пневмодвигатель нагревать до той же температуры от че-нить (например пропускать через теплообменник в печке). А если греть до большей - можно даже кпд выше 1 получить - гы.

 

Какое удорожание ? У мя предлагается новый нормальный генератор на 1.5 киловата за примерно те же 100 уев как и фиговый от автотранспорта. А если брать с разборки - то может по цене меди в скупке отдадут.

 

Я только за. Система (по техзаданию ) должна в себя включать только доступные в свободной продаже элементы, монтируемые с минимальным улучшайзингом, для простоты эксплуатации и обслуживания.
Интересно, а нельзя найти ген от маленьких инверторных? Как у них с КПД?

 

Вообще чтобы металл типа железия прожил много лет под нагрузкой его надо держать в сухости. А это значит надо закачивать осушеный воздух или держать в тепле чтобы избежать конденсации. Или красить с обоих сторон часто. Ну и периодически проверять повышеным давлением где-нить на полигоне из укрытия. Ато есть и разрастание усталостных трещин от циклирования нагрузки. Так что на сотни лет вопрос зависит от конкретного металла и условий содержания.

Найти можно, но т. к. они мелкие у них имхо плохой кпд - их делают чтобы были мелкие и легкие. Кпд у них в районе номинальной мощщи имхо примерно как у автомобильных. Но т. к. у них возбуждение постоянными магнитами, то кпд будет расти в области малых мощностей - если их брать на очень большую мощщу и крутить очень малыми оборотами - кпд имхо будет терпимый. У автогенератора в области малых оборотов кпд падает из-за больших потерь на возбуждение.

 

Осушать легче всего, опять же, недорогим камазовским масло-влаго отделителем. Либо дорогой заморской специально обученной железкой.

Вот это уже теплее. Как раз 200-500Вт с 1кВт гена - то, что нужно. Меньше шума, меньше износа, больше КПД. Дайте три.
Если найду забесплатно, включу в тестовый стенд. Пока же намерен использовать авто генератор 12В 85А, который у меня валяется в сарае.

 

Т. е. в хозяйстве просто так случайно лежит емкость на 16 куб м и повереная на 16 атм ?

У лопастных пневмомоторов ресурс намного меньше 10 тыс ч (или кпд еще хуже из-за пропускания мимо лопастей), но у них относительно дешевые расходники (и газ должен быть очень чистый чтобы меньше пылью стиралось). Поэтому имхо надо использовать вариант имеющий самые доступные расходники.

 

Кстати, во время закачки воздух лучше охлаждать - его больше пропхнется через компрессор и можно больше заскладировать. А, вот, перед употреблением, хорошо бы разогреть - веселее будет выходить.

 

Не-е-е. Есть компрессор с баком на 75л. Просто получится масштабная модель. А про поверку - лишнее это. Появится трещина - можно заварить. Взрываться там нечему.

 

Там лучше снимать 100..200 ваттов с 1 киловатного. Продаются они там же где и остальные запчасти для бытовых электростанций, но т. к. электроника там дохнет намного чаще простых вариантов электростанций с прямой генерацией - то их еще больше по помойкам валяется уже щас. Причем с полностью живым генератором. Но стабилизации напряжения там конечно нету и оно сильно зависит от оборотов.