جزوه تأسیسات آسانسور

مقدمه:

برق یا الکترونیک صورتی بسیار مناسب از انرژی است که دارای مشخصات زیر می‌باشد

1- به سادگی قابل انتقال است

2- روشهای مناسب و با بازدهی بالا برای تولید آن وجود دارد

3- مصرف آن به سادگی امکان پذیر است

این انرژی در واقع از پتانسیل لازم برای ایجاد یک ولتاژ مهیا می‌گردد. انرژی الکتریکی بر حسب ولتاژ و جریان قابل بیان است اگر مصرف کننده ، جریان   را تحت ولتاژ  مصرف نماید انرژی الکتریکی که مصرف می‌شود از رابطه زیر به دست می آید:

تعاریف اولیه :

بار الکتریکی – خاصیت فیزیکی ذرات بنیادی( همانند الکترون و پروتون ) در جذب و دفع همدیگر می باشد. واحد بار الکتریکی کولن است که کولن بر حسب آمپر تعریف می شود، یه این منظور کل باری که از یک مقطع سیم طی یک ثانیه می گذرد اندازه گیری می شود. 1 کولن باری است که طی یک ثانیه از سیمی با جریان 1  آمپر می گذرد . الکترون باری به اندازه  و پروتون باری به اندازه  دارد.

میدان الکتریکی – اگر بار آزمونی را در فضای نزدیک میله بارداری قرار دهیم یک نیروی الکترواستاتیک بر آن وارد خواهد شد. در این صورت می گوئیم که در این فضا میدان الکتریکی وجود دارد.

مفهوم میدان الکتریکی – اگر ذره بارداری در میدان الکتریکی قرار گیرد شروع به حرکت می کند الکترون در خلاف میدان و بار مثبت در جهت میدان حرکت می کند.

اساس ایجاد میدان مغناطیسی حرکت چرخشی الکترون است. اگر باری در میدان مغناطیسی قرار گیرد  حرکت نمی کند اما اگر یک قطب مغناطیسی در میدان مغناطیسی قرار گیرد شروع به حرکت می کند. اگر بار یا میدان در میدان مغناطیسی در حال حرکت باشد بر بار نیرو وارد می شود.

در عمده ژنراتورها یک سیم پیچ وظیفه تولید برق را از روی تغییرات شاری که توسط یک آهنربا با یک سیم پیچ مولد میدان ایجاد می شود بر عهده دارد به همین خاطر ژنراتورها به دو دسته آهنربای ثابت  premanent magnet و یا با سیم پیچ تحریک گروه بندی می شوند. در نیروگاه ها از انرژی پتانسیل نهفته در بخار، آب، باد، انرژی هسته ای، موج و تبدیل آن از فرم مربوط به خودش ، به فرم انرژی الکتریکی   برق تولید می کنند.

پتانسیل الکتریکی – میدان اطراف میله باردار را نه تنها به وسیله میدان الکتریکی ( برداری ) E بلکه به وسیله یک کمیت نرده ای مانند پتانسیل الکتریکی V نیز می توان توصیف کرد.

جریان – موضوع انتقال بار یا بار متحرک ، در مطالعه مدارهای الکتریکی اهمیت حیاتی دارد، زیرا در انتقال بار از نقطه ای به نقطه دیگر ، انرژی هم جابجا می شود. خطوط انتقال توان ، نمونه عملی این انتقال انرژی است. امکان تغییر آهنگ بار به همین اندازه مهم است، زیرا از آن در مخابرات و برای انتقال اطلاعات استفاده می شود. این فرآیند اساس سیستم های مخابراتی مثل رادیو ، تلوزیون و دورسنجی است. جریان یک مسیر مجزا ، مثلاً یک سیم فلزی ، علاوه برمقدار عددی ، جهت هم دارد. جریان آهنگ عبور   بار از یک نقطه مرجع در یک جهت خاص است.

واحد پتانسیل الکتریکی ولتاژ  Vو واحد جریان الکتریکی آمپر A می‌باشد واحد انرژی الکتریکی ژول است.

توان الکتریکی – ریت مصرف انرژی یا تولید انرژی در واحد زمان است.

واحد توان الکتریکی وات است واحد تجاری برای مصرف و تولید برق وجود دارد که تحت عنوان  معرفی می‌گردد. یک کیلووات ساعت در واقع توانایی تولید و یا مصرف توان یک کیلو وات در زمان یک ساعت و معادل انرژی مصرفی یک لامپ 100 W در 10 ساعت است.

هدف از این درس :

هدف از درس برق تآسیسات و آسانسور آشنایی با ملاحظات مربوط استانداردها و مفاهیم برق مصرفی در واحدهای صنعتی و غیر صنعتی ، ملاحظات مربوط به شناخت تجهیزات برقی (انواع کلیدها. فیوزها) اتصالات  برقی ، مدارهای برق تأسیسات و محاسبات مربوط به آسانسورها و ایمنی مصرف برق است. توصیه می شود به عنوان یک hand book  مناسب برای مهندسان با زمینه تخصصی غیر برق از کتاب   (هند بوک وسترمان) استفاده نمایید.

تولید ومنابع  توان الکتریکی :

تولید برق

تولید به یکی از صورتهای AC (Alternative current) و یا DC (Direct current)  میباشد. برق AC توسط ژنراتورهای AC و برق DC توسط ژنراتورهای DC و یا پیل و باطری تولید می شود.

دستگاههایی که برق AC را به DC و یا برعکس تبدیل می کنند را آداپتور (Adapter) یا (inverter)       می گویند.

اساس تولید برق در ژنراتورهای AC  قانون فارادی است و پیلها توسط خواص شیمیایی و فیزیکی تولید انرژی برق می نمایند.

روشهای ژنراتوری بر مبنای قانون فارادی می باشند . در این قانون چنانچه شار مغناطیسی عبوری از یک صفحه یا سیم پیچ با زمان تغییر کند روی سیم پیچ جریان ایجاد می گردد.

میدان الکتریکی از یک سطح بسته می گذرد . اگر سطح بسته شود باری که روی سطح بسته است :

میدان  مساحت = شار الکتریکی

تولید توان الکتریکی به روشهای زیر انجام می شود که در ادامه شرح هر بخش به تفصیل خواهد آمد :

پیل الکتروشیمیایی

باتری ها                    باتری های خشک

( منابع توان الکتروشیمیایی )      باتری های تر

گازی

پیک

دیزل

بخار

نیروگاهها     پایه       گازی

هسته ای

آبی

نیروگاه بادی

سایر روش ها       نیروگاه خورشیدی

زمین گرمایی ( Geothermal )

2- 1-1 منابع توان الکتروشیمیایی

منبع توان الکتروشیمیایی یا باتری وسیله‌ای است که از واکنش شیمیایی انرژی الکتریکی ایجاد می کند. کاربردهای منابع توان الکتروشیمیایی شامل سلولهای دکمه‌ای کوچک که در ساعتهای الکتریکی استفاده می‌شوند ، باتری‌های سرب ـ اسیدی برای راه اندازی ، روشنایی و تولید جرقه در وسائط نقلیه با موتورهای احتراق  داخلی است. کاربرد دوم آنها که احتمالاً طی بیست سال آینده اهمیت بیشتری خواهد یافت،  قابلیت بعضی سیستم‌های الکتروشیمیایی در ذخیره انرژی الکتریکی است که از طریق یک منبع خارجی ، تأمین نیروی محرکه خودروهای الکتریکی به صورت منابع تغذیه اضطراری و یا به صورت بخشی از سیستم‌های تغذیه برق شهر جهت برآوردن پیک‌های تقاضای کوتاه مدت (ترازبندی بار) یا در ارتباط با منابع انرژی تجدید پذیر مثل توان خورشیدی، موج یا باد به کار می‌روند.

اولین توصیف موثق در مورد باتری الکتروشمیایی توسط Alcssandro Volta پروفسور فلسفه وفیزیک دانشگاه پاویا درایتالیا در نامه‌ای به جامه سلطنتی ( لندن) در سال 1800 ارائه شد.

2- 1-2 نامگذاری

استفاده از واژگان مربوط به وسایل الکتروشیمیایی که انرژی شیمیایی را به الکتریکی تبدیل می‌کنند همراه با کمی سردرگمی است. در بسیاری موارد خواص این وسایل با گذر زمان تغییر کرده اما اسامی اولیه خود را حفظ کرده‌اند. در بقیه موارد واژه‌های متداول روشنگر ماهیت وسیله نیست. واژه باتری در اصل در مورد گروهی از «  سلولها »  با آرایش سری یا موازی بکار می‌رفت اما اکنون به یک سلول منفرد یا گروهی از سلولها اتلاق می‌شود.

سیستم اولیه سیستمی است که عمر مفیدش وقتی تمام می‌شود که واکنشگرهای آن با پروسه دشارژ مصرف شده باشند. برخلاف آن، سیستم ثانویه هنگامی قادر به شارژ یا دشارژ می‌شود که واکنشگرهای آن مصرف شده باشند. با عبور جریان از سلول در جهت مخالف دشارژ ، واکنش الکتروشیمیایی خود به خود را می‌ توان معکوس نمود. بنابراین باتری ثانویه را می‌توان واحدی برای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی در نظر گرفت.  اما به این نکته توجه کنید که در این باتریها انرژیی که از جریان  خارجی حاصل می‌شود، نه به صورت انرژی الکتریکی همچون یک خازن، بلکه به صورت انرژی شیمیایی ذخیره می‌گردد. سایر واژه‌هایی که گاهی جهت توصیف این سیستم‌ها بکار می‌ روند نظیر انباره ( این واژه به همراه « سلول» و « مدار»    توسط Davy معرفی شد)، باتری ذخیره کننده، باتری قابل شارژ و غیره می‌باشند. در سلول رزرو یک جزء (معمولاً الکترولیت) از بقیه باتری جدا بوده یا در شرایط غیرفعال نگهداری می‌گردد تا زمانی که سلول فعال شود. چون در چنین سلولهایی دشارژ خود به خود و سایر پروسه‌های شیمیایی به حداقل می ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسد، لذا  نگهداری آنها به مدت طولانی در شرایط آب و هوایی ناسازگار امکان پذیر است. نمونه کاربردهای سلول رزرو در چراغ جلیقه نجات یا قایق نجات یا در سیستم سلاح‌های موشکی می‌باشد.

در اینجا در مورد سلولهای سوختی که معرفهای[1] کاتودیک و آنودیک آنها معمولاً به شکل گازی بوده و در خارج ذخیره شده و قارند به طور مداوم، سلول الکتروشیمیایی را تغذیه کنند، بررسی انجام نمی گردد.        در این مورد اخیراً کتبی نوشته شده است. در اینجا اصطلاح « سلول هیبریدی» برای توصیف منبع توانی بکار رفته است که یکی از معرف‌های فعال آن مانند اکسیژن هوا در حالت گازی است. با این مضمون اصطلاح «هیبرید» را نبایستی با مفهوم آن در اصطلاح «خودروهای برقی هیبریدی» اشتباه کرد، زیرا در آنجا به وسائط نقلیه‌ای اشاره می‌کند که بیش از یک منبع توان دارند.

نام سلول الکتروشیمیایی به رایج ترین روش با قرار دادن الکترود منفی در چپ الکترود و مثبت در راست نوشته می‌شود. بنابراین با گفتن نام سلول سدیم ـ گوگرد در می‌یابیم که سدیم معرف فعال در الکترود مثبت است. جهت تطبیق با اصطلاحات رایج در اینجا سه استثناء قائل می‌شویم بدین صورت که سلول              سرب ـ  اکسید سرب را « سرب ـ اسید» سلول کادمیوم ـ اکسید نیکل را « نیکل ـ کادمیوم» و سلول روی ـ دی اکسید منگنز را سلول « سلول لاکلانش» می‌نامیم.

2- 1-3 رنسانس در توسه باتری

تا همین اواخر باتری‌های « سنتی» که از الکترودهای جامد و الکترولیت‌های آبی استفاده می‌کردند برای اکثریت کاربردهای عمومی رضایت بخش بودند. سیستم‌های اولیه سنتی مانند سلول لاکلانش Zn-Mno₂  و سلول منگنز آلکالاین منابع توان مناسبی برای تجهیزات برقی پرتابل بوده (و هنوز تا حد زیادی هستند). باتری‌های قابل شارژ دیرپا مانند باتری‌های سرب-اسیدی یا نیکل ـ کادمیوم مدت زمان مدیدی است که به عنوان واحدهای ذخیره کننده انرژی کوچک و متمرکز ( در مناطقی مثل روستاها، سیستم‌های تلفن و          راه آهن و غیره) و به عنوان منابع توان کمکی در حمل ونقل زمینی، هوایی و دریایی بکار رفته‌اند. طی سالیان دراز تحقیق و توسعه در صنعت باتری اساساً جهت بهبود این سیستم‌های شناخته شده به ویژه در حوزه طراحی مهندسی و تولید آنها بوده است.

به هر حال طی 25 سال گذشته این وضعیت به طور قابل ملاحظه‌ای تغییر کرده است. اولاً ارتقای فن آوری نیمه‌هادی‌ها منجر به تولید انبوه مدارهای مجتمع (LSI, VLSI, ULSI) شد که صنعت الکترونیک را  دگرگون نمود. اکنون اجزاء میکروالکترونیکی، ارزان قیمت بوده و به طور وسیعی در تولید ماشین  حساب‌های جیبی، ساعت‌های الکتریکی و وسایل مشابه بکار می‌روند. در سال 1990 تولید جهانی ساعت‌های باتری دار 10⁸*4 عدد بود. به زودی توسعه گسترده وسیعی از چنین محصولات مصرفی الکترونیکی، مساحت منابع تغذیه مینیاتوری را با انرژی در واحد حجم بسیار بالاتر و خواص دشارژ برتر در مقایسه با باتری‌های سنتی ایجاب نمود.

انرژی قابل استفاده کل یک باتری معیاری از میزان برقی است که می‌تواند تأمین نماید (این انرژی معمولاً بر حسب Wh سنجیده می‌شود) و نسبت مستقیم با سایز باتری دارد. یک نوع طبقه‌ بندی باتری‌ها طبقه ‌بندی     بر حسب سایز می‌باشد. همانطورکه درجدول 2-1 رایج ترین انواع باتری هی تجاری برطبق سایز طبقه‌ بندی شده‌اند. گستره انرژی باتری‌ها حداقل تا بیش از 15 مرتبه بزرگی امتداد می‌یابد. در پایین گستره سلول‌های تجربی به مساحت cm1/0 با الکترولیت جامد PbF₂  قرار دارند که انرژی کل آنها تنها در حدود         Wh^6-10*1 است. انرژی کوچکترین سلولهای دکمه‌ای تجاری در حول و حوش 100 mwh می‌باشد در حالی که انرژی سلولهای استوانه‌ای معمول با سایز D و حجم کل ³cm45 در حدود 2 تا 15 وات ساعت است. سلولهای قابل شارژ مورد استفاده در ابزار قدرتی و سایر وسایل برقی بی سیم قادر به تأمین 20 تا 100 وات ساعت می‌باشند. در بالای گستره، باتری‌های سرب ـ اسیدی زیردریایی‌ها با وزن حدوداً 200 تن قرار دارند که انرژی اعلام شده آنها Mwh3 می‌باشد در حالی که اکنون باتری‌های ترازبندی بار 40 مگاوات ساعتی تحقق یافته‌اند.

شکل 2- 1-2 ابعاد ( برحسب میلی متر) و ظرفیت‌های چند نمونه سلول دکمه‌ای

جدول 2- 1-1: طبقه بندی باتری‌ها بر طبق سایز

باتری ها علاوه بر طبقه بندی بالا ، از منظر دیگر به صورت زیر طبقه بندی می شوند :

پیل الکتروشیمیایی

باتری ها         باتری های خشک

باتری های تر

                        باتری های Deep – cycle

2- 1- 5 باتریهای مینیاتوری :

باتری‌های مینیاتوری با الکترولیت آبی، غیرآبی و جامد، منابع توان تجهیزات میکروالکترونیکی و سایر تجهیزات مینیاتوری به شمار می ‌روند. در شکل 2-1-2 اندازه و شکل بعضی سلولهای دکمه‌ای به طور نمونه نشان داده شده است. کاربرد نوعی چنین سلول‌هایی در ساعتهای الکتریکی می‌باشد که مدار اسیلاتور آنها به طور پیوسته از میکروآمپر جریان می‌کشد و با توجه به نوع نشان دهنده و مقسم  فرکانس یک واحد کامل  ممکن است برای کار کردن به جریان کل 2/0 تا 5/0 میکرو آمپر نیاز داشته باشد. از این رو مقدار کل انرژی الکتریکی مصرفی برای یک سال کار کردن ساعت، در حدود 15 تا60 میلی وات ساعت است. در  حال حاضر باتری‌هایی ساخته می‌شوند که به مدت 5 تا 10 سال عمر می‌کنند. در باتری‌های ساعت، نرخ دشارژ خود به خود بایستی بی نهایت کم بوده و آب ‌بندی نیز بسیار مطمئن باشد تا از نشت باتری جلوگیری شود. بعلاوه این نوع باتری‌ها از نظر طراحی هم محدودیت‌های زیادی دارند تا بتوانند در فضای محدود  داخل قاب ساعت جا بگیرند.

از نقطه نظر الکتریکی علاوه بر بالا بودن میزان انرژی (یعنی مقدار انرژی تأمین شده در واحد حجم) لازم است تا جهت دقت کارکرد مدارات ساعت، دشارژ به طور یکنواختی انجام پذیرد. بعلاوه در ساعت‌هایی که صفحات آنها دارای دیود کریستالی مایع است. باتری باید قادر به تحمل پالس‌های دشارژ تصادفی با نرخ بالا باشد، چون این نوع ساعتها معمولاً مجهز به یک لامپ تنگستن کوچک جهت روشنایی زمینه می‌باشند. راه دیگر تأمین توان ساعتها استفاده از باتری‌های مینیاتوری با ظرفیت نسبتاً کم است به طوری که با استفاده از سلولهای خورشیدی، قابل شارژ باشند.

2- 1- 6 باتری‌های تجهیزات پرتابل

احتمالاً شناخته شده ترین باتری‌ها، « باتری‌های خشک» بسته بندی شده ارزان قیمت هستند که در بسیاری  از لوازم روشنایی پرتابل، اسباب بازیها، رادیو و شمار متعددی از سایر کاربردها استفاده می‌شوند. در        شکل 2- 1-4 چند تک سلول استوانه‌ای با سایز استاندارد نشان داده شده‌اند. اکثریت این گروه از باتری‌ها، بر پایه سیستم zn-Mno₂  لاکلانش می‌باشند. اگرچه نسخه اولیه این سیستم در اواخر قرن پیشین ابداع شد، امروزه  بهبودهای قابل ذکر و مداومی در ویژگی‌های کاری آن به وجود آمده است ( و این بهبودها هنوز نیز ادامه دارند). اما تنظیم ولتاژ در چنین سلولهایی نسبتاً ضعیف است و پیشرفت دشارژ کاهش می‌یابد. با ابداع سلول zn- HgO روبن ـ ملوری در دهه 1940 منبع دشارژ یکنواخت و دانسیته انرژی بهتر فراهم آمد.  اخیراً سلولهای دارای آنود و الکترولیت حلال‌های ارگانیک، دانسیته‌های انرژی بالاتری را نیز بدست   داده‌اند. چنین باتری‌هایی در مقایسه با باتری‌های لاکلانش، نسبتاً گران قیمت بوده اما در کاربردهایی که  داشتن وزن سبک اهمیت داشته است وسیعاً مورد مصرف قرار می‌گیرند.

شکل 2- 1-4: ابعاد استاندارد سلول‌های اولیه استوانه‌ای (بر حسب میلی متر)

در بسیاری از کاربردها که نیاز به جریان نسبتاً زیادی ‌باشد استفاده از باتری‌های قابل شارژ آب بندی شده یا (بدو نیاز به مراقبت و نگهداری)1 به عنوان منبع انرژی الکتریکی بسیار به صرفه تر است. این امر به طور نمونه در مورد ابزار قدرتی بی ‌سیم، گیرنده‌های تلویزیون پرتابل، بوته صاف کنها و وسایل چمن ‌زنی، روشنایی اضطراری وغیره مصداق دارد. از انواع این باتری‌ها می‌توان به سیستم‌های آلکالاین ( قلیایی)    نیکل ـ کادمیوم ، نیکل ـ هیبرید فلزی ، آلکالاین آهن اکسید نیکل ، سرب ـ اسیدی آب بندی شده و اخیراً باتری‌های یون لیتیم اشاره کرد. در گستره Ah15 ـ mAh10 ابعاد خارجی بسیاری از این باتری‌ها دقیقاً مطابق با ابعاد خارجی سلول‌های اولیه بوده و لذا با آنها قابل تعویض می‌باشند. باتری‌های بزرگتری با ظرفیت‌های تا Ah1000 نیز موجودند. عمر چرخه باتری آلکالاین بسیار مطلوب است (یعنی قادر به انجام چرخه‌های شارژ/ دشارژ متعددی می‌باشد)، در دماهای بسیار پایین عملکرد خوبی دارد، تنظیم ولتاژ آن نسبتاً خوب بوده و مستحکم [1] می‌باشد، اما این باتری‌ها از باتری‌های سرب ـ اسیدی معادل، بسیار گران قیمت ‌ترند. هر دو نوع مذکور دانسیته انرژی (یعنی مقدار انرژی تأمین شده در واحد جرم) کمی دارند و ممکن است در آینده در کاربردهایی که نیاز به وزن سبکی می‌باشد سیستم‌های لیتیم ـ ارگانیک جایگزین آنها شوند.

2- 1- 7 باتری‌های SLI

چنین باتری‌هایی برای روشن کردن موتورهای پرتراکم و اغلب در دماهای پایین که ویسکوزیته روغن موتور بالا است لازم می‌باشند. بدین منظور ممکن است تا A500 جریان کشیده شود. بعلاوه این باتری باید منبع   تغذیه‌ای جهت ایجاد جرقه، روشنایی، تهویه، هیتر شیشه عقب و غیره نیز باشد. اغلب مدارات الکتریکی ماشین‌های مدرن سیستم اسمی 12 ولت را به کار می‌گیرند و باتری این ماشین‌ها دارای 6 سلول            سرب – اسیدی سری با ظرفیتی در مرتبه 40 تا 60 آمپر ساعت است. با ارتقای مواد و  دوام و عمر  سرویس دهی، به حدود wh/kg45 و wh/dm75 افزایش یافته است (در باتری‌های SLI به کار بردن اصطلاح «عمر چرخه» مناسب نیست چرا که این باتری‌ها به طور معمول دچار دشارژهای عمیق          نمی گردند). توسعه انواع جدید آلیاژ سربی، پوشش جداکننده و قاب باتری، منجر به ظهور باتری‌های SLI   « بدون نیاز به مراقبت و نگهداری » شده است که در مدت عمر خود نیاز به افزودن آب نداشته ( یا نیاز بسیار کمی دارند). بقای شارژ1آنها بسیار عالی بوده و خوردگی بارزی در ترمینال‌ها مشاهده نمی گردد. به علت کلان بودن میزان تولید باتری‌های SLI این باتریها نسبتاً ارزان بوده و بنابراین غالباً با موفقیت تمام برای کاربردهای دیگری مثل تأمین نیروی کششی در چمن زنها و گاریها، روشنایی اضطراری و غیره استفاده می‌شوند.

به دلیل عملکرد بسیار خوب باتری‌های نیکل ـ کادیوم با صفحات نازک تف جوش شده 2 در دمای پایین، از   این باتریها به عنوان منبع تغذیه هواپیماها، هلی کوپترها، تانک‌ها و خودروهای نظامی استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گردد. سلول‌های جدید Ah40 که برای مصارف هوابرد طراحی شده‌اند قادر به تأمین توان لحظه‌ای kw20 در دمای c˚25 و بیش از kw10 در دمای c˚30- هستند. مصرف این سیستم‌ها نیز به دلیل پرهزینه بودن آنها نسبت به باتری‌های سرب ـ اسیدی محدود شده است.

2- 1- 8 باتری‌های کششی وسائط نقلیه

همان طور که در بالا اشاره شد استفاده وسیع از باتری‌های الکتریکی برای کشش وسائط نقلیه امتیازات متعددی دارد: مصرف این نوع باتری، علاوه بر بهبود در وضعیت محیط زیست(به خاطر کارکرد بی سروصداو ناآلاینده  Evها3 ) منجر به حفاظت از منابع نفت خام و عملکرد بهینه ترسیستم مولد برق شهر، در نتیجه ترازبندی بار می‌گردد که این امر در اثر شارژ شبانه باتری‌های Ev حاصل می‌شود. سابقه خودروهای برقی به اواخر دهه 1830 زمانی که اولین « کالسکه برقی» دنیا در اسکاتلند ساخته شد برمی گردد. قبل از پایان صده نوزدهم یک ماشین فرانسوی با منبع باتری رکورد جهانی سرعت را به بیش از kmh200 و   رساند و تا سال 1916 تولید سالانه وسائط نقلیه برقی در امریکا به 10000 عدد رسیده بود. اجزاء متحرک Ev ها از سایر خودروها کمتر بوده و به دلیل فقدان ذاتی ارتعاش در موتور برقی از فرسایش آن جلوگیری  به عمل می‌آید که در نتیجه نیاز به مراقبت و نگهداری کاهش یافته و عمر خودرو افزایش می‌یابد. کنترل الکترونیکی و سیستم ترمز احیا شونده موجب تسهیل در راندن Ev ها به خصوص ترافیک سنگین شهری  شده است. علی رقم این که اکنون رکورد تائید نشده جهانی سرعت برای  Evها بیش از mph1881 اعلام شده است در حال حاضر هیچ خط تولید عمده‌ای برای خودروهای باربر یا سواری تجاری وجود ندارد. تاکنون دلیل عدم موفقیت نسبی وسائط برقی از نظر تجاری، در لزوم بهره ‌مند بودن از ویژگی‌هایی بوده است که  باید برای حصول به عملکرد (و هزینه) قابل قیاس با خودروهای احتراق داخلی، در باتری موجود باشد. سرعت شتاب و برد2 اغلب Ev های کنونی به سبب دانسیته انرژی و توان کم باتری‌های کشش محدود شده است.

یک اتومبیل خانوادگی نوعی، با وزن تکمیل 1 تا 5/1 تن برای طی مسافت 50 کیلومتر نیاز به 5 تا 10 وات ساعت انرژی دارد. اگر رقم کوچکتر (5 وات ساعت) را در نظر بگیریم این اتومبیل تقریباً ³dm 5/4 یا kg9/3 بنزین مصرف می‌کند. برای اینکه یک باتری سرب ـ اسیدی قادر به اجرای نرخ مفیدی از کار چرخه‌ای عمیق مصرف گردد باید به طور متوسط دارای دانسیته انرژی wh/kg25 باشد. از این رو برای طی همان مسافت (50 کیلومتر) به باتری ‌ای با وزن kg200 و حجم ³dm120 نیاز است. به عبارت دیگر، ذخیره انرژی سرب ـ اسیدی تا 50 برابر سنگین تر و فضای اشغال شده‌اش 25 بار بیشتر از معادل  بنزینی‌اش می‌باشد. نقاط ضعف دیگر Ev ها شامل محدودیت توان قابل استفاده برای شتاب و صعود و نیاز به زمان لازم برای شارژ باتری می‌باشد. برای مقایسه زمان شارژ 6 تا 12 ساعت را با 2 تا 3 دقیقه‌ای که  برای پر کردن بنزین لازم است در نظر بگیرید. جالب است بدایند که فلوی توان معادل از یک شلنگ عادی پمپ بنزین حدود Mw30 است.

کشش برقی با استفاده از باتری‌های قابل شارژ بخش مهمی از بازار خودروهای تخصصی و بیرون جاده‌ای  را به خود اختصاص می‌دهد. در صنعت حمل و نقل مواد از خودروهای با منبع باتری همچون               لیفت تراک‌های چنگکی و کامیون‌های برج ‌دار انواع تراکتورها به طور وسیعی استفاده می‌گردد. به دلیل کارکرد بی سرو صدا و آسان با استفاده از کنترل‌های الکترونیکی به همراه عدم وجود دود اگزوز این خودروها برای استفاده در مناطق بسته مثل انبار کالا و کارخانه‌ها ایده‌آل می‌باشند. برای حمل بارو آذوقه و پرسنل 1 در فرودگاهها ، بیمارستان‌ها و مجتمع‌های صنعتی بزرگ به انواع مختلفی از تراکتورها نیاز می‌باشد. چرخ برقی گلف و ویلچرهای برقی در هما جای دنیا دیده می‌شوند. انگلیس به خاطر وجود حدود 25000 کامیون حمل شیر یکی از بزرگترین ناوگان Ev های ثبت شده را داراست. اما با پا گرفتن عرضه شیر طویل‌العمر در سوپرمارکت‌ها سنت تحویل روزانه شیر به درب منازل در حال افول است (طی 5 سال گذشته به میزان 20 درصد کاهش مشاهده شده است). این امر همراه با طول عمر این خودروها (بیش از 25 سال) منتج به کاهش ساخت ماشین‌های جدید حمل شیر به میزان ده برابر شده است.

زیر دریایی‌های از نوع رآکتور غیرهسته‌ای برای رانش در شرایط غوطه ‌وری به باتری های ذخیره کننده متکی اند. در زیردریایی‌ها عموماً از سیستم سرب ـ اسیدی استفاده می‌شود اما در بعضی از آنها باتری‌های روی ـ اکسید نقره سبک کار گذاشته می‌شوند. انرژی ذخیره شده در گستره 2 تا 3 مگاوات ساعت بوده و وزن باتری‌ها ممکن است بیش از 180 تن باشد. در چنین واحدهای بزرگی لازم است تا مراقبت‌های خاصی انجام گیرد تا گرما به طور مناسب پراکنده شده و از این رو از ایجاد افتراق دمایی بیش از حد جلوگیری گردد.

همچنین بسیاری از وسائط کششی غیر معمول تری نیز وجود دارند که با باتری کار می‌کنند. به طور نمونه، درآلمان مخازن سرنشین داری تحت بررسی ‌اند که در آبهای ساحلی کار کرده و با باتری‌هایی راه‌اندازی می‌شوند که از طریق سلول‌های فتوولتائیک شارژ می‌گردند. یک موتور سیکلت با استفاده از باتری‌های     روی ـ اکسید نقره با سرعت بیش از mph165 حرکت کرده در حالی که نوع dragster برقی مسافت یک چهارم مایل را به طور پیوسته در 11 ثانیه طی نموده است. هواپیماهای تغذیه شده از طریق باتری از اوایل دهه 1970 مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. موفقترین ماشین‌های سرنشین دار، هواپیماهای بی موتور با تغذیه هیبرید باتری خورشیدی و هواپیماهای بسیار سبک  با تغذیه باتری هستند. در مورد توسعه هواپیماها برای بازرسی از راه دور و بازدیدهای مقدماتی شهری و نظامی استفاده شده است. از جمله خصوصیات هواپیماهای فوق داشتن بار مفید چند کیلوگرمی، برد 50 تا 100 کیلومتر و مدت پرواز یک ساعت می‌باشد محقق می‌باشند. از مزایای بارز آنها در مصارف نظامی، وجود سکوی بدون لرزش به نوفه کمو گسیل مادون قمرز در حد صفر می‌باشد. اکنون توسعه هواپیما‌های کنترل از راه دور سبک وزن برای جنبه‌های نامبارک جنگی مورد بررسی می ‌باشد.

2- 1- 9 باتری‌های ساکن

کاربردهای اصلی باتری‌های ذخیره کننده در گستره Mwh5 ـ wh250 عبارتنداز تأمین توان آماده به خدمت برای روشنایی اضطراری، خدمات تلفن، تجهیزات بیمارستانی و غیره، یا برای ذخیره محلی در ایستگاههای رله دور افتاده، ایستگاههای رادیویی، بویه‌های دریایی و غیره. در هر دو نوع کاربرد، چرخه عمیق به   ندرت اتفاق می‌افتد. عموماً شارژ از نوع « تدریجی» مداوم و از طریق برق شهر یا انرژی خورشید، باد یا موج انجام می‌گیرد. باتری‌های ساکن به منظور تأمین توان آماده به خدمت معمولاً از طرح خاصی از سلول سرب ـ اسیدی به نام « پلانته با عملکرد بالا» ساخته می‌شوند. در این نوع باتری معمولاً میزان اتلافات   بسیار ناپایدار بوده و طول عمر آنها بسیار بلند نوعاً 20 تا 30 سال می ‌باشد. حدود 25 درصد توان کمکی آماده به خدمت از طریق باتری‌های نیکل ـ کادمیوم حاصل می‌گردد.

شکل 2- 1-5 مدار شماتیک یک منبع تغذیه اضطراری را نشان می‌دهد. بار مستقیماً از طریق برق شهر تغذیه می‌شود ( که باتری را نیز به طور « شناور» شارژ می‌کند) اما در صورت وقوع قطع برق شهر، سیستم کنترل برق شهر، بار را به طور اتوماتیک به معکوس کننده، سوئیچ می‌کند.

شکل 2- 1-5 مدار شماتیک منبع تغذیه اضطراری وقفه ‌ناپذیر.

در اماکن دوردست دانمارک برای مبادلات تلفنی اتوماتیک از منابع آسیاب بادی/ باتری با استفاده از باتری‌های سرب ـ اسیدی Ah400، به طور موفقیت آمیزی استفاده شده است. از سال 1965 توربین‌های کوچک هوا (w100) که از موج نیرو می‌گیرند برای شارژ باتری بویه‌های دریایی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و از سیستم باتری/انرژی خورشیدی در مقاصدی همچون تأمین انرژی بویه‌های بازرسی برج‌های ارسال علائم نزدیک فرودگاهها علائم هشدار از راه دور جاده‌ای، سیستم‌های تله‌‌ متری و گستره وسیعی از کاربردهای مشابه، به خوبی استفاده شده است.

شکل 2- 1- 6

منحنی تقاضای الکتریسیته ملی انگلیس در زمستان منحنی در جهت محور x می ‌رود. در انگلیس میزان  تقاضا در زمستان به طور تقریبی دو برابر تابستان است.

2- 1- 10 باتری‌های ترازبندی بار

منحنی هموار شده میزان تقاضای برق در انگلیس به طور شماتیک در شکل 2-1-6 نشان داده شده. چنین نموداری همواره یک حداقل عمیق را در طول شب و در پی آن افزایش تقاضا را در طول ساعات بیداری نشان می‌دهد. تعدادی پالس‌های تیز کوتاه مدت به این منحنی اضافه شده‌اند که معمولاً مربوط به عدات   تماشای تلویزیون و پخت و پز هستند. بنابراین در صنعت تولید برق نیروگاهها باید قادر به تولید بیش از    نیاز پیک باشند. این کار عموماً به طریق زیر انجام می‌پذیرد:

• تولید بار پایه توسط راکتورهای هسته‌ای یا ژنراتورهای بهینه دیگر که با ظرفیت مطلوب کار می‌کنند.
• تولید بار میانی توسط افزودن نیروگاهی قدیمی تر و با کارایی کمتر معمولاً با بار جزئی.
• تولید تقاضای پیک، توسط به خط آوردن ژنراتورهای توربینی گازی گرانقیمت.

اصل ترازبندی بار بر مبنای افزایش ظرفیت بار پایه و استفاده از ظرفیت اضافی موجود در مدت کاهش تقاضا به صورت انرژی ذخیره شده است به طوری که بعداً برای برآوردن تقاضای پیک در چرخه استفاده شود. در حال حاضر از فنون متعددی برای به اجرا گذاردن ترازبندی بار استفاده می‌شود. در کشورهای با  آب و هوای معتدل کوهستانی استفاده از ذخیره هیدرولیکی بمبی علی رغم بالا بودن هزینه‌های             سرمایه گذاری مقرون به صرفه است. برای سالیان دراز از طرح‌های اختصاصی 200 تا 2000 مگاوات ساعتی در سرتاسر دنیا استفاده شده است. از سایر روش‌ها می‌توان به ذخیره حرارتی ذخیره هوای متراکم        اختراعی اصلاح یافته ذخیره هیدروژنی، ذخیره انرژی مغناطیسی ابر رسانایی (SMES)1 و غیره اشاره کرد.

احتمالاً باتری در این خصوص ، کاربرد روبه رشدی خواهد یافت. اگرچه الکتروشیمیایی در بعضی شرایط کمتر مقرون به صرفه است ولی امتیازات زیادی دارد. زمان ساخت باتری‌ها از سایر سیستم‌های رقیب   بسیار کوتاه ‌تر بوده و به علت پیمانه‌ای بودن2 (برخلاف سد هیدروالکتریکی یا ذخیره هوای متراکم)،   می‌توان تسهیلات ذخیره کننده انرژی را افزایش داد، به واحدهای کوچکتر مجزا کرد و یا حتی به مقرّ جدیدی          منتقل نمود. یک امتیاز ویژه در مورد باتری‌ها این است که می‌توان فارق از مسائل زیست محیطی،   واحدهای کوچک را در مکانهای شهری نزدیک مراکز بار صنعتی احداث نمود و بنابراین در هزینه‌های انتقال و توزیع صرفه جویی‌های زیادی می‌گردد. این امر به ویژه اگر شبکه توزیع در مدت تقاضای پیک به حداکثر ظرفیت اعلام شده خود برسد حائز اهمیت است. تحت این شرایط نصب یک سیستم ذخیره با منبع باتری در مرکز بار، ارزان تر از گسستن یک ناحیه شهری بزرگ برای نصب تعداد فراوانی از کابلهای توزیع می‌باشد.

1 – مفهوم واژة مراقبت و نگهداري در واژه‌نامه ذكر شده است.م                            Mainlenanc free

2- robust

1 به واژه نامه رجوع شود.م                                                      retention

2 – عمل جوش خوردگي ار طريق اعمال حرارت تا دماي كمتر از دماي ذوب.م

3 – خودروهاي الكتريكي.م

1 – متر بر ساعت.م

2- range