Передача, распределение и накопление электроэнергии

Январь-2021: беспроводная энергетика, сухие трансформаторы и гибридные суперконденсаторы

24 февраля 2021 г. в 10:24

Начало 2021 г. было ознаменовано некоторым оживлением в энергетической отрасли, связанным как с постепенным восстановлением мировой экономики, так и с ростом спроса на электроэнергию, вызванным климатическим условиями. В фокусе внимания оказались технологии, связанные с преобразованием, передачей и накоплением больших объемов электроэнергии.

Передача электроэнергии без проводов

Важнейшим событием января в индустрии высоких технологий традиционно является выставка CES (Consumer Electronics Show), проходящая в Лас-Вегасе (США). На этот раз выставка прошла в виртуальном формате, что, впрочем, не помешало рождению новых сенсаций.

В частности, много внимания на CES 2021 было уделено передаче электроэнергии без проводов. В первую очередь это, конечно, всевозможные беспроводные системы зарядки. Они и сейчас уже существуют, но просто делают ненужным подключение с помощью разъемов. Тем не менее, для беспроводной зарядки смартфона его нужно разместить в определенном месте рядом с зарядным устройством.

Беспроводная зарядка от Xiaomi
Беспроводная зарядка от Xiaomi способна работать на расстоянии в несколько метров

Следующий шаг сделала известная китайская компания Xiaomi. Она представила на выставке решение Mi Air Charge Technology, позволяющее передавать электроэнергию мощностью до 5 Вт на расстояние порядка нескольких метров. Предполагается использовать данную технологию для зарядки смартфонов и другой бытовой техники.

Принцип работы Mi Air Charge Technology основан на применении фазированных антенных решеток, которые позволяют точно сфокусировать микроволновое излучение в одной точке малых размеров. Излучатель состоит из 144 миниатюрных антенн, приемник — из 14 антенн. Зарядная станция определяет положение смартфона в пространстве и направляет на него луч мощного излучения. При этом, согласно представленному компанией видеоролику, отслеживание положения приемника излучения возможно даже в движении. Точные данные о максимальном расстоянии, на котором возможна зарядка, а также о рабочей частоте не сообщаются.

Презентация российских беспроводных технологий на CES 2021
Российская технология беспроводной передачи электроэнергии, представленная стартапом Resonance, произвела фурор на CES 2021

Большой интерес на Западе вызвала технология, представленная на CES 2021 российским стартапом Resonance. Беспроводным способом в реальном масштабе времени питался целый 40-дюймовый ЖК-телевизор! Конечно, расстояние не впечатляет — всего 50 см, но это же только начало. Важно другое. Для передачи применяется усовершенствованный принцип магнитного резонанса, что позволяет применять безопасные для человека частоты в диапазоне 20-120 кГц. Продемонстрированный образец системы обеспечивает передачу энергии мощностью до 120 Вт, КПД составляет 90 %.

Впрочем, разрабатывалась эта технология не только и не столько для создания полностью беспроводного телевизора. На ее основе предполагается создать беспроводные зарядные станции для электромобилей, передающие электроэнергию на расстояние до 1 метра. То есть, если сейчас для беспроводной зарядки аккумулятора электромобиля нужно въезжать на специальную площадку, то в будущем достаточно будет лишь припарковаться поблизости. Опытный образец беспроводной зарядной станции для электромобиля работает на частоте 85 кГц, передает энергию на 30 см, мощность достигает 11 кВт. В принципе, системы, передающие энергию на расстояние 30 см, уже выпускаются за рубежом, но есть один нюанс — они стоят дорого (порядка $10000) и поэтому их применение выгодно только на публичных зарядных станциях. А российская разработка уже сейчас при серийном производстве может стоить примерно $1000, поэтому ее можно будет купить для личного пользования.

Сухие трансформаторы добрались до Лимпопо

До недавнего времени сухие трансформаторы считались все же больше «дорогой игрушкой» для стран «золотого миллиарда», где помешаны на экологии (в сухих трансформаторах нет масла, вредного для окружающей среды). Никто и не предполагал применять данный тип трансформаторов в Африке. Во-первых, у них бывают проблемы с охлаждением, а в Африке, как известно, жарко. Во-вторых, для многих мест в Африке характерна высокая влажность, на нее определенные типы сухих трансформаторов плохо реагируют.

Но технологии развиваются, и, с другой стороны, все большее внимание уделяется добыче полезных ископаемых на африканском континенте, в том числе для производства аккумуляторов. А ведь именно для питания шахт по добыче ископаемых сухие трансформаторы могут принести реальную экономическую выгоду благодаря высокой надежности и возможности размещения в закрытых помещениях.

Литой трансформатор сухого типа
Литой трансформатор сухого типа, приспособленный для эксплуатации в условиях тропического климата

Впервые о возможности использования сухих трансформаторов в Африке заговорили еще летом 2020 г. А в январе 2021 г. международная компания Trafo Power Solutions реализовала на континенте два проекта по организации электропитания промышленных объектов через сухие трансформаторы на строительстве станции сжижения природного газа в северной части Мозамбика, а также на шахте в знаменитой провинции ЮАР, именуемой Лимпопо.

В Мозамбике в городке строителей было установлено в общей сложности 18 сухих трансформаторов литого типа мощностью от 500 до 1250 кВА, произведенных совместно с итальянской компанией TMC Transformers. А потом, по мере строительства самого завода по сжижению газа, для его питания будут поставлены еще 20 сухих трансформаторов. Используемые трансформаторы выдерживают нагрев до 180 ºC, в то же время реально они нагреваются на объекте до температуры не более 120 °С. Конструкция трансформаторов позволяет работать им в условиях тропического климата — они выдерживают относительную влажность до 95 %.

Важное преимущество сухих трансформаторов для африканского континента — оборудование данного типа практически не требуют обслуживания. Это важно как с точки зрения транспортных проблем на континенте, так и с точки зрения нехватки квалифицированных кадров. После успешной реализации проектов Trafo Power Solutions к региону присматриваются и другие игроки рынка сухих трансформаторов.

Скрещивание суперконденсаторов и аккумуляторов

Суперконденсаторы отличаются от обычных конденсаторов намного большей емкостью, но принцип хранения электроэнергии у них тот же. Благодаря накоплению электрической энергии без преобразования в химическую суперконденсаторы могут заряжаться практически мгновенно и имеют неограниченное количество циклов заряда-разряда. В то же время, по плотности хранения энергии на единицу массы накопителя суперконденсаторы уступают даже никель-кадмиевым аккумуляторам, не говоря уж о литий-ионных.

Сравнение принципов работы накопителей
Сравнение принципов работы суперконденсаторов (Supercapacitors), гибридных суперконденсаторов (Hybrid Supercapacitors) и литий-ионных батарей (Li-Ion Batteries). Источник: Knut. Energy

Ученые из Университета Квинстауна (Австралия) решили проблему созданием так называемых гибридных суперконденсаторов, принцип работы которых вобрал элементы как от конденсаторов, так и от аккумуляторов. На самом деле такие устройства были изобретены более трех лет тому назад (приоритет принадлежит бельгийскому ученому Eric Verhulst), но именно австралийским ученым удалось их довести до ума. В результате получился продукт, который может уже сейчас применяться в электромобилях. По плотности хранения энергии такие накопители сопоставимы с никель-кадмиевыми аккумуляторами.

При зарядке гибридных суперконденсаторов в них не только накапливается электрический заряд, но и происходят изменения в составе электролита. Ионы с одного из электродов переходят в электролит, тем не менее, как показали испытания, данный процесс полностью обратим. Таким образом у гибридных суперконденсаторов количество циклов заряда-разряда практически неограничено, а скорость зарядки меньше, чем у традиционных суперконденсаторов. Но гибридный суперконденсатор все равно заряжается в 5 раз быстрее лучших по данному параметру моделей литий-ионных аккумуляторов.

Легковой электромобиль с гибридными суперконденсаторами может проехать от одной зарядки около 250 км. Для средней полосы России это расстояние до ближайшего крупного города. Полная зарядка займет всего 5-10 минут, т. е. практически столько же, как заправка бензином обычного автомобиля.

Коллаж батарейки и металлической монетки
Источник питания, состоящий из суперконденсатора и литиевой батареи, способен работать в диапазоне температур от −45 до +80 ºC

С другой стороны к интеграции литиевых источников питания и суперконденсаторов подошла американская компания Xidas. Она выпустила батарею RHB-1530, в корпусе которой установлены суперконденсатор и литиевый элемент. Предназначено устройство для питания датчиков «Интернета вещей». Большую часть времени такие датчики почти не потребляют энергию, а когда передают данные, наоборот потребляют очень много.

На пиках энергопотребления подключается суперконденсатор, в результате нагрузка на литиевый элемент выравнивается. Благодаря этому обстоятельству расширен температурный диапазон (у обычных литиевых элементов на морозе падает пиковая мощность), а срок службы достигает 10 лет. В условиях нашей страны особенно актуально, что батарея RHB-1530 позволит расширить применение «Интернета вещей» в электроэнергетике, сняв ограничения по температурному диапазону для датчиков.

Автор: Алексей Васильев. Фотоматериалы взяты из открытых источников

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Васильев Алексей Владимирович
Все новости и публикации пользователя Васильев Алексей в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Инверторы и инверторные системы Штиль

Компания ЭЛМИКС поставляет: Инверторы и инверторные системы Штиль, которые предназначены для преобразования постоянного тока в переменный. Используются для построения систем электропитания в отрасли связи, информационных технологиях, промышленной автоматике, энергетике и транспорте. Данные изделия обеспечивают питание потребителей переменным током 50 Гц напряжением 220/380 В от источников постоянного тока напряжением 12, 24, 48, и 60 В (выпрямители, аккумуляторные батареи). На основе инверторов строятся модульные однофазные и трехфазные инверторные системы, обладающие уникальными техническими и массогабаритными характеристиками. Инверторы Штиль серии SL - это высокотехнологичные изделия, обладающие высокой надежностью и не имеющие аналогов на рынке электропитания.
Кауров Владимир · ЭЛМИКС · 27 февраля · Россия · г Москва
Инверторы и инверторные системы Штиль

ПРОДАМ: Охладители воздушные Протон-Электротекс

ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС — это один из российских лидеров разработки и производства силовых полупроводниковых диодов, тиристоров, модулей, охладителей, IGBT (БТИЗов), а также силовых блоков для применения в различных преобразователях электрической энергии. Наша главная цель — обеспечить покупателей современной и надежной продукцией. Мы считаем, что для этого нужно работать по четырем направлениям: — Развитие персонала: мы делаем всё, чтобы привлечь талантливых разработчиков и помочь им себя проявить. Наши специалисты посещают крупнейшие мировые выставки в отрасли силовой электроники, проходят дополнительное обучение и размещают свои научные статьи в промышленных журналах; — Оптимизация организационной структуры: эффективное управление и планирование производства и отлаженное внутреннее взаимодействие позволяют нам быстро принимать и выполнять заказы; — Использование только высококачественных сырья и материалов: мы сотрудничаем с ведущими мировыми поставщиками компонентов полупроводниковых приборов; — Современное производственное и испытательное оборудование: автоматизированное производство и контроль качества — это отдельная гордость нашей компании.
Полостюк Михаил · Протон-Электротекс · 26 марта · Россия · Орловская обл
Охладители воздушные Протон-Электротекс

ПРОДАМ: Трансформатор ОСМ1-2.5 кВт (22098руб)

Трансформаторы производства Минского электротехнического завода им.В.И.Козлова (Беларусь, г. Минск) (однофазные, сухие, многоцелевого назначения) мощностью от 0,063 до 4кВа, напряжения первичной обмотки от 115 до 660 В, вторичных обмоток от 12 до 260 В, предназначены для питания цепей управления,местного освещения, сигнализации и автоматики. Трансформаторы соответствуют требованиям ГОСТ 19294-84. Виды климатического исполнения-УЗ, УХЛЗ и ТЗ по ГОСТ 15150-69. Трансформаторы устойчивы к воздействию ударных нагрузок с ускорением до 8g и вибрационных нагрузок в диапазоне частот 10-60 Гц с максимальным ускорением 2g и рассчитаны на установку в закрытых помещениях на высоте над уровнем моря не более 1000 м. Трансформаторы мощностью 1,6; 2,5 и 4,0 кВ*А устанавливаются на горизонтальной плоскости, а мощностью до 1,0 кВ*А включительно - как на горизонтальной, так и на вертикальной плоскостях. Класс нагревостойкости изоляции для трансформаторов мощностью 0,063 - 2,5 кВ*А климатических исполнений У и УХЛ - Е, для трансформаторов климатического исполнения Т и трансформаторов мощностью 4,0 кВ*А исполнения У-В по ГОСТ8865-93. К товару прилагаются сертифак соответствия, паспорт, этикетка.
Афанасьева Наталия · Транскофф · 23 марта · Россия · г Санкт-Петербург
НПКФ Транскофф, ООО

КУПЛЮ: Куплю разделительные трансформаторы 220В/220В

Покупаем разделительные трансформаторы 220В/220В различной мощности. Также различные силовые трансформаторы. Для удобства наших клиентов предлагаем услуги по выезду на объект. Любая форма оплаты для физических и юридических лиц. Опыт работы 15 лет на электротехническом и строительном рынке. Более подробную информацию можете получить у наших специалистов.
Плешков Анатолий · ЭТК Мобил Плюс · Вчера · Россия · г Москва
Куплю разделительные трансформаторы 220В/220В

ПРОДАМ: Диоды лавинные в штыревом исполнении Протон-Электротекс

ПРОТОН-ЭЛЕКТРОТЕКС — это один из российских лидеров разработки и производства силовых полупроводниковых диодов, тиристоров, модулей, охладителей, IGBT (БТИЗов), а также силовых блоков для применения в различных преобразователях электрической энергии. Наша главная цель — обеспечить покупателей современной и надежной продукцией. Мы считаем, что для этого нужно работать по четырем направлениям: — Развитие персонала: мы делаем всё, чтобы привлечь талантливых разработчиков и помочь им себя проявить. Наши специалисты посещают крупнейшие мировые выставки в отрасли силовой электроники, проходят дополнительное обучение и размещают свои научные статьи в промышленных журналах; — Оптимизация организационной структуры: эффективное управление и планирование производства и отлаженное внутреннее взаимодействие позволяют нам быстро принимать и выполнять заказы; — Использование только высококачественных сырья и материалов: мы сотрудничаем с ведущими мировыми поставщиками компонентов полупроводниковых приборов; — Современное производственное и испытательное оборудование: автоматизированное производство и контроль качества — это отдельная гордость нашей компании.
Полостюк Михаил · Протон-Электротекс · 26 марта · Россия · Орловская обл
Диоды лавинные в штыревом исполнении Протон-Электротекс
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.