Некоторые источники энергии, например, ветродвигатели, солнечные батареи, выдают энергию неравномерно. Кроме того, крайне неравномерно потребление энергии в течение суток. Предлагаются самые разные варианты накопления электрической энергии, в том числе и механические накопители энергии, например, работающие по принципу поднятия и опускания груза.

Поднятый на определённую высоту груз, обладает запасом потенциальной энергии. Можно ветродвигателем с помощью барабана поднять груз. Когда нет ветра, то если опускать груз с помощью лебёдки, которая через редуктор соединена с генератором электрического тока, можно получать запасённую электрическую энергию.

Механический накопитель энергии

В одном из вариантов подобного устройства предлагалось использовать поочерёдно два барабана. Когда один барабан поднимает груз, то другой в это время опускает груз через редуктор, что обеспечивает равномерное вращение генератора электрической энергии. В другом варианте предлагалось подобным образом поднимать песок из шахты, а затем при необходимости в энергии опускать его ковшовым транспортёром.

Для определения эффективности подобных установок для примера попробуем рассчитать, сколько энергии можно накопить при поднятии 50 т груза на высоту 10 м.

Потенциальная энергия поднятого груза определяется по формуле:

E = m • g • h

1 кВт.ч= 3,6 мДж

E = 50000 кг • 9,8м/с • 10м = 4 900 000 Дж = 4,9 мДж = 1,36 кВт.ч

Но, для того, чтобы поднять груз на определенную высоту, нужно затратить больше энергии, чем запасённая при подъёме потенциальная энергия на величину КПД. В нашем примере расчёта принимаем, что КПД устройства для подъёма и для опускания груза составляет 70%. Это значит, что для подъёма груза нужно затратить энергии на 30% больше, чем можно накопить потенциальной энергии. При опускании груза мы получим энергии на 30% меньше, чем накопили.

В случае, когда имеется несколько механизмов или циклов имеющих свой КПД, то значения величин каждого КПД перемножаются.

КПД_{системы} = КПД_{подъёма} • КПД_{опускания}

Тогда общий КПД при накоплении и получении энергии составит 49%. Поэтому и значения затраченной и полученной энергии различаются немногим больше, чем в два раза.

Количество затраченной на подъём груза энергии составит:

1,36 кВт.ч : 0,7 = 1,94 кВт.ч

Количество полученной при опускании груза энергии составит:

1,36 кВт.ч • 0,7 = 0,952 кВт.ч

Как видим в нашем примере расчёта механического накопителя, даже для накопления небольшого количества энергии, требуется довольно большое и не дешевое устройство. Потери энергии в механическом накопителе также слишком велики. Поэтому подобные механизмы не нашли применения.