2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1 ... 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ... 27  След.
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение07.06.2015, 19:28 
Заслуженный участник


28/12/12
6925
sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Если взять килограмм бензина и килограммовый аккумулятор, то при сгорании бензина выделится в 100 раз больше энергии (40 мега джоулей на килограмм).

Урежьте осетра. У Li-ion 1-2 МДж/кг, а литий-воздушные (которые все никак не допилят) теоретически на уровне бензина. Плюс еще надо учесть, что с бензином КПД в обычном ДВС процентов 30.

sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Подскажите, а в пневмо баллоне какая заключена энергия? Сколько джоулей на килограмм сжатого воздуха?

$\dfrac{5}{2}RT$ на моль, округленно 200 кДж/кг. При 300 атм килограмм сжатого воздуха - это литра три.

sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Может, в пневмо баллоне энергии больше, чем в электрическом аккумуляторе.

Без шансов. Химическая энергия (которая в бензине и кумуляторах) на порядки больше, чем энергия теплового движения (в сжатом газе).

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 01:09 


03/06/10
143
Хочу рассмотреть отдельный случай применения аккумулятрора - это запасание энергии в загородном доме. Выше было сообщение, что Tesla представила аккумуляторную систему для дома. Пока всё скромно. 400 КДж на килограмм веса аккумулятора. Уж лучше привозить пропановые баллоны и их периодически заряжать на станции.
Но у Tesla стоит задача, чтобы как-то запасать энергию на несколько дней. Например, запасать энергию от солнечных батарей, которые будут расположены на крыше загородного дома.
Только что выяснили, что запасать энергию в сжатом воздухе не выгодно. А вот если запасать энергию в маховике? Сравнить массу агрегата с маховиком и баллон с пропаном.
Я слышал, что были экспериментальные модели троллейбусов с маховиковым аккумулятором. Но там была проблема, что из-за маховика деформировался асфальт дороги. А тут загородный дом, всё неподвижно.
Сегодня 2015 год. Много ли энергии можно запасти в маховике?

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 03:46 
Заслуженный участник


20/08/14
8576
Россия, Москва
Супермаховик:
Wiki писал(а):
За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.
В английской вики информации больше.

Несколько лет назад встречал упоминания про контору, которая от имени самого Гулия продавала такие накопители, фактически полукустарного изготовления, но цены ... :facepalm:

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 07:53 
Заслуженный участник


28/12/12
6925
Dmitriy40 в сообщении #1024674 писал(а):
Супермаховик:Wiki
писал(а):
За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм веса.

Это получается окружная скорость около 2 км/с, если вся масса сосредоточена на ободе (если в виде сплошного диска, то окружная скорость должна быть еще в 1.4 раза больше). Как-то уж больно дофига получается.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 13:17 


03/06/10
143
А вот тут интересная статья про запасание энергии в загородных домах
http://www.battery-industry.ru/2013/10/ ... B5-%D1%81/
"Нурбей Гулиа по-прежнему работает над совершенствованием своего детища и год назад отметился сообщением о возможности постройки графенового супермаховика (с расчётной удельной энергоёмкостью 1,2 кВт*ч/кг, то есть на порядок выше литий-ионных аккумуляторов). Но, если я правильно понимаю, коммерческого успеха он добился с другой своей разработкой (супервариатором, оригинальной механической передачей), а вот супермаховик почему-то остаётся под знаком вопроса."
1.2 кВт*ч/кг - это 4.32 МДж/кг

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 14:19 
Заслуженный участник


20/08/14
8576
Россия, Москва
Дык то лишь о "возможности постройки", разве он продемонстрировал серийный супермаховик из данного материала?! Или хотя бы подготовленную документацию на разворачивание производства? Думаю нет. Так-то он и про $10..15 \frac{\text{МДж}}{\text{кг}}$ заявлял (только вчера читал, а сейчас никак не найду ссылку), для каких-то там углеродных нитей, толку-то ...

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 23:06 


03/06/10
143
Мне интересно, а как работает эффект масштаба у маховиков? Вот если нужен аккумулятор для карманного фонарика, а мы поставим супермаховик. Т.е. маховик будет маленьким. Из-за того, что маховик будет маленьким, не уменьшится ли энергоемкость маховика?
Мне было бы любопытно узнать о столь маленьких маховиках-аккумаляторов энергии.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение08.06.2015, 23:51 
Заслуженный участник


20/08/14
8576
Россия, Москва
Маховик-то будет маленьким, не вопрос, пара десятков граммов. А всё остальное? Электродвигатель/генератор, подшипники, вакуумная камера, кардан? И процент массы самого маховика в общей массе всего накопителя будет мал. Небольшие супермаховики даже проще в изготовлении, и сверхдлинных нитей не надо, и тонны идеального сырья не надо.
В книжге Гулиа приводилась фотка супермаховика для детской игрушки автомашины, так он был как обычное кольцо размером, пара сантиметров диаметром и толщиной мм 3.
Маховики интереснее наоборот большие и огромные и суперогромные ;-), вот там им конкуренции особо не просматривается. Ну может наоборот ещё и супермелкие, в микромасштабах, тут не знаю насколько они удобны и выгодны и нужны.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение09.06.2015, 00:22 


03/06/10
143
Можно было бы зарядить маховик в отдельном устройстве, а потом вставить в фонарик.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение09.06.2015, 01:37 
Заслуженный участник


20/08/14
8576
Россия, Москва
Смысла нет, я вот только что подсчитал энергоёмкость хорошего Li-Ion элемента типоразмера 18650, так выходит $\frac{3.7\text{В} \cdot 3\text{Ач} \cdot 3600\frac{\text{с}}{\text{ч}}}{0.05\text{кг}} \approx 0.8\frac{\text{МДж}}{\text{кг}}$ - и это уже готовое электричество ...

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение09.06.2015, 20:29 
Аватара пользователя


19/02/13
2100
sergey83 в сообщении #1024655 писал(а):
А вот если запасать энергию в маховике?


У Ломачинского, автора рассказов о военной медицине и экспертизе, есть замечательный рассказ "Центрифуга"

(Оффтоп)

ЦЕНТРИФУГА

Этот случай произошел на Кафедре Биохимии Военно-Медицинской Академии им. С.М. Кирова в самом начале 80-х. Историю эту мне поведал однокурсник, курсант с моего отделения Серега Власов. Он тогда на Биохимии в научном кружке плотно ошивался и все вечерние дела, что там творились, знал. Ну а меня всегда новые инженерные решения привлекали, так что я с самой центрифугой тоже был знаком не понаслышке.
Часть первая. МЫТАРСТВО ПРИОБРЕТЕНИЯ.

Академик генерал-майор медицинской службы Борис Федорович Коровкин давно мечтал дополнить свои старенькие и слабенькие центрифуги на 1 MG для седиментации белка чем-нибудь более серьезным. Захотелось ему и тонкие фракции осаждать по тогдашнему последнему слову техники. Заказал он кучу зарубежных каталогов и выбрал самую-самую продвинутую центрифугу на 5 MG. Кто забыл, напомню — G это сила тяжести. Ротор таких центрифуг так быстро крутится, что за счёт этой силы позволяет фракционно осадить, что хочешь. Очень нужный для исследований в современной биохимии белка аппарат.

Самые лучшие центрифуги в то время делала немецко-американская компания Сименс. Ну с валютой для науки, тем более военной, в Советские времена намного проще было — раз надо, значит дадим. Направили все заявки и вот с Внешторга приходит ответ — центрифугу вам продать не могут, так как оная попадает под санкции КОКОМ (тогда высокие технологии СССРу Запад не продавал).

Началась бюрократическая переписка — инструмент вроде не для прямых военных целей… Надо отдать должное советским юристам, что они нашли факт, что какая-то центрифуга уже передавалась в СССР, но почему-то в рамках Советско-Американского проекта «Союз-Апполон» 1975-76 годах. Кафедра Биохимии в этой волоките не участвовала. Академик-генерал Б.Ф. Коровким написал что-то умное в ЦВМУ и выше в МО, типа без такого инструмента Советской Военной Медицине Америку не перегнать, ну и всякие там МИДовские агенты вкупе с военными атташе включились в работу. Пришла бумажка из Москвы, что центрифуга в Академии будет, но по цене в несколько раз большей от указанной. А вот устанавливать ее придется самим — КОКОМ импортных наладчиков не пропускает.

Приходит долгожданный день. МинФин платит валюту, и на склады Академии подъезжают несколько большегрузных немецких фур-грузовиков. Сверяются документы — по документам все нормально. Сверяется заявка. Кроме слова «Центрифуга» ничего не совпадает. Центрифуга оказалась чуть великовата и предназначалась для ВВС — лётчиков-космонавтов в ней крутить!

Налетело комиссий, давай выяснять, кто такую глупость сотворил и на каком этапе верхняя бюрократия свихнулась. Виновных нашли быстро где-то в Москве, но даже вроде не наказали, так как за эту машинку сразу три ведомства друг другу за глотки схватились — Институт Авиационной Медицины, Звездный и Байконур. Куда же ее в конце концов отослали, я забыл.

Ну а генерал Коровкин ходит в великом гневе и печали. Опять бумажки в верхние инстанции сочиняет: «Где моя крутилка! Советская Армия боеготовность теряет не по дням, а по часам! Гоните срочно центрифугу, она утверждена в плане обязательных закупок.»

Возымели действие бумажки — покупают теперь уже «правильную» центрифугу. И опять КОКОМ не пропускает — на той центрифуге стоит супер-секретный воздушный подшипник. Сам ротор весит около полутонны, а на тех скоростях, что он крутится при сотнях тысяч оборотов в минуту, его ось никакой материал удержать не сможет — любая композитная супертвердая керамика сгорит, оплавится, растрескается, изотрётся и взорвётся, а любой металл не только расплавится, но и испарится…

Так что имелось только одно техническое решение — держать эту махину в воздухе. Точнее на специальном потоке-подушке фильтрованного и сильно охлажденного воздуха под гигантским давлением. Это узел и назывался аероламинарный несущий воздушный подшипник ультра-высокого давления. Сам же ротор крутился за счёт электро-магнитного силового момента банальных проволочных обмоток по его периметру и на внешних контурах — по типу обычного электромоторчика, а баллансировался специальной системой электромагнитов. Ко всей этой махине прилагалась куча трансформаторов, каскадных турбин, компрессоров, вакуумных насосов, фильтров и систем охлаждения. Ну и весь этот комплекс мульёна на три-четыре долларей того времени тянул. Дорогая игрушка штучного изготовления.

Списался Коровкин с нашими «ящиками», НИИ всякими закрытыми. Ему и говорят: ваш воздушный подшипник — не проблема. Мы на гироскопы тяжелых ракет подобные штуки имеем. Бери, мол, центрифугу без этого узла — мы тебе несущую подушку за месяц сделаем, нам бы только размеры померить.

Купили центрифугу. Сделали и установили воздушный подшипник советского производства. В подвале под Биохимией выкопали здоровую квадратную яму и залили ее бетоном с кучей арматуры — специальный противовибрационный фундамент. На него и поставили центрифугу. Рядом установили все вспомогательные узлы. Ввели должность инженера-эксплуатационщика, чтобы всю эту систему обслуживать. Провели пробные испытания — агрегат пашет как швейцарские часы! Кому надо премии дали. Но было одно «но»… Когда устанавливали русский подшипник, пришлось отключить всю западную программную систему, в народе называемой «защитой от дурака». Ротор, работающий на таких радиальных ускорениях, требует сверхточной балансировки. Иначе каюк — резонанс. Пробирочки должны стоять в строго определенных местах и каждая должна быть сбалансирована по весу до миллиграммов другой пробиркой аналогичного веса на радиально-противоположной позиции ротора. Изначально это достигалось автоматически, или аппарат отказывался включаться при малейшей дисбалансировке, а вот после русской реконструкции приходилось полагаться только на инструкцию, что висела на стенке. Но махина исправно, хотя и недолго, работала и сыпала кандидацкие и докторские, как из ведра.
Часть вторая. ТЯЖЁЛАЯ ЛЕТАЮЩАЯ ТАРЕЛКА

Хорошо помните пол главного коридора из метлахской плитки (мрамор в полированном бетоне), что идет через всю Биохимию? А замечали, что в конце того коридора на полу есть неровное бетонное пятно, где цемент несколько иной текстуры, а полированная мраморная галька отличается по цвету? Вроде как когда-то дырку в полу заделали. Вот об истории этой дырки и пойдет речь:

Пока умные люди на этой супер-центрифуге крутую науку делали, всё было хорошо — медицинские полковники народ в основном серьёзный. Но вот дорвался до передового края науки какой-то жутко блатной не то адъюнкт, не то клинорд аж в чине капитана. Но по блатате его отказать ему никак не могли и дали столько часов работы, сколько мальчику хотелось. Подвинули докторов-профессоров, мол очень хорошему перспективному человеку на очень важную тему срочно необходима наша центрифуга. Эх, жаль забыл его имечко — написал бы вкупе с паспортными данными. Мой однокашка, Сергей Власов, характеризовал его весьма точно — лёгкая стeпень дебильности, осложненная крайней мохнаторукостью. Так вот это капитанское чмо получило полный доступ и безраздельную власть над мировым достижением технической мысли.

Как-то после шести вечера, когда штатный инженер ушел домой, сей научный деятель остался в Лаборатории Тонкой Седиментации один. Ну пара курсантов-кружковцев не в счет. Взял тот научный светоч 200 миллилитровую тефлоновую пробирку с каким-то своим экстрактом для седиментации и засунул ее в первую попавшуюся лунку. Всё! Контрбаланс не сделал. Никого нет — на кой правила эксплуатации соблюдать? Включил машину. Машина не включатеся — вся красными лампочками мигает и визжит, как Скорая Помощь. Не проблема! Капитан уже выучил — под аккуратными импортными кнопочками и тумблерочками есть обыкновенный громоздкий русский выключатель из тех, что в казармах свет выключают. Щелкни его, и какофония с забастовкой у центрифуги сразу кончается — она начинает ротор раскручивать. А если по инструкции, то можно и пару часов с балансировкой провозиться, пока машинные визги успокоишь, да лампочки погаснут. Кому такой непродуктивный подход нужен?

Вот и отключил наш гений защиту от дурака и пошел на второй этаж чай пить. Центрифуга обороты набирает медленно, а там еще и крутить на заданных оборотах с час надо — короче времени завались. А что там только одна пробирка в крайнем ряду ротора его никак не волновало.

Проходит час. На кафедре Биохимии тишина. Несколько отработчиков и дежурный преподаватель сидят кучно в одном из классов-лабораторий. ВНОСовцы как мыши тихонько гонят свои эксперименты в подвале. И вдруг…

Пол в коридоре биохимии со страшным грохотом взрывается и в пролом влетает НЛО (неопознанный летающий объект характерной «тарелочной» формы). Крутясь на страшных оборотах и сыпя искры, с визгом пролетев по коридору, эта «летающая тарелка» вышибла какую-то дверь с куском стены в дальнем конце коридора, разгромила все в лаборатории и затихла. Как вы поняли, это был ротор ультраскоросной центрифуги.

После аварии оборудование ремонту не подлежало и было списано в металлолом. На Биохимии быстро провели ремонт. Блатному капиташке ничего небыло — он пошел дописывать свой диссер на другую кафедру.. Гражданского инженера-эксплуатационщика чуть не посадили по статье «Преступная Халатность», потом правда сжалились и просто уволили за халатное отношение к работе. Из курсантов и преподов находившихся в тот момент на Кафедре по счастливой случайности никто не пострадал. Методика ультратонкой седиментации больше в Академии не применялась. Вскоре и генерал Коровкин уволился на гражданку (тогда академики везде в почете были).

Мораль такова: если дурак дорвется к технике, то ни инженерно-програмные решения по защите от него, ни хорошие инструкции не помогают. И если дебил — блатной, он всё равно дебил.

Это я к тому, что никакие маховики в загородные дома нельзя ставить - опасно такую технику в руки обывателям давать...

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение09.06.2015, 22:46 
Заслуженный участник


20/08/14
8576
Россия, Москва
Опасно. Факт.
Ну вот поставит человек батарею свинцовых аккумуляторов, тоже без защиты (она ж денег стоит!), и получит потом когда-нибудь пожар. И чем это по Вашему лучше маховика? Любое техническое изделие опасно, более или менее.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение10.06.2015, 09:24 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


11/03/08
7871
Москва
DimaM в сообщении #1024534 писал(а):
sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Если взять килограмм бензина и килограммовый аккумулятор, то при сгорании бензина выделится в 100 раз больше энергии (40 мега джоулей на килограмм).

Урежьте осетра. У Li-ion 1-2 МДж/кг, а литий-воздушные (которые все никак не допилят) теоретически на уровне бензина. Плюс еще надо учесть, что с бензином КПД в обычном ДВС процентов 30.

sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Подскажите, а в пневмо баллоне какая заключена энергия? Сколько джоулей на килограмм сжатого воздуха?

$\dfrac{5}{2}RT$ на моль, округленно 200 кДж/кг. При 300 атм килограмм сжатого воздуха - это литра три.

sergey83 в сообщении #1024366 писал(а):
Может, в пневмо баллоне энергии больше, чем в электрическом аккумуляторе.

Без шансов. Химическая энергия (которая в бензине и кумуляторах) на порядки больше, чем энергия теплового движения (в сжатом газе).


1. Согласно Вики, удельная энергия литий-ионных аккумуляторов 0.47-0.72 МДж/кг. С другой стороны, бензин это всё же 25 МДж/кг, то есть в 30-50 раз больше, а с учётом К.П.Д. бензинового двигателя около 40%, то всего лишь в 12-20 раз
2. Тут скорее всего будет лимитировать масса баллона, а не газа в нём. Если не закладываться на гипотетические материалы, наподобие какого-нибудь "нанографена" (впрочем, и он вряд ли будет невесом), а ориентироваться на нынешний реал, то кислородный баллон на 40 литров и давление 200 ата имеет массу 76.5 кг пустой (без учёта колпака и башмака) и 88 кг заправленный (то есть масса газа около 13% общей массы баллона).
3. В таких условиях энергонасыщенность пневмоаккумулятора будет порядка 0.01 МДж/кг, что на порядок уступает дешёвым аккумуляторам - свинцовым (кислотным) и жнелезоникелевым. Если же предположить, что массой баллона удастся неглижировать, и учитывать лишь массу газа, то пневматика будет насыщеннее самых доступных аккумуляторов, но уступать уже никель-кадмиевым, литий-ионным же - на полпорядка.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение10.06.2015, 09:43 


07/08/14
3950
Евгений Машеров в сообщении #1025559 писал(а):
а с учётом К.П.Д. бензинового двигателя около 40%, то всего лишь в 12-20 раз

еще надо учесть, что бак с окислителем для ДВС - это атмосфера, а у батареек все внутри.
для сжигания 1 кг бензина из атмосферы забирается примерно 3,2 кг кислорода.
т.о. удельная теплота сжигания бензина с учетом массы кислорода - примернро 10 МДж/кг.

 Профиль  
                  
 
 Re: Есть ли будущее у электромобилей?
Сообщение10.06.2015, 10:06 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


11/03/08
7871
Москва
upgrade в сообщении #1025563 писал(а):
Евгений Машеров в сообщении #1025559 писал(а):
а с учётом К.П.Д. бензинового двигателя около 40%, то всего лишь в 12-20 раз

еще надо учесть, что бак с окислителем для ДВС - это атмосфера, а у батареек все внутри.
для сжигания 1 кг бензина из атмосферы забирается примерно 3,2 кг кислорода.
т.о. удельная теплота сжигания бензина с учетом массы кислорода - примернро 10 МДж/кг.


Это существенно, если выбирается, аккумуляторный ли двигатель ставить на "Луноход" или бензиновый. Тогда массу окислителя надо учитывать. Для большинства приложений на Земле (ну, ещё "анаэробные" двигатели для подлодок вспомнить), достаточно учитывать лишь массу топлива.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 404 ]  На страницу Пред.  1 ... 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ... 27  След.

Модератор: Модераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group