Устройство, допускающее как поглощение, так и выдачу электроэнергии, называют электрической аккумуляторной батареей, или электрическим аккумулятором.
Электрические аккумуляторы являются обязательной частью всех фотоэлектрических и небольших ветроэнергетических установок. Это неотъемлемая часть любого автомобиля и других транспортных средств.
Наиболее известен и широко используется свинцово-кислотный аккумулятор; у него напряжение на одном элементе 2,0-2,2 В.
Эти элементы соединяют обычно в батареи на 6, 12, 24 В и т.д., в зависимости от назначения. Кроме того, обычно эти батареи характеризуют емкостью в 6, 30, 45, 55, 60 А·ч и т.д.
Свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой сосуд, заполненный электролитом соответствующей плотности, т.е. раствором серной кислоты 
в дистиллированной воде, в который погружен блок пластин из чистого свинца 
и блок пластин из перекиси свинца 
(см. рис. 3.4). Вследствие постоянно происходящей диссоциации молекул кислоты в электролите заряженного аккумулятора имеются ионы водорода 
(катионы) и ионы кислотного остатка 
(анионы).
Рисунок 3.4 – Устройство и принцип действия кислотного аккумулятора.
Если пластины аккумулятора замкнуть на некоторое сопротивление, то через него потечет ток. Отрицательно заряженные ионы будут стремиться к пластинам из чистого свинца, заряженным положительно. Ионы водорода , имеющие положительный заряд, будут стремиться к отрицательным пластинам, содержащим двуокись свинца. Пластины из свинца принято называть отрицательными, а из двуокиси свинца – положительными.
При разрядке кислотного аккумулятора происходят следующие химические реакции (см. рис. 3.4, а):
у отрицательной пластины
;
у положительной пластины
.
Из рассмотренных химических реакций видно, что при разрядке кислотных аккумуляторов на всех пластинах выделяется сернокислый свинец 
и уменьшается концентрация электролита (вследствие диссоциации кислоты и выделения воды).
Сернокислый свинец обладает двумя недостатками. Во-первых, при интенсивном образовании сернокислого свинца возможно коробление или выпучивание пластин, а также «высыпание» из пластин активной массы, так как объем сернокислого свинца больше объема исходных продуктов, из которых он образуется. Во-вторых, сернокислый свинец по истечении некоторого времени кристаллизуется в нерастворимое вещество. Часть пластины, которая оказалась покрытой кристаллизовавшимся сернокислым свинцом, не участвует в химических реакциях. Вследствие этого снижается полезная емкость аккумулятора. Такое явление носит название сульфатации кислотных аккумуляторов. Для того чтобы избежать явления сульфатации, кислотные аккумуляторы не следует хранить в незаряженном состоянии, нельзя допускать недозарядку аккумуляторов. При коротком замыкании в результате бурной химической реакции и интенсивного выделения сернокислого свинца происходит коробление пластин кислотного аккумулятора.
Зарядка аккумуляторов производится от внешнего источника электроэнергии, генератора постоянного тока или выпрямителя. При зарядке к отрицательным пластинам направляются ионы водорода, а к положительным – ионы кислотного остатка. В результате возникают следующие химические реакции (см. рис. 3.4, б):
у отрицательной пластины
;
у положительной пластины
.
Следовательно, при зарядке аккумуляторов происходит разложение сернокислого свинца на исходные продукты, а также восстановление концентрации электролита. Очевидно, что окончанием зарядки аккумуляторов можно считать такой момент, когда весь сернокислый свинец разложился и концентрация электролита восстановилась до нормальной. При дальнейшей зарядке потребляемая аккумулятором электрическая энергия будет расходоваться на разложение воды, имеющейся в электролите. Вода разлагается на водород и кислород. Кислород, как наиболее активный газ, производит окисление металлов, имеющихся в аккумуляторе. Водород выделяется в атмосферу. Поэтому на поверхности электролита появляются пузырьки, создающие впечатление «кипения» электролита. В смеси с воздухом водород образует взрывчатый гремучий газ, который должен быть немедленно удален из аккумуляторного помещения.
Существуют так называемые щелочные аккумуляторные батареи, но они обычно при разряде отдают меньший ток и капризны при коротких замыканиях, поэтому их используют реже для аккумулирования электроэнергии. В настоящее время применяются в основном две разновидности щелочных аккумуляторов: кадмиево-никелевые и железо-никелевые.
Электролитом их является раствор едкого калия 
в дистиллированной воде (плотность электролита 1,19-1,21). В качестве активной массы положительных пластин служит гидрат окиси никеля 
, а активной массы отрицательных – губчатый кадмий 
(см. рис. 3.5).
При разрядке аккумулятора анионы щелочного остатка 
стремятся к пластинам из чистого кадмия. Избыточные электроны кислотного остатка направляются во внешнюю цепь и к пластинам из гидрата окиси никеля, где они нейтрализуются катионами калия. Таким путем создается разрядный ток аккумулятора.
При разрядке щелочного аккумулятора происходят следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
;
у положительной пластины
.
Рисунок 3.5. – Устройство и принцип действия щелочного кадмиево-никелевого аккумулятора
Из данных реакций видно, что при разрядке щелочного аккумулятора кадмий переходит в гидроокись кадмия 
, а трехатомный гидрат окиси никеля – в двухатомную гидроокись никеля 
. Эти вещества не обладают отрицательными свойствами, поэтому щелочные аккумуляторы не требуют тщательного ухода в эксплуатации, могут быть длительно незаряженными, мало разрушаются при коротких замыканиях.
При зарядке щелочных аккумуляторов катионы калия движутся к отрицательным пластинам, анионы щелочного остатка – к положительным. При зарядке происходят следующие химические реакции:
у отрицательной пластины
;
у положительной пластины
.
При разрядке, и при зарядке щелочных аккумуляторов плотность электролита остается постоянной, так как диссоциация едкого калия на ионы 
и компенсируется образованием 
.
После переработки всех веществ, участвующих в химических реакциях, при зарядке щелочных аккумуляторов происходит разложение воды электролита и «кипение» аккумулятора.
3.7. Механическое аккумулирование.
Гидроаккумулирующие электростанции
Под механическим аккумулированием понимают обычно системы или устройства, позволяющие аккумулировать энергию от возобновляемых или истощаемых источников – путем преобразования кинетической или потенциальной энергии тел или потоков в электрическую энергию. Так, гидроэнергетические системы приводятся в действие приподнятыми потоками, мощность которых:
, (3.7)
где 
– расход воды в заданном сечении, 
– высота падения потока, 
– плотность воды, 
– ускорение свободного падения.
Так как 
потока зависит от количества выпадения осадков, что не всегда соответствует по ритму потребности в энергии, все крупные гидроэнергетические системы имеют водохранилища, обеспечивающие аккумулирование энергии. Вода накапливается в водохранилище до высоты 
и проходит через турбины при управляемом расходе. Например, потенциальная энергия, запасаемая с помощью плотины высотой 100 м, обладает плотностью энергии 
=1,0 МДж/м3. Хотя эта величина сравнительно не велика, полная энергия, накапливаемая в водохранилищах, может быть огромной.
Работающие в двух режимах гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) используют два резервуара – верхний и нижний. Когда в энергосистеме имеется избыток мощности, вода закачивается в верхний бассейн. При увеличении потребности в энергии воду пропускают через турбины в нижний бассейн, обеспечивая генерирование электроэнергии.
На практике в ГАЭС используют агрегаты, работающие как в генераторном, так и в насосном режимах, используя один и тот же двигатель (генератор) – обычно синхронного типа.
Существует большое число крупных ГАЭС, которые используются для выравнивания колебаний потребностей энергосистемы. Это обеспечивает работу ТЭС и АЭС и других электростанций с постоянной нагрузкой в наиболее эффективном режиме.
Однако использование ГАЭС сопряжено с рядом трудностей или препятствий. Так сооружение ГАЭС ограничено вследствие топографических, геологических, гидрологических и экономических условий.
Контрольные вопросы
1. Необходимость согласования интенсивности возобновляемых источников энергии и нагрузки потребителей.
2. Классификация аккумулирующих устройств.
3. Принцип работы воздушно-аккумулирующей газотурбинной установки.
4. Основные недостатки воздушно-аккумулирующей газотурбинной установки.
5. Функциональная схема сверхпроводящего индукционного накопителя.
6. Принцип работы сверхпроводжящего индукционного накопителя.
7. Меры предосторожности при работе и аварийная защзита сверхпроводящего индукционного накопителя.
8. Принцип работы емостных накопителей.
9. Функциональная схема работы емостных накопителей.
10. Достоинства емкостных накопителей.
11. Водород как источник энергии.
12. Способы хранения водорода.
13. Принцип действия свинцово-кислотного аккумулятора.
14. Химические реакции при разрядке и зарядке свинцово-кислотного аккумулятора.
15. Отрицательное воздействие сернокислого свинца на работу свинцово-кислотного аккумулятора.
16. Принцип действия щелочного кадмиево-никелевого аккумулятора.
17. Химические реакции при разрядке и зарядке щелочного кадмиево-никелевого аккумулятора.
18Принцип гидроаккумулирования энергии.
19. Основные трудности гидроаккумулирования энергии.
ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ