الهواء المضغوط!! تقنية جديدة لتخزين الطاقة في التطبيقات المنزلية والصناعية
Image Source: Jinchao Liu and Chunqing Tan
طور فريق بحث بولندي من جامعة AGH للعلوم والتكنولوجيا نظام تخزين طاقة مصغر يعمل بالهواء المضغوط(CASE)، حيث يمكن استخدامه في المباني السكنية والمنشآت الصناعية. قال الفريق أن النظام لديه القدرة على التحكم في أداء عملية تمدد الهواء المضغوط من خلال تعديل عرض النبضات(PWM).
Image Source: AGH University of Science and Technology
النظام يتكون من ضاغط و مكبس وعمود المكبس وبار للربط، وكذلك عمود ميكانيكي. كما يستخدم وحدة تخزين الطاقة الحرارية(TES) لتحسين قابلية التحكم في أداء عملية تمدد الهواء المضغوط من خلال تعديل عرض النبضات(PWM). وهذه الطريقة يتم إستخدمها عادة للتحكم في الأجهزة التناظرية باستخدام إشارة رقمية.
الجزء التخزيني من النظام يتكون من خزان ثابت الضغط يخزن الهواء المضغوط على شكل طاقة ميكانيكية، ووحدة تخزين الطاقة الحرارية(TES) التي تخزن الحرارة التي تولدها عملية الضغط. ويتم استخدام مبادل حراري تحكمه بنبضات PWM للتسخين أجزاء الهواء المضغوط، ونظام من الصمامات للتحكم في تدفق الهواء. ثم يتم ربط النظام الميكانيكي بواسطة تروس إلى مولد الطاقة الكهربائية.
Image Source: AGH University of Science and Technology
أوضح الباحثون، بأن الجزء التمددي من النظام يشمل عناصر الدفع على شكل محركات تحول الطاقة الميكانيكية للهواء المضغوط إلى طاقة ميكانيكية الحركة التذبذبية للمكبس. يقوم هذا الجزء بتمديد الهواء المضغوط في الفراغ بعد العمل في حجرة المحرك.
وقام الباحثون بتحليل النظام بأستخدام أداة تحكم متعددة القيادة من أجل تقييم تأثيرها على تشغيل الموسع الهوائي. حيث تم اتخاذ قرار بتقديم مقارنة لديناميات الموسع الهوائي المتكون من واحد وثلاثة وخمسة وسبعة محركات خطية، حيث يكون حجم مجموع قطر المكبس متساوي في كل حالة. وحددوا مضيفين أن التحليل أخذ بعين الاعتبار كل من: الطاقة المتولدة وسرعة الدوران واستهلاك الهواء وتدفقات حجم الهواء.
أظهرت الاختبارات أن النظام ذو المحرك المتعدد ليس فقط يزيد من كفاءة النظام ولكن يساعد على أن تكون سرعة الدوران مستقرة، مما يزيد بدوره من توليد الطاقة الكهربائية. ولاحظوا أيضا، أن الموسع ذو الثلاثة محركات له قدرة كهربائية أعلى مقارنة بالموسع ذو الخمسة والسبعة محركات، والقدرة الكهربائية له تتذبذب بشكل أقل بكثير من الموسع ذو المحرك الواحد.
أيضا وجد الباحثون، بأن النسبة المثلى لدورة عمل متحكم الهواء المزود بنبضات PWM هي 0.5، مما يؤدي الي توليد قدرة كهربائية قدرها 1.1 كيلو واط وكفاءة طاقة للموسع الهوائي قدرها 65%.
في رأيي الباحثون، قالوا أن هذه الدورة العملية تتمتع بالقدرة على التحكم في الطاقة الكهربائية مع الحفاظ على قيمة كفاءة مقبولة. وأضافوا إيضا، أنه في حالة التحليل، كان نطاق تغير القدرة الكهربائية من 500 الي 1800 واط، أي من 20% إلي 75% من القدرة القصوى مع تغير في كفاءة العمل الكلية من 90 إلي 100% من الكفاءة القصوى.
