22.01.2022 | 12:55
dpenava kaže:
smayoo kaže:
dpenava kaže:
Nekako mislim da je u superkondenzatorima budućnost, jer se električna infrastruktura više ne bi trebala dovoditi u svaki ćošak nego bi bilo dovoljno do obih benzinskih pumpi koje postoje i danas.
Nisam siguran da sam shvatio što točno misliš ovim. Možeš li, molim te, probati pojasniti?
Naime, zašto bi (super)kondenzatore mogli puniti na benzinskoj pumpi, a baterije ne bi?
Brzina punjenja odnosno u slučaju kondenzatora kažemo nabijanja.
Teoretski trenutačna. Naravno, u praksi kod ovako velikih kapaciteta moramo ograničiti struju, ali sveli bi današnjih 45-60 minuta na prihvatljivih 3-5 minuta "punjenja", što je usporedivo sa vremenom točenja goriva. Staneš negdje usput jadnako kao i danas, napuniš na brzinu i ideš dalje. Sa baterijama moraš čekati - zbog toga se i rade stanice za punjenje na svakom uglu.
Ne želim te vrijeđati, ali ovo tumačenje mi djeluje kao iz nekog holivudskog filma. Odakle to? Netko je nešto (stručno) napisao na tu temu negdje? Ili se radi o nekom popularnom tekstu nekog novinara s interneta?
Naime, punili mi bateriju ili kondenzator, ono što fizikalno činimo je da pohranjujemo u taj element - električne naboje.
Obični kondenzatori (čak i jako veliki) se pune "trenutačno" jer im je kapacitet - mali (1 uF je veliki kondenzator), a ukupna količina naboja definirana je naponom nabijenog kondenzatora i njegovim kapacitetom.
C=Q/U, dakle Q=C·U.
Pa, ako imamo nešto kao 800V na kapacitivnom slogu (kao što imamo na bateriji), onda se za npr. navedeni kondenzator od 1 uF radi o ukupno
Q=0,000001·800=0,0008As=0,8 mAs
Ako se izrazimo u ekvivalentu kapaciteta baterije, dakle u Ah, onda smo na
Q=0,8 mA · 1/3600 h = 0,00022 mAh, odnosno 0,00000022 Ah
(za usporedbu, tipični akumulator koji u osnovi služi za pokrenuti analaser benzinskog auta ima nešto kao 40 Ah, dakle jedno 180.000.000 milijuna puta više pohranjenog naboja.)
Za nabiti navedeni kondenzator strujom nabijanja od 1mA, treba ti 0,8 s. Ako struju nabijanja povećamo na 10 mA, treba nam 0,08 s. Praktički trenutno, i u jednom, i u drugom slučaju. Napominjem, ovo su sve srednje vrijednosti, struja nabijanja se eksponencijalno mijenja, baš kao i struja pražnjenja. Dosta je teško postići da se kondenzator prazni linearno, ali da ne širimo...
Možemo dalje dizati struju, ali, baš kao što baterija ne trpi preveliku struju punjenja, ne trpi ni kondenzator preveliku struju nabijanja. A koja je to snaga?
P=U·I
napon nabijanja je spomenutih 800V. Dakle, snaga je
P=800V·0,01A=8W.
Dakle, 8 vata. Opet, za usporedbu, fen za kosu ili kućna električna grijalica trebaju tipično 1500 do 2000 W.
E, sad, baterija.
Naravno, ne uspoređujem automobilsku bateriju s kondenzatorom od vešmašine , nego samo ukazujem na fizikalnu analogiju.
Recimo, baterija iz Tinovog plug-in hibrida je deklarirana da drži 11 kWh upotrebljive energije (onih donjih 20% "do dna" se ne računa, jer da to kreneš prazniti, ubiješ bateriju zauvijek).
Ako je puni na kućnom priključku, jednofaznom, iz njega može dobiti najviše 16A·230V = 3.680W = 3,68 kW.
Recimo da nema nikakvih gubitaka, 11 kWh energije u bateriju punjačem snage 3,68 kW napuniš za 11/3,68=3h. Baš kao što je rekao Tino.
Ako se dovezeš na neki komercijalni punjač, i on ima snagu 11 kW, napuniš istu bateriju za 11/11=1h.
Pod uvjetom da ti baterija podnosi toliku struju punjenja, i spojiš auto na 33 kW ultrabrzi punjač, napuniš je za 20 min (ako je prije toga ne upokojiš
).
Kužiš foru? Pohranjena energija, snaga punjenja, vrijeme. No free lunch.
E, sad idemo vidjeti superkondenzator. Recimo da pucamo na neki koji ima istih 11 kWh pohranjene energije.
11 kWh=11.000 Wh= 11.000W · 3600s=39.600.000 Ws
To je pohranjena energija. Vati puta sekunde. A vati su snaga, znači napon puta struja.
Recimo da ta baterija radi na istih ranije spomenutih 800V (možda je malo manje ili malo više, ali nije bitno za ovu ilustraciju). Pak onda možemo odrediti koliko bi to električnog naboja bilo pohranjeno takvom superkondenzatoru:
Q=39.600.000 Ws / 800 V = 49.500 As
(samo podsjetnik, to je 61.875.000 puta više naboja nego u onom na početku spomenutom velikom normalnom kondenzatoru od 1 uF)
Sad, usput, reality check... kako smo ono rekli, C=Q/U
C=49500As/800V=61.875 F iliti cca 61,9 kF. KILOFarada. To je 61,9 MILIJUNA puta veći kapacitet od onog velikog kondenzatora od 1 uF.
Ne pratim specijalistički što se događa oko razvoja superkondenzatora, ali ja bih kondenzator koji je desetke milijuna puta veći od normalnih nazvao ne SUPERkondenzatorom, ULTRAMEGAGIGAANDFAKJEBOTEkondenzatorom.
Ali nije to bitno. Rekoh, ne pratim specijalistički, možda je stvarno netko to napravio, nije to sad bitno.
Bitno je - koliko vremena nam treba da nabijemo taj kondenzator?
Pa sad ponavljamo računicu s početka:
Q=49.500 As
Za nabiti navedeni kondenzator strujom nabijanja od 1A, treba ti 49.500 s, odnosno 49.500/3600 13,75h. Ne zaboravi, to je struja punjenja pri naponu od 800V, dakle to je snaga od
1 A · 800 V = 800 W.
Ako struju nabijanja povećamo na 10 A, treba nam 4950 s, odnosno 1,4h, a snaga je
10 A · 800 V=8000W=8kW
Kužiš? Pohranjena energija (naboj), snaga, vrijeme. No free lunch. Jbg.
Da vidimo koliko bi nam trebalo da takav superkondenzator nabijemo praktički trenutno. Prvo, što je "praktički trenutno". Recimo da bi bili zadovoljni da nabijanje superdupersexykondenzatora traje isto koliko traje i tankanje čađare Daddine supruge
. Nešto kao 2-3 minute. Neka bude 5.
5 min je 5·60=300 s.
Za nabiti 49.500 As naboja u ne više od 300 sekundi, ako zanemarimo eksponencijalnu krivulju i promatramo samo prosječne vrijednosti, treba nam struja punjenja od:
49.500 As / 300 s = 165 A
Podsjećam, to je sve pri naponu od 800V.
Dakle, potrebna nam je snaga od
P = 165 A · 800 V = 132.000 W = 132 kW
Slovima: STOTRIDESETDVA kilovata
Naravno, to je pod pretpostavkom da taj supersexy-use-the-force-Luke-mega-jebemti-kondenzator
živ izdrži struju punjenja od 165A, i to, ako je moguće, barem 1000 puta u svom životnom vijeku.
E, dakle, kad bi to sve tako bilo, i da bi ti mogao, kako si rekao, na svakoj pumpi praktički trenutno nabiti takav superkondenzator, SVAKA PUMPA bi morala imati elektroenergetski priključak od 132 kW PUTA onoliko punjača-nabijača koliko želi istodobno omogućiti.
Trenutno, jedna prosječna benzinska pumpa sve svoje elektroenergetske potrebe rješava priključkom od 16 do 22 kW maksimalno, a to je snaga koja je već angažirana za ono što sad na toj pumpi radi.
Trenutno je realan i rješiv problem (ne samo kod nas u Hvatskoj, nego svugdje) kako NEKOJ pumpi omogućiti 33 kW dodatne snage za JEDAN supercharger za baterije elektromobila, a realan i vrlo izazovan problem je - kako SVAKOJ pumpi omogućiti to isto.
Nažalost, stvar, u smislu razvoja elektroenergetske mreže, nije linearna pa problem kako SVAKOJ (jer to si na početku rekao) pumpi omogućiti 132 kW dodatne snage za jedan supercapacitor charger nije samo 4 puta veći (132/33=4), nego barem 40 puta veći.
E, a kad bi sve to nekako riješio (npr. umjesto da priključujemo benzinske pumpe na niski napon 0,4 kV, priključimo ih sve na 20 kV i svaka ima svoju trafostanicu, itd. štojaznam ionako smo u domeni maštanja
) onda bi još morao riješiti problem što za nabijanje kondenzatora u početku treba struja koja je stotinama puta veća od ove prosječne, od 165A, koju smo spominjali u računici. Znači, ni snaga nije 132W, nego u špici punjenja trebamo 13,2 MW. Samo na par sekundi, ali ih trebamo. I tako...
Zato me zanima, otkud ta priča od superkondenzatorima koji se pune praktički trenutačno na svakoj pumpi? Pratim sve to oko elektromobila, baterija, obnovljivih izvora, itd, čitam tzv. white papers, proučavam, posjećujem sajmove, radim na konkretnim projektima, skupljam iskustvo, to mi je posao i struka, ali za takvo što još nisam čuo...?