¡La primera tecnología del mundo! ¿Puede el aire comprimido impulsar los automóviles? ¿Puede reemplazar a los automóviles eléctricos y de combustible?
En el futuro, esta tecnología brillará en la generación de energía eólica, el almacenamiento de energía por compresión de aire, los motores de energía cinética del aire y otros campos. El motor aerodinámico desarrollado esta vez puede preinstalarse y funcionar en turismos.
¿Qué tipo de tecnología negra es el motor aerodinámico? Mientras el aire comprimido pueda impulsar un automóvil, ¿es mejor que un tranvía?
El motor aerodinámico parece muy avanzado, pero en realidad el principio es muy simple. Una comprensión simple es instalar un tanque de gasolina de alta presión en el automóvil y utilizar la energía del flujo de aire generada por el alivio de presión para impulsar el pistón y hacer que el automóvil se mueva. La diferencia entre este y el accionamiento eléctrico radica en la fuente de energía, uno es de aire comprimido y el otro es de motor. En comparación con los motores eléctricos de bajo consumo, el principio de funcionamiento de los motores aerodinámicos es más parecido al de los motores de combustión interna.
El motor de combustión interna de pistón utiliza el gas de alta temperatura y alta presión generado por la combustión de combustible mezclado con aire para impulsar el movimiento del pistón y hacer que el vehículo se mueva; el motor aerodinámico elimina el paso de combustión; e impulsa directamente el pistón a través del alivio de presión del aire comprimido.
El motor aerodinámico se desarrolló ya en 1903. En aquel momento, a una empresa británica Air Liquide se le ocurrió de repente la idea de utilizar aire comprimido para impulsar coches directamente sin gasolina. El principio de un motor aerodinámico es simple. Lograron el invento con un simple cambio, pero el motor que construyeron no podía producir suficiente torque para impulsar un automóvil pesado.
Desde hace más de 100 años, esta investigación se ha vuelto a poner en la agenda debido a la cada vez más grave contaminación por combustibles fósiles. Los vehículos de aire comprimido (CAV) y los vehículos eléctricos son productos que pueden sustituir a los vehículos de combustible en el futuro.
Los vehículos que funcionan con hidrógeno, que alguna vez estuvieron llenos de trucos, también son una importante dirección de investigación para los vehículos de nueva energía. Sin embargo, debido a la baja eficiencia de conversión de energía, la producción de hidrógeno puede consumir más electricidad que los vehículos de tracción directa, lo que hace que este proyecto sea completamente poco competitivo. ¿Pueden los vehículos de aire comprimido surgidos en los últimos años competir con los vehículos eléctricos?
Desde la perspectiva de la limpieza energética, los vehículos de aire comprimido son completamente limpios y no se diferencian de los vehículos eléctricos. Pero desde la perspectiva del consumo de energía, si se utiliza electricidad en el proceso de producción de aire comprimido, inevitablemente provocará una pérdida de energía eléctrica. Al igual que los vehículos que funcionan con hidrógeno, es mejor utilizar electricidad directamente para conducir el vehículo.
La raíz del problema viene en la producción de aire comprimido. ¿Es imposible crear aire comprimido sin electricidad?
El aire comprimido es fácil de producir. Hay muchas máquinas de aire comprimido en el mercado, pero todas estas máquinas son eléctricas. Este tipo de máquinas nunca deben utilizarse para la producción de aire comprimido a gran escala. Al igual que la energía eólica, hidroeléctrica y solar, estas fuentes de energía renovables se pueden convertir directamente en almacenamiento de energía de aire comprimido.
De hecho, China generalmente tiene un excedente de electricidad y el consumo de electricidad durante el día es siempre mayor que durante la noche. Las centrales térmicas y las centrales hidroeléctricas no significan que no funcionen de noche. La electricidad generada no se puede almacenar y sólo se puede perder. Si esta energía perdida se puede convertir en otras fuentes de energía y almacenarla, se ahorrará mucha energía.
En términos de capacidad de almacenamiento de energía, la última tecnología de almacenamiento de energía de aire comprimido cuasi isotérmico ha mejorado enormemente la eficiencia del almacenamiento de energía del aire comprimido. La capacidad actual de almacenamiento de energía del aire comprimido es cuatro veces mayor que la de las baterías de litio, alcanzando los 2,7Mj/kg o 3,6Mj/m3. La densidad de energía de la batería de fosfato de hierro y litio convencional del mercado es de 160 Wh/kg, que se convierte en una unidad equivalente de 0,576 Mj/kg. El calor residual generado por estas centrales térmicas y la energía del agua desperdiciada por las centrales hidroeléctricas se pueden utilizar directamente para comprimir aire y convertirlo en aire para almacenamiento.
De hecho, para mejorar la eficiencia energética, China lanzó un plan de almacenamiento de energía excedente hace muchos años, pero el núcleo de este plan es el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo. Construir un embalse aguas arriba de una central hidroeléctrica con condiciones de conservación de agua, utilizar el exceso de electricidad para bombear agua y almacenarla, y luego liberar el agua en el embalse para generar electricidad cuando la demanda de electricidad sea alta. La central eléctrica de almacenamiento por bombeo de China ocupa el primer lugar en el mundo en términos de capacidad instalada.
A finales de 2018, la capacidad instalada de centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo en todo el país era de 30 GW, lo que representaba el 1,6 de la capacidad total instalada de generación de energía, y se encontraban en construcción 50 GW.
Sin embargo, las desventajas de la conservación del agua y el almacenamiento de electricidad también son obvias, es decir, se requieren diferencias de agua y altura, por otro lado, el almacenamiento de energía del aire comprimido no se ve afectado por factores geográficos y tiene una gran aplicación; perspectivas en el futuro. Si se puede mejorar el almacenamiento de energía y se puede interrumpir la producción de aire comprimido, los vehículos de aire comprimido definitivamente podrán competir con los vehículos eléctricos en la lista de vehículos de nueva energía en el futuro.
El problema de la producción de energía está resuelto, pero aún queda una montaña por escalar para los vehículos de aire comprimido, que es la eficiencia energética de los motores. La razón principal por la que los vehículos eléctricos pueden reemplazar gradualmente a los vehículos de combustible es que la tasa de utilización de energía de los motores eléctricos es mucho mayor que la de los motores de combustión interna.
El motor de combustión interna impulsa el movimiento del pistón a través del gas expandido generado por la combustión, que a su vez emite una gran cantidad de energía térmica. La pérdida de esta energía térmica reduce en gran medida la tasa de utilización de energía del motor de combustión interna. . Según las estadísticas, la eficiencia de conversión del motor de combustión interna en energía cinética del vehículo es de sólo 17,9, mientras que la eficiencia de conversión del motor en energía cinética del vehículo es de 67. Por supuesto, esto es sólo un dato promedio, y sólo las mejores máquinas en sus respectivos campos pueden alcanzar niveles más altos.
¿Qué eficiencia tiene el motor aerodinámico?
El último informe de investigación muestra que para 2020, el prototipo de vehículo de aire comprimido cuasi isotérmico lanzado por el Dr. canadiense Reza Alizade Evrin tendrá la mayor eficiencia energética entre los vehículos de aire comprimido, alcanzando 74, que es 73- Un 90% más alto que el de los vehículos eléctricos de iones de litio. Todavía existe una gran brecha en eficiencia, pero aún muestra un potencial sorprendente.
Pero al observar la imagen, se puede ver que se trata solo de un modelo simple de máquina, y que todavía queda un largo camino por recorrer antes de que realmente se ponga en uso.
En circunstancias normales, tanto la compresión de aire como la liberación de gas a alta presión consumen mucha energía. El gas se calienta durante el proceso de compresión y se enfría durante el proceso de alivio de presión. Para dar un ejemplo simple, cuando se usa un extintor de incendios, el contenido del extintor será expulsado a alta presión y la boquilla y la tubería se enfriarán rápidamente. Por lo tanto, cuando utilice un extintor de incendios, no sujete la tubería, sino una boquilla especial de aislamiento térmico para evitar la congelación.
Debido a esta característica física, la eficiencia del sistema de almacenamiento de energía de aire convencional es solo de 40 a 45. Sólo bajo compresión adiabática, la eficiencia del almacenamiento de energía se puede aumentar de 70 a 75 durante el alivio de presión del aire comprimido; proceso, generalmente La eficiencia energética de los motores aerodinámicos es solo 50. El prototipo del Dr. Reza Alizade Evrin utiliza un tanque de gas de baja presión y una recuperación de gases de escape para alimentar un sistema intercambiador de calor de parafina, maximizando la eficiencia del motor aerodinámico, permitiendo que el motor aerodinámico alcance el umbral de eficiencia energética de los vehículos eléctricos de iones de litio. llegando a 74.
Desde la perspectiva del almacenamiento de energía del aire comprimido hasta la eficiencia energética del motor, los vehículos de aire comprimido tienen sus propias ventajas y desventajas en comparación con los vehículos eléctricos, pero estos datos se encuentran solo en la etapa experimental y todavía queda un largo camino. Queda por hacer antes de la comercialización.
Una vez que los vehículos de aire comprimido se pongan en uso comercial, se encontrarán con el mismo problema que los vehículos eléctricos: la autonomía. El prototipo aerodinámico de alta eficiencia mencionado anteriormente tiene una autonomía de sólo 140 kilómetros, mucho menos que los 400 kilómetros de los vehículos eléctricos puros ordinarios.
Para obtener una mayor resistencia, hay dos direcciones a considerar: una es aumentar el almacenamiento de energía unitaria y la otra es aumentar el número de tanques de gas comprimido. La presión de aire promedio en el tanque de aire comprimido es superior a 30 MPa. Para garantizar la seguridad, se ha utilizado fibra de carbono de alta resistencia como material del tanque, lo que dificulta aumentar el almacenamiento de energía de la unidad. Si considera aumentar la cantidad de tanques de combustible apilados para aumentar la autonomía de crucero, el costo aumentará mucho.
Creo que los vehículos eléctricos sólo tienen una autonomía de cien o doscientos kilómetros cuando salen. Después de décadas de acumulación tecnológica, ahora puede competir con los vehículos de combustible. Mientras la dirección general sea buena, los vehículos de aire comprimido también pueden convertirse en la próxima generación de vehículos de nueva energía.
¿Crees que los motores aerodinámicos son fiables? ¿Cuáles son las opciones si se pone en uso comercial?