Този материал се основава на статията „Преглед на видовете устройства за съхранение на енергия“, публикувана преди това на http://khd2.narod.ru/gratis/accumul.htm, с добавяне на няколко параграфа от други източници, например http ://battery-info ru/alternatives.

Един от основните проблеми на алтернативната енергия е неравномерното предлагане от възобновяеми източници. Слънцето грее само през деня и при безоблачно време вятърът или духа, или утихва. И нуждата от електричество не е постоянна, например, през деня се изисква по-малко за осветление, а вечер - повече. И хората харесват, когато градовете и селата са наводнени с илюминации през нощта. Е, или поне улиците просто са осветени. Така възниква задачата - да се спести получената енергия за известно време, за да се използва, когато нуждата от нея е максимална, а доставката е недостатъчна.

Помпено-акумулираща електроцентрала TaumSauk в САЩ. Въпреки ниската си мощност, той е известен в целия свят благодарение на сърцевидната си горна част.

Има и по-малки хидравлични гравитационни устройства за съхранение на енергия. Първо изпомпваме 10 тона вода от подземен резервоар (кладенец) в контейнер на кулата. Тогава водата от резервоара се връща обратно в резервоара под въздействието на гравитацията, завъртайки турбина с електрически генератор. Срокът на експлоатация на такова устройство може да бъде 20 години или повече. Предимства: при използване на вятърен двигател, последният може директно да задвижва водната помпа; водата от резервоара на кулата може да се използва за други нужди.

За жалост, хидравлични системиПо-трудно е да се поддържа в правилно техническо състояние от твърдотелните - на първо място, това се отнася до херметичността на резервоарите и тръбопроводите и изправността на спирателното и помпено оборудване. И още едно важно условие - в моментите на натрупване и използване на енергия работният флуид (поне доста голяма част от него) трябва да бъде в течно агрегатно състояние, а не под формата на лед или пара. Но понякога в такива резервоари за съхранение е възможно да се получи допълнителна безплатна енергия, да речем, при попълване на горния резервоар със стопена или дъждовна вода.

Механични устройства за съхранение на енергия

Механичната енергия се проявява при взаимодействието и движението на отделни тела или техни частици. Включва кинетична енергиядвижение или въртене на тяло, енергия на деформация при огъване, разтягане, усукване, компресия на еластични тела (пружини).

Жироскопични устройства за съхранение на енергия

Жироскопичното устройство за съхранение на Уфимцев.

В жироскопичните устройства за съхранение енергията се съхранява под формата на кинетична енергия от бързо въртящ се маховик. Специфичната енергия, съхранена на килограм тегло на маховика, е значително по-голяма от това, което може да се съхрани в килограм статично натоварване, дори когато е повишено до по-голяма височина, а най-новите високотехнологични разработки обещават плътност на натрупаната енергия, сравнима с резерва от химическа енергия на единица маса на най-много ефективни видовехимическо гориво. Друго огромно предимство на маховика е възможността за бързо връщане или получаване на много голяма мощ, ограничено само от якостта на опън на материалите в случай на механична трансмисия или „производителността“ на електрически, пневматични или хидравлични трансмисии.

За съжаление, маховиците са чувствителни към удари и въртене в равнини, различни от равнината на въртене, тъй като това създава огромни жироскопични натоварвания, които са склонни да огъват оста. В допълнение, времето за съхранение на енергията, акумулирана от маховика, е относително кратко и за традиционните конструкции обикновено варира от няколко секунди до няколко часа. Освен това загубите на енергия поради триене стават твърде забележими... Въпреки това, модерни технологииви позволяват драстично да увеличите времето за съхранение - до няколко месеца.

И накрая, още един неприятен момент - енергията, съхранявана от маховика, зависи пряко от неговата скорост на въртене, следователно, когато енергията се натрупва или освобождава, скоростта на въртене се променя през цялото време. В същото време натоварването много често изисква стабилна скорост на въртене, която не надвишава няколко хиляди оборота в минута. Поради тази причина то е чисто механични системипрехвърлянето на мощност към и от маховика може да е твърде сложно за производство. Понякога електромеханична трансмисия, използваща мотор-генератор, поставен на същия вал с маховика или свързан с него чрез твърда скоростна кутия, може да опрости ситуацията. Но тогава загубите на енергия поради нагряване на проводници и намотки са неизбежни, което може да бъде много по-високо от загубите поради триене и приплъзване в добрите вариатори.

Особено обещаващи са така наречените супермаховици, състоящи се от навивки от стоманена лента, тел или високоякостни синтетични влакна. Намотката може да бъде плътна или да има специално оставено празно пространство. В последния случай, докато маховикът се развива, намотките на лентата се движат от центъра към периферията на въртене, променяйки инерционния момент на маховика и ако лентата е натоварена с пружина, тогава се съхранява част от енергията в енергията на еластичната деформация на пружината. В резултат на това в такива маховици скоростта на въртене не е толкова пряко свързана с натрупаната енергия и е много по-стабилна, отколкото в най-простите твърди конструкции, а тяхната енергийна интензивност е значително по-голяма. В допълнение към по-голямата енергийна интензивност, те са по-безопасни в случай на различни аварии, тъй като, за разлика от фрагменти от голям монолитен маховик, тяхната енергия и разрушителна силаВ сравнение с гюлетата, пружинните фрагменти имат много по-малко „увреждаща сила“ и обикновено доста ефективно забавят спукан маховик поради триене по стените на корпуса. По същата причина съвременните твърди маховици, предназначени да работят в условия, близки до границата на якостта на материала, често се правят не монолитни, а изтъкани от кабели или влакна, импрегнирани със свързващо вещество.

Модерните конструкции с вакуумна ротационна камера и магнитно окачване на супермаховик, изработени от кевларови влакна, осигуряват плътност на съхранената енергия над 5 MJ/kg и могат да съхраняват кинетична енергия за седмици и месеци. Според оптимистични оценки, използването на ултраздрави "суперкарбонови" влакна за навиване ще позволи многократно увеличаване на скоростта на въртене и специфичната плътност на съхранената енергия - до 2-3 GJ/kg (те обещават, че едно завъртане на такова маховик с тегло 100-150 кг ще бъде достатъчен за пробег от милион километра или повече, т.е. за почти целия живот на автомобила!). Но цената на това влакно също е в пъти по-висока от цената на златото, така че дори арабските шейхове не могат да си позволят такива машини... Повече за задвижванията с маховик можете да прочетете в книгата на Нурбей Гулия.

Жирорезонансни устройства за съхранение на енергия

Тези задвижвания са същият маховик, но изработен от еластичен материал (например гума). В резултат на това той придобива принципно нови свойства. С увеличаване на скоростта върху такъв маховик започват да се образуват „израстъци“ - „венчелистчета“ - първо се превръща в елипса, след това в „цвете“ с три, четири или повече „венчелистчета“... Освен това след образуването на „венчелистчетата“, скоростта на въртене на маховика вече практически не се променя и енергията се съхранява в резонансната вълна на еластична деформация на материала на маховика, който образува тези „венчелистчета“.

В края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век в Донецк се е занимавал Н.З.Гармаш. Резултатите, които получава, са впечатляващи – според неговите оценки при скорост на работа на маховика от едва 7-8 хил. оборота в минута, съхранената енергия е достатъчна, за да може автомобилът да измине 1500 км срещу 30 км с конвенционален маховик със същия размер. За съжаление, по-скорошна информация за този тип устройство не е известна.

Механично съхранение с помощта на еластични сили

Този клас устройства имат много голям специфичен капацитет за съхранение на енергия. Ако е необходимо да се поддържат малки размери (няколко сантиметра), неговата енергийна интензивност е най-висока сред механичните задвижвания. Ако изискванията за характеристиките на теглото и размера не са толкова строги, тогава големите ултрависокоскоростни маховици го надминават по енергоемкост, но те са много по-чувствителни към външни фактори и имат много по-кратко време за съхранение на енергия.

Пружинен механичен склад

Компресирането и изправянето на пружината може да осигури много голям поток и доставка на енергия за единица време - може би най-голямата механична мощност сред всички видове устройства за съхранение на енергия. Както при маховиците, тя е ограничена само от границата на якост на материалите, но пружините обикновено изпълняват директно работното транслационно движение, а в маховиците не може да се мине без доста сложна трансмисия (неслучайно пневматичните оръжия използват или механични пружини, или газови патрони, които по своята същност са по същество предварително заредени въздушни пружини; огнестрелни оръжияза битка на дълги разстояния са използвани и пружинни оръжия - лъкове и арбалети, много преди това нова еранапълно замествайки прашката с нейното кинетично натрупване на енергия в професионални войски).

Периодът на съхранение на натрупаната енергия в компресирана пружина може да бъде много години. Трябва обаче да се има предвид, че под въздействието на постоянна деформация всеки материал натрупва умора с течение на времето и кристалната решетка на метала на пружината постепенно се променя и колкото по-големи са вътрешните напрежения и колкото по-висока е температурата на околната среда, по-рано и в по-голяма степен това ще се случи. Следователно, след няколко десетилетия, компресирана пружина, без да променя външния си вид, може да се окаже „разредена“ напълно или частично. Въпреки това, висококачествените стоманени пружини, ако не са подложени на прегряване или хипотермия, могат да работят векове без видима загуба на капацитет. Например античен механичен стенен часовник от една пълна намотка все още работи две седмици - точно както когато е бил направен преди повече от половин век.

Ако е необходимо постепенно равномерно „зареждане“ и „разтоварване“ на пружината, механизмът, който осигурява това, може да се окаже много сложен и капризен (погледнете същия механичен часовник - всъщност много зъбни колела и други части служат точно за тази цел ). Електромеханичната трансмисия може да опрости ситуацията, но обикновено налага значителни ограничения върху моментната мощност на такова устройство, а при работа с ниски мощности (няколкостотин вата или по-малко) неговата ефективност е твърде ниска. Отделна задача е натрупването на максимална енергия в минимален обем, тъй като това създава механични напрежения, близки до якостта на опън на използваните материали, което изисква особено внимателни изчисления и безупречна изработка.

Когато говорим за пружини тук, трябва да имаме предвид не само метални, но и други еластични твърди елементи. Най-често срещаните сред тях са ластиците. Между другото, по отношение на съхраняваната енергия на единица маса, каучукът надвишава стоманата десетки пъти, но служи приблизително толкова пъти по-малко и, за разлика от стоманата, губи свойствата си само след няколко години дори без активна употреба и при идеални външни условия - поради относително бързото химическо стареене и разграждане на материала.

Газови механични акумулатори

В този клас устройства енергията се акумулира благодарение на еластичността на сгъстения газ. Когато има излишна енергия, компресорът изпомпва газ в цилиндъра. Когато е необходимо да се използва натрупаната енергия, компресираният газ се подава към турбина, която директно извършва необходимата механична работа или върти електрически генератор. Вместо турбина можете да използвате бутален двигател, който е по-ефективен при ниска мощност (между другото, има и реверсивни бутални компресорни двигатели).

Почти всеки съвременен индустриален компресор е оборудван с подобна батерия - приемник. Вярно е, че налягането там рядко надвишава 10 atm и следователно енергийният резерв в такъв приемник не е много голям, но това обикновено ви позволява да увеличите живота на инсталацията няколко пъти и да спестите енергия.

Газът, компресиран до налягане от десетки и стотици атмосфери, може да осигури достатъчно висока специфична плътност на съхранената енергия за почти неограничено време (месеци, години и високо качествоприемник и спирателни кранове- десетилетия, - не напразно пневматичните оръжия, използващи патрони със сгъстен газ, са станали толкова широко разпространени). Но компресорът с турбина или бутален двигател, включени в инсталацията, са доста сложни, капризни устройства и имат много ограничен ресурс.

Обещаваща технология за създаване на енергийни резерви е компресирането на въздуха, използвайки наличната енергия в момент, когато няма непосредствена нужда от последната. Сгъстеният въздух се охлажда и съхранява при налягане от 60-70 атмосфери. Ако е необходимо да се изразходва натрупаната енергия, въздухът се извлича от резервоара за съхранение, нагрява се и след това влиза в специална газова турбина, където енергията на сгъстения и нагрят въздух завърта етапите на турбината, чийто вал е свързан с електрически генератор, който захранва електроенергийната система.

За съхраняване на сгъстен въздух се предлага например да се използват подходящи минни изработки или специално създадени подземни резервоари в солени скали. Концепцията не е нова, съхраняването на сгъстен въздух в подземна пещера е патентовано още през 1948 г., а първата инсталация за съхранение на енергия сгъстен въздух (CAES) с капацитет от 290 MW работи в електроцентралата Huntorf в Германия от 1978 г. На етапа на компресия на въздуха голям бройенергията се губи като топлина. Тази загубена енергия трябва да бъде компенсирана от сгъстен въздух преди етапа на разширение в газовата турбина, като за тази цел се използва въглеводородно гориво за повишаване на температурата на въздуха. Това означава, че инсталациите далеч не са 100% ефективни.

Съществува обещаваща посоказа подобряване на ефективността на CAES. Състои се в задържане и запазване на топлината, генерирана по време на работа на компресора на етапа на компресия и охлаждане на въздуха, с последващото й повторно използване при повторно нагряване на студен въздух (т.нар. възстановяване). Тази опция CAES обаче има значителни технически трудности, особено при създаването на система за дългосрочно съхранение на топлина. Ако тези проблеми бъдат решени, AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) може да проправи пътя за широкомащабни системи за съхранение на енергия, проблем, който беше повдигнат от изследователи по целия свят.

Участниците в канадския стартъп Hydrostor имат още едно необичайно решение - изпомпване на енергия в подводни мехурчета.

Съхранение на топлинна енергия

В нашите климатични условия много значителна (често основна) част от консумираната енергия се изразходва за отопление. Следователно би било много удобно директно да акумулирате топлина в устройството за съхранение и след това да я получите обратно. За съжаление, в повечето случаи плътността на съхранената енергия е много малка и времето за съхранение е много ограничено.

Има топлинни акумулатори с твърд или топим топлоакумулиращ материал; течност; пара; термохимичен; с електрически нагревателен елемент. Термоакумулаторите могат да бъдат свързани към системата с котел на твърдо гориво, в слънчева система или комбинирана система.

Съхранение на енергия поради топлинен капацитет

В акумулаторите от този тип натрупването на топлина се извършва поради топлинния капацитет на веществото, което служи като работна течност. Класически пример за топлинен акумулатор е руската печка. Отопляваше се веднъж на ден и след това отопляваше къщата за 24 часа. В днешно време топлинен акумулатор най-често означава контейнери за съхранение топла вода, обшит с материал с високи топлоизолационни свойства.

Има топлинни акумулатори на базата на твърди охлаждащи течности, например в керамични тухли.

Различните вещества имат различен топлинен капацитет. За повечето тя е в диапазона от 0,1 до 2 kJ/(kg K). Водата има необичайно висок топлинен капацитет - топлинният й капацитет в течната фаза е приблизително 4,2 kJ/(kg K). Само много екзотичният литий има по-висока топлинна мощност - 4,4 kJ/(kg K).

Въпреки това, в допълнение към специфичен топлинен капацитет(по маса) трябва да се вземе предвид обемен топлинен капацитет, което ви позволява да определите колко топлина е необходима, за да промените температурата на същия обем от различни вещества със същото количество. Изчислява се от обичайния специфичен (масов) топлинен капацитет, като се умножи по специфичната плътност на съответното вещество. Трябва да се съсредоточите върху обемния топлинен капацитет, когато обемът на топлинния акумулатор е по-важен от теглото му. Например, специфичният топлинен капацитет на стоманата е само 0,46 kJ/(kg K), но плътността е 7800 kg/куб.м, а, да речем, полипропиленът е 1,9 kJ/(kg K) - повече от 4 пъти по-висок, но плътността му е само 900 кг/куб.м. Следователно със същ сила на звукастоманата ще може да съхранява 2,1 пъти повече топлина от полипропилена, въпреки че ще бъде почти 9 пъти по-тежка. Въпреки това, поради аномално големия топлинен капацитет на водата, никой материал не може да го надмине по обемна топлинна мощност. Обемният топлинен капацитет на желязото и неговите сплави (стомана, чугун) обаче се различава от водата с по-малко от 20% - в един кубичен метър те могат да съхраняват повече от 3,5 MJ топлина за всеки градус на промяна на температурата, обемният топлинен капацитет на медта е малко по-малко - 3,48 MJ /(куб.m K). Топлинният капацитет на въздуха при нормални условия е приблизително 1 kJ/kg или 1,3 kJ/кубичен метър, така че за да загреете кубичен метър въздух с 1°, е достатъчно да охладите малко по-малко от 1/3 литър вода ( естествено, по-горещ от въздуха) със същата степен).

Поради простотата на устройството (какво може да бъде по-просто от неподвижно твърдо парче твърда материя или затворен резервоар с течен охлаждащ агент?), Такива устройства за съхранение на енергия имат почти неограничен брой цикли на натрупване и освобождаване на енергия и много дълъг експлоатационен живот - за течни охлаждащи течности, докато течността изсъхне или докато резервоарът се повреди от корозия или други причини, за твърдотелни материали няма тези ограничения. Но времето за съхранение е много ограничено и като правило варира от няколко часа до няколко дни - конвенционалната топлоизолация вече не е в състояние да задържа топлината за по-дълъг период и специфично теглосъхранената енергия е малка.

Накрая трябва да се подчертае още едно обстоятелство - за ефективната работа е важен не само топлинният капацитет, но и топлопроводимостта на веществото на топлоакумулатора. С висока топлопроводимост, дори при доста бързи промени във външните условия, топлинният акумулатор ще реагира с цялата си маса и следователно с цялата си съхранена енергия - тоест възможно най-ефективно. В случай на лоша топлопроводимост само повърхностната част на топлинния акумулатор ще има време да реагира, а краткосрочните промени във външните условия просто няма да имат време да достигнат по-дълбоките слоеве и значителна част от веществото на такъв топлинен акумулатор всъщност ще бъде изключен от работа. Полипропиленът, споменат в примера, разгледан по-горе, има топлопроводимост почти 200 пъти по-малка от стоманата и следователно, въпреки доста големия си специфичен топлинен капацитет, той не може да бъде ефективен акумулатор на топлина. Технически обаче проблемът се решава лесно чрез организиране на специални канали за циркулация на охлаждащата течност вътре в топлинния акумулатор, но е очевидно, че такова решение значително усложнява дизайна, намалява неговата надеждност и енергоемкост и със сигурност ще изисква периодична поддръжка, което е малко вероятно е да е необходимо за монолитно парче вещество.

Колкото и странно да изглежда, понякога е необходимо да се натрупва и съхранява не топлина, а студ. В Съединените щати повече от десет години работят компании, които предлагат базирани на лед „акумулатори“ за инсталиране в климатици. През нощта, когато има изобилие от ток и се продава на намалени цени, климатикът замръзва водата, тоест преминава в режим на хладилник. През деня консумира няколко пъти по-малко енергия, работейки като вентилатор. Енергоемкият компресор е изключен през това време. Прочетете още.

Натрупване на енергия при промяна на фазовото състояние на веществото

Ако разгледате внимателно топлинните параметри на различни вещества, можете да видите, че когато агрегатното състояние се промени (топене-втвърдяване, изпарение-кондензация), се получава значително поглъщане или освобождаване на енергия. За повечето вещества топлинната енергия на такива трансформации е достатъчна, за да промени температурата на едно и също количество от същото вещество с много десетки или дори стотици градуси в тези температурни диапазони, където неговото състояние на агрегиране не се променя. Но, както знаете, докато агрегатното състояние на целия обем на веществото не стане същото, температурата му е практически постоянна! Следователно би било много изкушаващо да се натрупва енергия чрез промяна на агрегатното състояние - натрупва се много енергия и температурата се променя малко, така че в резултат няма да е необходимо да се решават проблеми, свързани с отоплението високи температури, като в същото време можете да получите добър капацитет на такъв топлинен акумулатор.

Топене и кристализация

За съжаление, в момента практически няма евтини, безопасни и устойчиви на разлагане вещества с висока енергия на фазовия преход, чиято точка на топене би била в най-подходящия диапазон - от приблизително +20°C до +50°C (максимум +70 °C - Това все още е относително безопасна и лесно постижима температура). По правило в този температурен диапазон се топят сложни органични съединения, които изобщо не са здравословни и често бързо се окисляват във въздуха.

Може би най-подходящите вещества са парафините, точката на топене на повечето от които, в зависимост от вида, е в диапазона от 40..65 ° C (съществуват обаче и „течни” парафини с точка на топене 27 ° C или по-малко, както и естествен озокерит, свързан с парафините, чиято точка на топене е в диапазона 58..100°C). Парафините и озокеритите са доста безопасни и се използват и за медицински цели за директно затопляне на възпалени места по тялото. Въпреки това, при добър топлинен капацитет, тяхната топлопроводимост е много ниска - толкова ниска, че парафинът или озокерита, нанесен върху тялото, загрят до 50-60 ° C, се усеща само приятно горещ, но не парещ, какъвто би бил случаят с нагрята вода до същата температура, - за медицината това е добре, но за топлинен акумулатор това е абсолютен минус. Освен това тези вещества не са толкова евтини, да речем, цената на едро за озокерит през септември 2009 г. беше около 200 рубли на килограм, а килограм парафин струваше от 25 рубли (технически) до 50 и повече (високо пречистен хранителен клас, т.е. подходящ за използване в опаковки на храни). Това са цени на едро за партиди от няколко тона, всичко е поне един път и половина по-скъпо.

В резултат на това икономическата ефективност на парафиновия топлинен акумулатор е под голям въпрос - в края на краищата килограм или два парафин или озокерит са подходящи само за медицинско загряване на свита долна част на гърба за няколко десетки минути и за осигуряване на стабилна температура в повече или по-малко просторен дом за поне един ден, масата на парафинов топлинен акумулатор трябва да се измерва в тонове, така че цената му веднага се доближава до цената на лек автомобил (макар и в по-ниския ценови сегмент)! И температурата на фазовия преход, в идеалния случай, все пак трябва точно да съответства на удобния диапазон (20..25 ° C) - в противен случай все пак ще трябва да организирате някаква система за регулиране на топлообмена. Въпреки това, точката на топене в областта от 50..54 ° C, характерна за високопречистените парафини, в комбинация с високата топлина на фазов преход (малко повече от 200 kJ/kg) е много подходяща за акумулатор на топлина, предназначен да осигуряват топла вода и отопление на вода, единственият проблем е ниската топлопроводимост и високата цена на парафина. Но в случай на непреодолима сила самият парафин може да се използва като гориво с добра калоричност (въпреки че това не е толкова лесно да се направи - за разлика от бензина или керосина, течният и особено твърдият парафин не гори във въздуха, определено ви трябва фитил или друго устройство за подаване в зоната на горене не на самия парафин, а само на неговите пари)!

Пример за устройство за съхранение на топлинна енергия, базирано на ефекта на топене и кристализация, е системата за съхранение на топлинна енергия TESS, базирана на силиций, която е разработена от австралийската компания Latent Heat Storage.

Изпарение и кондензация

Топлината на изпарение-кондензация, като правило, е няколко пъти по-висока от топлината на топене-кристализация. И изглежда, че има доста вещества, които се изпаряват в необходимия температурен диапазон. В допълнение към откровено токсичния въглероден дисулфид, ацетон, етилов етер и т.н., има и етилов алкохол (относителната му безопасност се доказва ежедневно с личен пример от милиони алкохолици по света!). При нормални условия алкохолът кипи при 78°C, а топлината му на изпарение е 2,5 пъти по-голяма от топлината на топене на вода (лед) и е еквивалентна на нагряване на същото количество течна вода с 200°. Въпреки това, за разлика от топенето, когато промените в обема на веществото рядко надвишават няколко процента, по време на изпаряването парата заема целия обем, който й се предоставя. И ако този обем е неограничен, тогава парата ще се изпари, безвъзвратно вземайки със себе си цялата натрупана енергия. В затворен обем налягането веднага ще започне да се увеличава, предотвратявайки изпаряването на нови порции от работния флуид, както е в най-обикновената тенджера под налягане, така че само малък процент от работното вещество претърпява промяна в състоянието агрегация, докато останалата част продължава да се нагрява, докато е в течна фаза. Това отваря широко поле за дейност на изобретателите - създаването на ефективен топлинен акумулатор на базата на изпарение и кондензация със запечатан променлив работен обем.

Фазови преходи от втори ред

В допълнение към фазовите преходи, свързани с промени в състоянието на агрегиране, някои вещества, дори в рамките на едно състояние на агрегиране, могат да имат няколко различни фазови състояния. Промяната в такива фазови състояния, като правило, също е придружена от забележимо освобождаване или поглъщане на енергия, макар и обикновено много по-малко значимо, отколкото когато агрегатното състояние на веществото се промени. Освен това в много случаи при такива промени, за разлика от промяната в агрегатното състояние, възниква температурен хистерезис - температурите на преките и обратните фазови преходи могат да се различават значително, понякога с десетки или дори стотици градуси.

Съхранение на електрическа енергия

Електричеството е най-удобната и универсална форма на енергия в модерен свят. Не е изненадващо, че устройствата за съхранение на електрическа енергия се развиват най-бързо. За съжаление, в повечето случаи специфичният капацитет на евтините устройства е малък, а устройствата с висок специфичен капацитет все още са твърде скъпи, за да съхраняват големи енергийни резерви за масова употреба и са много краткотрайни.

Кондензатори

Най-често срещаните "електрически" устройства за съхранение на енергия са обикновените радиокондензатори. Те имат огромна скорост на натрупване и освобождаване на енергия - обикновено от няколко хиляди до много милиарди пълни цикли в секунда и са в състояние да работят по този начин в широк температурен диапазон в продължение на много години или дори десетилетия. Чрез комбиниране на няколко кондензатора паралелно можете лесно да увеличите общия им капацитет до желаната стойност.

Кондензаторите могат да бъдат разделени на два големи класа - неполярни (обикновено „сухи“, т.е. несъдържащи течен електролит) и полярни (обикновено електролитни). Използването на течен електролит осигурява значително по-висок специфичен капацитет, но почти винаги изисква спазване на полярността при свързване. Освен това електролитните кондензатори често са по-чувствителни към външни условия, предимно на температура и имат по-кратък експлоатационен живот (с времето електролитът се изпарява и изсъхва).

Кондензаторите обаче имат два основни недостатъка. Първо, това е много ниска специфична плътност на съхранената енергия и следователно малък (в сравнение с други видове съхранение) капацитет. Второ, това е кратко време за съхранение, което обикновено се измерва в минути и секунди и рядко надвишава няколко часа, а в някои случаи е само малка част от секундата. В резултат на това обхватът на приложение на кондензаторите е ограничен до различни електронни схемии краткотрайно натрупване, достатъчно за изправяне, коригиране и филтриране на ток в силовата електротехника - те все още не стигат за повече.

Понякога наричани "суперкондензатори", те могат да се разглеждат като вид междинна връзка между електролитните кондензатори и електрохимичните батерии. От първите те наследиха почти неограничен брой цикли на зареждане и разреждане, а от вторите - относително ниски токове на зареждане и разреждане (пълният цикъл на зареждане и разреждане може да продължи секунда или дори много повече). Техният капацитет също е в диапазона между най-капацитивните кондензатори и малките батерии - обикновено енергийният резерв варира от няколко до няколкостотин джаула.

Освен това трябва да се отбележи, че йонисторите са доста чувствителни към температурата и имат ограничено време за съхранение на заряда - от няколко часа до няколко седмици максимум.

Електрохимични батерии

Електрохимичните батерии са изобретени в зората на развитието на електротехниката и сега могат да бъдат намерени навсякъде - от мобилни телефони до самолети и кораби. Най-общо казано, те работят на базата на някакви химични реакции и затова могат да бъдат класифицирани в следващия раздел на нашата статия – „Устройства за съхранение на химическа енергия“. Но тъй като тази точка обикновено не се подчертава, но се обръща внимание на факта, че батериите натрупват електричество, ние ще ги разгледаме тук.

Като правило, ако е необходимо да се съхранява доста голяма енергия - от няколкостотин килоджаула или повече - се използват оловно-киселинни батерии (например всяка кола). Те обаче имат значителни размери и, най-важното, тегло. Ако се изисква леко тегло и мобилност на устройството, тогава се използват по-модерни видове батерии - никел-кадмиеви, металхидридни, литиево-йонни, полимер-йонни и др. Те имат много по-висок специфичен капацитет, но и специфична цена на съхранение на енергия значително по-висока, така че тяхното използване обикновено е ограничено до относително малки и икономични устройства, като напр Мобилни телефони, фото и видео камери, лаптопи и др.

IN напоследъкМощните литиево-йонни батерии започнаха да се използват в хибридни и електрически превозни средства. Освен по-малкото тегло и по-големия специфичен капацитет, за разлика от оловно-киселинните, те позволяват почти пълно използване на номиналния им капацитет, считат се за по-надеждни и имат по-дълъг експлоатационен живот, а енергийната им ефективност при пълен цикъл надхвърля 90%, докато енергийна ефективност на олово При зареждане на последните 20% от батериите капацитетът им може да падне до 50%.

Според начина на използване електрохимичните батерии (предимно мощните) също се разделят на два големи класа - така наречените тягови и стартови. Обикновено стартовата батерия може да работи доста успешно като тягова батерия (основното е да се контролира степента на разреждане и да не се довежда до такава дълбочина, която е допустима за тягови батерии), но когато се използва в обратна посока, твърде голям ток на натоварване може много бързо да повреди тяговата батерия.

Недостатъците на електрохимичните батерии включват много ограничен брой цикли на зареждане-разреждане (в повечето случаи от 250 до 2000, а ако не се спазват препоръките на производителите - много по-малко) и дори при липса на активна употреба, повечето видове батериите се разграждат след няколко години, губейки своите потребителски свойства. В същото време експлоатационният живот на много видове батерии не започва от началото на тяхната работа, а от момента на производство. В допълнение, електрохимичните батерии се характеризират с чувствителност към температура, дълго време за зареждане, понякога десетки пъти по-дълго от времето за разреждане, и необходимостта от спазване на метода на употреба (избягване на дълбоко разреждане за оловни батерии и, обратно, поддържане на пълен цикъл на зареждане-разреждане за металхидридни и много други видове батерии). Времето за съхранение на заряда също е доста ограничено - обикновено от седмица до година. При старите батерии намалява не само капацитета, но и времето за съхранение, като и двете могат да се намалят многократно.

Химически устройства за съхранение на енергия

Химична енергия- това е енергията, "съхранена" в атомите на веществата, която се освобождава или абсорбира по време на химични реакции между веществата. Химическата енергия се отделя като топлина по време на екзотермични реакции (например изгаряне на гориво) или се преобразува в електрическа енергия в галванични клетки и батерии. Тези енергийни източници се характеризират с висока ефективност (до 98%), но ниска мощност.

Химическите устройства за съхранение на енергия позволяват получаването на енергия както във формата, от която е била съхранена, така и във всяка друга форма. Има разновидности „с гориво“ и „без гориво“. За разлика от нискотемпературните термохимични устройства за съхранение (повече за тях малко по-късно), които могат да съхраняват енергия просто като бъдат поставени на достатъчно топло място, това не може да се направи без специални технологии и високотехнологично оборудване, понякога много тромаво. По-специално, докато в случай на нискотемпературни термохимични реакции сместа от реагенти обикновено не се разделя и винаги е в един и същи контейнер, реагентите за високотемпературни реакции се съхраняват отделно един от друг и се комбинират само когато е необходима енергия.

Натрупване на енергия чрез производство на гориво

По време на етапа на съхранение на енергия възниква химическа реакция, която води до намаляване на горивото, например освобождаване на водород от вода - чрез директна електролиза, в електрохимични клетки с помощта на катализатор или чрез термично разлагане, да речем, електрическа дъга или силно концентрирана слънчева светлина. „Освободеният” окислител може да бъде събран отделно (за кислорода това е необходимо в затворен изолиран обект – под вода или в космоса) или „изхвърлен” като ненужен, тъй като в момента на използване на горивото този окислител ще бъде напълно достатъчен в околната среда и не е необходимо да се губи място и средства за организираното му съхранение.

На етапа на възстановяване на енергията натрупаното гориво се окислява, за да освободи енергия директно в желаната форма, независимо от това как е получено горивото. Например, водородът може незабавно да осигури топлина (когато се изгори в горелка), механична енергия (когато се доставя като гориво към двигател с вътрешно горене или турбина) или електричество (когато се окислява в горивна клетка). По правило такива окислителни реакции изискват допълнително иницииране (запалване), което е много удобно за контролиране на процеса на извличане на енергия.

Съхранение на енергия чрез термохимични реакции

Отдавна е широко известна голяма група химични реакции, които в затворен съд при нагряване протичат в една посока с поглъщане на енергия, а при охлаждане - в обратна посока с отделяне на енергия. Такива реакции често се наричат термохимичен. Енергийната ефективност на такива реакции като правило е по-малка, отколкото при промяна на агрегатното състояние на веществото, но също така е много забележима.

Такива термохимични реакции могат да се разглеждат като вид промяна във фазовото състояние на смес от реагенти и проблемите, които възникват тук, са приблизително същите - трудно е да се намери евтина, безопасна и ефективна смес от вещества, която успешно да действа в по подобен начин в температурния диапазон от +20°C до +70°C. Един подобен състав обаче е известен отдавна - това е глауберовата сол.

Мирабилит (известен още като сол на Глаубер, известен също като натриев сулфат декахидрат Na 2 SO 4 10H 2 O) се получава в резултат на елементарни химични реакции (например чрез добавяне на готварска сол към сярна киселина) или се добива в " завършена форма„като минерален ресурс.

От гледна точка на акумулиране на топлина най-много интересна функцияМирабилитът се състои в това, че когато температурата се повиши над 32°C, започва да се отделя свързана вода, което външно изглежда като „разтопяване“ на кристали, които се разтварят в отделената от тях вода. Когато температурата падне до 32°C, свободната вода отново се свързва в структурата на кристалния хидрат - настъпва "кристализация". Но най-важното е, че топлината на тази реакция на хидратация-дехидратация е много висока и възлиза на 251 kJ/kg, което е значително по-високо от топлината на „честното“ топене-кристализация на парафините, макар и една трета по-малко от топлината на сливане на лед (вода).

По този начин топлинен акумулатор на основата на наситен разтвор на мирабилит (наситен точно при температури над 32°C) може ефективно да поддържа температурата при 32°C с дълъг ресурс за съхранение или освобождаване на енергия. Разбира се, за пълноценно захранване с топла вода тази температура е твърде ниска (душ с тази температура в най-добрия случай се възприема като „много готин“), но за отопление на въздуха тази температура може да е напълно достатъчна.

Можете да прочетете повече за топлинния акумулатор на базата на мирабилит на уебсайта „DelaySam.ru“.

Химическо съхранение на енергия без гориво

Кутия кафе, загрята с гасена вар.

В този случай на етапа на „зареждане“ се образуват други от някои химични вещества и по време на този процес енергията се съхранява в образуваните нови химични връзки (да речем, гасена варчрез нагряване се превръща в състояние на негасена вар).

По време на „разреждането“ възниква обратна реакция, придружена от освобождаване на предварително съхранена енергия (обикновено под формата на топлина, понякога допълнително под формата на газ, който може да бъде доставен към турбината) - по-специално това е точно това, което се случва при "гасене" на вар с вода. За разлика от горивните методи, за започване на реакция обикновено е достатъчно просто да се свържат реагентите един с друг - не е необходимо допълнително иницииране на процеса (запалване).

По същество това е вид термохимична реакция, но за разлика от нискотемпературните реакции, описани при разглеждане на устройства за съхранение на топлинна енергия и които не изискват специални условия, тук говорим за температури от много стотици или дори хиляди градуси. В резултат количеството енергия, съхранявана във всеки килограм работно вещество, се увеличава значително, но оборудването е многократно по-сложно, обемисто и по-скъпо от празното пластмасови шишетаили обикновен резервоар за реагент.

Необходимостта от консумация на допълнително вещество - да речем, вода за гасене на вар - не е съществен недостатък (ако е необходимо, можете да съберете водата, отделена, когато варът преминава в състояние на негасена вар). И тук специални условиясъхраняването на тази много негасена вар, нарушението на което е изпълнено не само с химически изгаряния, но и с експлозия, прехвърля този и подобни методи в категорията на тези, които е малко вероятно да влязат в широка употреба.

Други видове устройства за съхранение на енергия

В допълнение към описаните по-горе, има и други видове устройства за съхранение на енергия. Понастоящем обаче те са много ограничени по отношение на плътността на съхраняваната енергия и времето за нейното съхранение при висока специфична цена. Затова засега те се използват повече за забавление и не се разглежда използването им за някакви сериозни цели. Пример за това са фосфоресциращите бои, които съхраняват енергия от източник на ярка светлина и след това светят за няколко секунди или дори дълги минути. Съвременните им модификации отдавна не съдържат токсичен фосфор и са напълно безопасни дори за използване в детски играчки.

Свръхпроводящите устройства за съхранение на магнитна енергия я съхраняват в полето на голяма магнитна намотка с DC. Може да се преобразува в променлива електричествоколкото е необходимо. Устройствата за съхранение при ниски температури се охлаждат с течен хелий и са достъпни за индустриални предприятия. Устройствата за съхранение с високотемпературно охлаждане с течен водород все още са в процес на разработка и може да станат достъпни в бъдеще.

Свръхпроводящите магнитни устройства за съхранение на енергия са големи по размер и обикновено се използват за кратки периоди от време, като например по време на превключващи операции.

Най-вероятно тази статия не обхваща всички възможни начининатрупване и запазване на енергия. Можете да съобщите други опции или в коментарите, или по имейл до kos в altenergiya dot ru.

Тялото е постоянно свързано с енергиен обмен. Реакции енергиен метаболизъмсе случва през цялото време, дори когато спим. След сложни химични промени хранителните вещества се превръщат от високомолекулни в прости, което е съпроводено с освобождаване на енергия. Всичко е енергиен обмен.

Енергийните нужди на тялото по време на бягане са много високи. Например за 2,5-3 часа бягане се изразходват около 2600 калории (това е маратонско разстояние), което значително надвишава консумацията на енергия на заседнал човек на ден. По време на състезание тялото черпи енергия от запасите си от мускулен гликоген и мазнини.

Мускулен гликоген, сложна верига от глюкозни молекули, се натрупва в активните мускулни групи. Аеробната гликолиза и два други химични процеса превръщат гликогена в аденозин трифосфат (АТФ).

Молекулата на АТФ е основният източник на енергия в нашето тяло. Поддържането на енергийния баланс и енергийния метаболизъм се извършва на клетъчно ниво. Скоростта и издръжливостта на бегача зависи от дишането на клетката. Следователно, за да се постигне най-високи резултати, е необходимо да се осигури клетката с кислород за цялото разстояние. За това е обучението.

Енергия в човешкото тяло. Етапи на енергийния метаболизъм.

Ние винаги получаваме и изразходваме енергия. Под формата на храна ние получаваме основни хранителни вещества или готови органични вещества, това протеини мазнини и въглехидрати.Първият етап е храносмилането; няма освобождаване на енергия, която тялото ни може да съхранява.

Храносмилателният процес не е насочен към получаване на енергия, а към разграждане на големи молекули на малки. В идеалния случай всичко трябва да се разпадне на мономери. Въглехидратите се разграждат на глюкоза, фруктоза и галактоза. Мазнини - към глицерол и мастни киселини, протеини към аминокиселини.

Клетъчно дишане

Освен храносмилането, има втора част или етап. Това е дишането. Ние дишаме и вкарваме въздух в дробовете си, но това не е основната част от дишането. Дишането е, когато нашите клетки използват кислород за изгаряне на хранителни вещества във вода и въглероден диоксид за производство на енергия. Това е последният етап от производството на енергия, който протича във всяка наша клетка.

Основният източник на хранене на човека са въглехидратите, натрупани в мускулите под формата на гликоген; гликогенът обикновено е достатъчен за 40-45 минути бягане. След това време тялото трябва да премине към друг източник на енергия. Това са мазнини. Мазнините са алтернативна енергия на гликогена.

алтернативна енергия- това означава необходимостта да се избере един от двата източника на енергия: мазнини или гликоген. Тялото ни може да получава енергия само от един източник.

Бягането на дълги разстояния се различава от бягането на къси разстояния по това, че тялото на оставащия неизбежно преминава към използване на мускулна мазнина като допълнителен източник на енергия.

Мастните киселини не са най-успешният заместител на въглехидратите, тъй като тяхното освобождаване и използване отнема много повече енергия и време. Но ако гликогенът свърши, тогава тялото няма друг избор, освен да използва мазнини, като по този начин получава необходимата енергия. Оказва се, че мазнините винаги са резервен вариант за тялото.

Имайте предвид, че мазнините, използвани при бягане, са мазнини, съдържащи се в мускулните влакна, а не мастните слоеве, покриващи тялото.

При изгаряне или разцепване на всякакви органична материяПолучените производствени отпадъци са въглероден диоксид и вода. Нашата органична материя се състои от протеини, мазнини и въглехидрати. Въглеродният диоксид се издишва като въздух, а водата се използва от тялото или се отделя чрез пот или урина.

Когато усвоява хранителните вещества, тялото ни губи част от енергията под формата на топлина. Ето как двигателят в колата се загрява и губи енергия в празнота, и така се губят мускулите на бегача голяма сумаенергия. превръщане на химическата енергия в механична. Освен това ефективността е около 50%, тоест половината от енергията се губи под формата на топлина във въздуха.

Могат да се разграничат основните етапи на енергийния метаболизъм:

Ние ядем, за да получим хранителни вещества, да ги разградим и след това да използваме кислород, за да процесът е в ходокисление, което води до енергия. Част от енергията винаги напуска под формата на топлина, а ние съхраняваме част от нея. Енергията се съхранява под формата на химично съединение, наречено АТФ.

Какво е АТФ?

АТФ е аденозин трифосфат, който е от голямо значение за обмяната на енергия и вещества в организмите. АТФ е универсален източник на енергия за всички биохимични процеси, протичащи в живите системи.

В тялото АТФ е едно от най-често обновяващите се вещества; при хората продължителността на живота на една молекула АТФ е по-малко от минута. През деня една молекула АТФ преминава през средно 2000-3000 цикъла на ресинтеза. Човешкото тяло синтезира около 40 kg АТФ на ден, но съдържа приблизително 250 g във всеки един момент, тоест в тялото практически не се създава резерв от АТФ и за нормален живот е необходимо постоянно да се синтезират нови молекули АТФ.

Заключение: Нашето тяло може да съхранява енергия за себе си под формата на химическо съединение. Това е АТФ.

АТФ се състои от азотна основа - аденин, рибоза и трифосфат - остатъци от фосфорна киселина.

Необходима е много енергия, за да се създаде АТФ, но когато се унищожи, тази енергия може да бъде върната. Нашето тяло, когато разгражда хранителните вещества, създава ATP молекула и след това, когато се нуждае от енергия, разгражда ATP молекулата или разрушава връзките на молекулата. Чрез елиминиране на един от остатъците от фосфорна киселина можете да получите около 40 kJ. ⁄ мол.

Това винаги се случва, защото постоянно се нуждаем от енергия, особено докато бягаме. Източниците на входяща енергия в тялото могат да бъдат различни (месо, плодове, зеленчуци и др.) . Има само един вътрешен източник на енергия – АТФ. Животът на една молекула е по-малко от минута. следователно тялото постоянно разгражда и възпроизвежда АТФ.

Енергия на делене. Клетъчна енергия

Дисимилация

Ние получаваме основната си енергия от глюкозата под формата на ATP молекула. Тъй като постоянно се нуждаем от енергия, тези молекули ще влязат в тялото, където трябва да се даде енергия.

АТФ отделя енергия и се разгражда на АДФ - аденозин дифосфат. ADP е същата молекула на ATP, само без един остатък от фосфорна киселина. Ди означава две. Глюкозата, когато се разгражда, отделя енергия, която ADP приема и възстановява своя фосфорен остатък, превръщайки се в ATP, който отново е готов да изразходва енергия. Това се случва през цялото време.

Този процес се нарича - дисимилация.(унищожаване). В този случай за получаване на енергия е необходимо да се унищожи молекулата на АТФ.

Асимилация

Но има и друг процес. Можете да изградите свои собствени вещества, използвайки енергия. Този процес се нарича - асимилация. Създавайте по-големи вещества от по-малки. Производство на собствени протеини, нуклеинови киселини, мазнини и въглехидрати.

Например, вие сте изяли парче месо, което трябва да бъде разградено на аминокиселини, вашите собствени протеини ще бъдат сглобени или синтезирани, които ще станат вашите мускули. Това ще отнеме част от енергията.

Получаване на енергия. Какво представлява гликолизата?

Един от процесите за получаване на енергия за всички живи организми е гликолизата. Гликолизата може да се открие в цитоплазмата на всяка наша клетка. Името "гликолиза" идва от гръцки. - сладък и гръцки. - разтваряне.

Гликолизата е ензимен процес на последователно разграждане на глюкозата в клетките, придружен от синтеза на АТФ. Това са 13 ензимни реакции. Гликолиза при аеробикаусловия води до образуването на пирогроздена киселина (пируват).

Гликолиза в анаеробниусловия води до образуването на млечна киселина (лактат). Гликолизата е основният път на глюкозния катаболизъм при животните.

Гликолизата е един от най-старите метаболитни процеси, познат в почти всички живи организми. Предполага се, че гликолизата се е появила преди повече от 3,5 милиарда години в първичната прокариоти. (Прокариотите са организми, чиито клетки нямат оформено ядро. Неговите функции се изпълняват от нуклеотид (т.е. „подобен на ядро“); за разлика от ядрото, нуклеотидът няма собствена обвивка).

Анаеробна гликолиза

Анаеробната гликолиза е начин за получаване на енергия от глюкозна молекула без използване на кислород. Процесът на гликолиза (разцепване) е процесът на окисляване на глюкозата, при който две молекули се образуват от една молекула глюкоза пирогроздена киселина.

Молекулата на глюкозата се разделя на две половини, които могат да бъдат наречени пируват, това е същото като пирогроздена киселина. Всяка половина от пирувата може да възстанови една ATP молекула. Оказва се, че една молекула глюкоза, когато се разпадне, може да възстанови две молекули АТФ.

При продължително бягане или при анаеробно бягане след известно време дишането става трудно, мускулите на краката се уморяват, краката стават тежки и като вас престават да получават достатъчно кислород.

Тъй като процесът на получаване на енергия в мускулите завършва с гликолиза. Поради това мускулите започват да болят и отказват да работят поради липса на енергия. Оформен млечна киселинаили лактатОказва се, че колкото по-бързо бяга спортистът, толкова по-бързо произвежда лактат. Нивата на лактат в кръвта са тясно свързани с интензивността на упражненията.

Аеробна гликолиза

Самата гликолиза е напълно анаеробен процес, т.е. не изисква наличието на кислород за протичане на реакциите. Но трябва да се съгласите, че производството на две АТФ молекули по време на гликолиза е много малко.

Следователно тялото има алтернативен вариант за получаване на енергия от глюкоза. Но вече с участието на кислород. Това е дишане с кислород. които всеки от нас притежава, или аеробна гликолиза. Аеробната гликолиза е в състояние бързо да възстанови резервите на АТФ в мускула.

По време на динамични упражнения, като бягане, плуване и др., възниква аеробна гликолиза. тоест, ако бягате и не се задъхвате, а спокойно разговаряте с тичащ до вас приятел, тогава можем да кажем, че бягате в аеробен режим.

Възниква дишане или аеробна гликолиза митохондриитепод въздействието на специални ензими и изисква консумация на кислород и съответно време за доставката му.

Окисляването протича на няколко етапа, първо има гликолиза, но двете пируватни молекули, образувани по време на междинния етап на тази реакция, не се превръщат в молекули на млечна киселина, а проникват в митохондриите, където се окисляват в цикъла на Кребс до въглероден диоксид CO2 и вода H2O и осигуряват енергия за производството на още 36 ATP молекули.

Митохондрии-това са специални органели, които се намират в клетката, поради което тя съществуванещо, наречено клетъчно дишане, се случва във всички организми, които се нуждаят от кислород, включително теб и мен.

Гликолизата е катаболитен път от изключително значение. Той осигурява енергия за клетъчните реакции, включително синтеза на протеини. Междинните продукти на гликолизата се използват при синтеза на мазнини. Пируватът може също да се използва за синтезиране на аланин, аспартат и други съединения. Благодарение на гликолизата, работата на митохондриите и наличието на кислород не ограничават мускулната сила по време на краткотрайни екстремни натоварвания. Аеробното окисление е 20 пъти по-ефективно от анаеробната гликолиза.

Какво е митохондрия?

Митохондриите (от гръцки μίτος - нишка и χόνδρος - зърно, зърно) са двумембранни сферични или елипсовидни органели с диаметър обикновено около 1 микрометър Енергийната станция на клетката; основната функция е окисляването на органичните съединения и използването на енергията, освободена по време на тяхното разграждане, за генериране на електрически потенциал, синтез на АТФ и термогенеза.

Броят на митохондриите в клетката не е постоянен. Особено много от тях има в клетките, в които нуждата от кислород е висока. В зависимост от това в кои области на клетката във всеки един момент има повишена консумация на енергия, митохондриите в клетката могат да се придвижват през цитоплазмата до зони с най-голяма консумация на енергия.

Функции на митохондриите

Една от основните функции на митохондриите е синтезът на АТФ, универсална форма на химическа енергия във всяка жива клетка. Вижте, на входа има две молекули пируват, а на изхода има огромно количество „много неща“. Тези „много неща“ се наричат ​​„цикъл на Кребс“. Между другото, Ханс Кребс получи Нобелова награда за откриването на този цикъл.

Можем да кажем, че това е цикълът на трикарбоксилната киселина. В този цикъл много вещества последователно се превръщат едно в друго. Като цяло, както разбирате, това нещо е много важно и разбираемо за биохимиците. С други думи, това е ключова стъпка в дишането на всички клетки, които използват кислород.

В резултат на това изходът, който получаваме, е въглероден диоксид, вода и 36 ATP молекули. Нека ви напомня, че гликолизата (без участието на кислород) произвежда само две молекули АТФ на молекула глюкоза. Следователно, когато нашите мускули започнат да работят без кислород, те значително губят ефективност. Ето защо цялото обучение е насочено към осигуряване на мускулите да могат да работят с кислород възможно най-дълго.

Структурата на митохондриите

Митохондриите имат две мембрани: външна и вътрешна. Главна функцияВъншната мембрана е отделянето на органела от цитоплазмата на клетката. Състои се от билипиден слой и протеини, които проникват в него, през които се осъществява транспортът на молекули и йони, необходими за функционирането на митохондриите.

Докато външната мембрана е гладка, вътрешната образува множество гънки -cristas, които значително увеличават площта му. Вътрешната мембрана се състои предимно от протеини, включително ензими. дихателна верига, транспортни протеини и големи АТФ синтетазни комплекси. Именно на това място се извършва синтеза на АТФ. Между външната и вътрешната мембрана има интермембранно пространство с присъщите му ензими.
Вътрешното пространство на митохондриите се нарича матрица. Тук са разположени ензимните системи за окисление на мастни киселини и пируват, ензими от цикъла на Кребс, както и наследственият материал на митохондриите - ДНК, РНК и белтъчния синтезиращ апарат.

Митохондриите са единственият източник на енергия за клетките. Разположени в цитоплазмата на всяка клетка, митохондриите са сравними с „батерии“, които произвеждат, съхраняват и разпределят необходимата за клетката енергия.
Човешките клетки съдържат средно 1500 митохондрии. Те са особено изобилни в клетки с интензивен метаболизъм (например в мускулите или черния дроб).
Митохондриите са подвижни и се движат в цитоплазмата в зависимост от нуждите на клетката. Поради наличието на собствено ДНК те се размножават и самоунищожават независимо от клетъчното делене.
Клетките не могат да функционират без митохондрии; животът е невъзможен без тях.

Всяко тяло се нуждае от енергия, за да функционира правилно. Човек го получава чрез метаболизма, което е възможно при условие, че необходимото количество протеини, мазнини и въглехидрати се доставя отвън. Този процес се случва през цялото време. Ако балансът между получената и изразходваната енергия не е нарушен, значи метаболизмът е в ред. Неуспехът му може да доведе до влошаване на здравето - от промени в настроението до болнично легло.

Защо метаболизмът е нарушен?

Има много причини за влошаване на метаболизма. За да разберете основното, трябва да анализирате начина си на живот:

• храненето трябва да бъде редовно и балансирано;
• сън – силен и пълноценен;
• движение - редовно и активно;
• въздухът е свеж и чист;
• настроение - добро;
• пълен набор от витамини и микроелементи.

Хората, които спортуват, знаят за необходимостта от спазване на диета и ползите от чистия въздух. Това е техният начин на живот. Диетата също има право на съществуване. Но качеството на консумираните продукти често не отговаря на стандартите. И обемът не винаги може да бъде точно изчислен. Но храната е основният източник на полезни елементи, необходими за нормалното функциониране на човешките органи. Поради недостатъчно, ненавременно и небалансирано хранене настъпват смущения в метаболитния процес.

За какво са необходими витамините и микроелементите?

За съжаление човешкото тяло не е в състояние да произвежда витамини. Основната им функция е да регулират метаболизма, осигурявайки нормалното протичане на различни процеси. Хематопоеза, сърдечно-съдови, нервни и храносмилателната система, образуване на ензими, устойчивост на вредни въздействия заобикаляща среда- всичко това се осигурява от нормалното ниво на витамини в организма. Всеки от тях отговаря за собствения си район.

Като витамини, микроелементи ( химически вещества) са нужни на организма в малки количества, но недостигът им оказва силно влияние върху функционирането на всички жизненоважни важни системи. Те непрекъснато се елиминират от тялото, така че е необходимо редовно попълване.

Как да попълните витамини и микроелементи

Има специални периоди в живота на човек с повишено търсене на хранителни вещества. Ако изключим сезонния дефицит на витамини, тогава това е време на растеж и голяма физическа активност (т.е. всичко най-добро за деца и спортисти). Не винаги е възможно да попълните запасите си чрез естественото потребление на висококачествени продукти. На помощ идват лекарства, специално разработени от водещи фармацевтични компании. И така, повече от петдесет години семейната американска компания NOW Foods ги произвежда: Natural, Organic, Wholesome, т.е. естествени, органични, здравословни.

Ако има проблеми с нервната или сърдечно-съдовата система, когато имунитетът е намален и ендокринната система е нарушена, трябва да обърнете внимание на лекарството в таблетки"Витамин В6".

Всички добавки не са лекарства, те само помагат за предотвратяване на заболяване или ускоряват процеса на оздравяване. Следователно не трябва да чакате заболяване. Ако смятате, че няма достатъчно витамин в храната, можете да вземете превантивен курс.

Какви са ползите от витамините от група В?

Значението на тези елементи за пълното функциониране на тялото е трудно да се надценява.

Тиамин (B1)има благоприятен ефект върху усвояването на храната, нормализира работата на всички системи.

Рибофлавин (B2)подпомага всички метаболитни процеси, отличен антиоксидант.

Ниацин (B3)засяга предимно кръвоносните съдове.

Цианокобаламин (B12)способен да се синтезира в червата, регулира метаболизма на мазнините и въглехидратите. Той е един от най-важните фактори за нормалния растеж, служи за предотвратяване на нервни разстройства и отговаря за репродуктивните способности при мъжете.

Витамин В6 (пиридоксин)- един от най-популярните в тази група, защото:

• участва активно в метаболизма и усвояването на протеини, спомагайки за изграждането на мускулна маса;
• намалява нивата на холестерола и липидите в кръвта;
• подобрява работата на сърдечния мускул;
• има благоприятен ефект върху нервната система, тъй като участва в производството на серотонин;
• нормализира функцията на черния дроб;
• действа като антиоксидант, забавяйки процесите на стареене;
• намалява крампи и мускулни спазми.

За тежки физическа дейностНормата на витамин В6 трябва да се удвои. В този случай най-лесният начин за попълване на резервите е изкуствено. Включва се и в комплексни препарати.

Например, Now Foods произвежда витаминен комплекс ZMA, който освен B6 съдържа магнезий и цинк, които имат благоприятен ефект върху всички човешки системи. Тази хранителна добавка е специално предназначена да компенсира дефицита на елементи в организма на спортистите. Магнезият помага за увеличаване на мускулната сила чрез промяна на нивата на тестостерон. За съжаление, недостатъчно количество от това вещество идва от храната. А неговият дефицит потиска образуването на протеини, забавя мозъчните процеси и причинява смущения в работата нервна система. Като резултат:

• появяват се крампи и спазми на мускулите на прасеца;
• кръвното налягане се повишава;
• сърдечният ритъм е нарушен;
• появяват се умора и депресия.

Промяната в обема на магнезия води до намаляване на количеството цинк, който участва в образуването на аминокиселини в мускулите, производството на тестостерон и хормон на растежа. От недостатъчното му количество страда имунната система и синтезът на полови хормони. Повишава нивото на разграждане на мазнините, предотвратявайки проблеми с черния дроб.

Всички компоненти на хранителната добавка взаимодействат перфектно, допринасяйки за по-ефективен ефект върху човешкото тяло. Комплексът ZMA е отлично средство за изграждане на мускулна маса.

Как да поддържаме баланса на витамини и минерали

Понякога огромното натоварване на спортистите води до отслабване на тялото. Причината за това може да бъде неправилно хранене, стрес и други фактори, които нарушават баланса на веществата, необходими за нормалното функциониране на всички човешки системи. Ето защо малко хора отказват компенсаторни лекарства, тъй като витаминните комплекси са показани на човек от детството и правилното им използване само дава положителни резултати. Не мислете, че приемането на по-високи дози ще помогне за постигане на по-добър ефект. Излишъкът от витамини и минерали може да доведе до негативни последици, така че производителят провежда задълбочени изследвания и изчислява оптималните дози.

Хранителните добавки, предлагани от онлайн магазина на NOW Foods, не са лекарства. Не трябва да разчитате на излекуване на напреднали форми на нарушения във функционирането на тялото. Биологично активните комплекси са отличен начин за ускоряване на процеса на възстановяване или предотвратяване на заболявания. Всички те са създадени с мисъл за здравето.