Мощность тепловая и мощность электрическая: Таблицы пересчета единиц измерения электроэнергии тепловой мощности

Разное

Содержание

Калькулятор Мощность | Преобразование единиц мощности



В физике мощность — это величина, с которой энергия используется, переносится или преобразовывается. В СИ единицей мощности принято считать Ватт (символ «W», в честь Джеймса Ватта, который является разработчиком парового двигателя в восемнадцатом веке). Один Ватт равен 1 Джоулю в секунду (Дж/с). Также мощность может измеряться и в других величинах, например, таких, как лошадиная сила (л.с.), метрическая лошадиная сила, эрг в секунду (Эрг/с) и фут-фунт в минуту. Термин «мощность» отличается от энергии, так как это величина, с которой энергия изменяется и расходуется.


Конвертер единиц мощности

Переводим из

Переводим в






































Основные единицы
Гигаватт ГВт
Лошадиная сила л.с.
Джоуль в секунду Дж/сек
Киловатт кВт
Ватт Вт
Британская тепловая единица БТЕ/ч
Другие единицы
Аттоджоуль в секунду aJ/s
Аттоватт aW
BTU/Hour (thermochemical) BTU/h
BTU/Minute (international) BTU/min
BTU/Minute (thermochemical) BTU/min
BTU/Second (international) BTU/s
BTU/Second (thermochemical) BTU/s
Калорий в час cal/h
Калорий в час (thermochemical) cal/h
Калорий в минуту cal/min
Калорий в минуту cal/min
Calorie/Second (international) cal/s
Calorie/Second (thermochemical) cal/s
Сантиджоуль в секунду cJ/s
Сантиватт cW
Дециджоуль в секунду dJ/s
Дециватт dW
Декаджоуль в секунду daJ/s
Декаватт daW
Эрг в секунду erg/s
Эксаджоуль в секунду EJ/s
Эксаватт EW
Фемтождоуль в секунду fJ/s
Фемтоватт fW
Гигаджоуль в секунду GJ/s
Гектоджоуль в секунду hJ/s
Гектоватт hW
Horsepower hp
Horsepower (boiler) hp
Horsepower (electric) hp
Horsepower (UK) hp
Horsepower (water) hp
Joule/Hour J/h
Джоуль в минуту J/min
Килокалорий час (thermochemical) kcal/h
Килокалорий час (international) kcal/h
Килокалорий в минуту (international) kcal/min
Килокалорий в минуту (thermochemical) kcal/min
Килокалорий в секунду (thermochemical) kcal/s
Килокалорий в секунду (international) kcal/s
Килоджоуль в час kJ/h
Килоджоуль в минуту kJ/min
Килоджоуль в секунду kJ/s
MBH
MBTU/Hour MBTU/h
Мегаджоуль в секунду MJ/s
Мегаватт MW
Микроджоуль в секунду µJ/s
Микроватт µW
Миллиджоуль в секунду mJ/s
Милливат mW
Наноджоуль в секунду nJ/s
Нановатт nW
Пентаджоуль в секунду PJ/s
Петоватт PW
Pferdest ps
Пикоджоуль в секунду pJ/s
Пиковатт pW
Терраджоуль в секунду TJ/s
Терраватт TW
Ton (refrigeration) t






































Основные единицы
Гигаватт ГВт
Лошадиная сила л. с.
Джоуль в секунду Дж/сек
Киловатт кВт
Ватт Вт
Британская тепловая единица БТЕ/ч
Другие единицы
Аттоджоуль в секунду aJ/s
Аттоватт aW
BTU/Hour (thermochemical) BTU/h
BTU/Minute (international) BTU/min
BTU/Minute (thermochemical) BTU/min
BTU/Second (international) BTU/s
BTU/Second (thermochemical) BTU/s
Калорий в час cal/h
Калорий в час (thermochemical) cal/h
Калорий в минуту cal/min
Калорий в минуту cal/min
Calorie/Second (international) cal/s
Calorie/Second (thermochemical) cal/s
Сантиджоуль в секунду cJ/s
Сантиватт cW
Дециджоуль в секунду dJ/s
Дециватт dW
Декаджоуль в секунду daJ/s
Декаватт daW
Эрг в секунду erg/s
Эксаджоуль в секунду EJ/s
Эксаватт EW
Фемтождоуль в секунду fJ/s
Фемтоватт fW
Гигаджоуль в секунду GJ/s
Гектоджоуль в секунду hJ/s
Гектоватт hW
Horsepower hp
Horsepower (boiler) hp
Horsepower (electric) hp
Horsepower (UK) hp
Horsepower (water) hp
Joule/Hour J/h
Джоуль в минуту J/min
Килокалорий час (thermochemical) kcal/h
Килокалорий час (international) kcal/h
Килокалорий в минуту (international) kcal/min
Килокалорий в минуту (thermochemical) kcal/min
Килокалорий в секунду (thermochemical) kcal/s
Килокалорий в секунду (international) kcal/s
Килоджоуль в час kJ/h
Килоджоуль в минуту kJ/min
Килоджоуль в секунду kJ/s
MBH
MBTU/Hour MBTU/h
Мегаджоуль в секунду MJ/s
Мегаватт MW
Микроджоуль в секунду µJ/s
Микроватт µW
Миллиджоуль в секунду mJ/s
Милливат mW
Наноджоуль в секунду nJ/s
Нановатт nW
Пентаджоуль в секунду PJ/s
Петоватт PW
Pferdest ps
Пикоджоуль в секунду pJ/s
Пиковатт pW
Терраджоуль в секунду TJ/s
Терраватт TW
Ton (refrigeration) t

Результат конвертации:



Мощности в энергетике

В электроэнергетике под понятием «мощность», в зависимости от того какая она, понимается много разных величин.

Давайте попробуем их систематизировать и разобраться чем они отличаются друг от друга.

Максимальная мощность —  наибольшая величина мощности, определенная к одномоментному использованию энергопринимающими устройствами (объектами электросетевого хозяйства) в соответствии с документами о технологическом присоединении и обусловленная составом энергопринимающего оборудования (объектов электросетевого хозяйства) и технологическим процессом потребителя, в пределах которой сетевая организация принимает на себя обязательства обеспечить передачу электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах.

Если потребитель включил все свои энергопринимающие устройства, то за час его потребление не должно превышать величины максимальной мощности, установленной в Акте об осуществлении технологического присоединения (Акте разграничения балансовой принадлежности). В пределах максимальной мощности и не изменяя схему внешнего электроснабжения потребитель может осуществлять свое потребление не согласовывая его с сетевой организацией или гарантирующим поставщиком (энергосбытовой организацией).

За превышение максимальной мощности законодательством предусмотрены серьезные санкции.

Порядок определения превышения максимальной мощности (превышение за месяц, за час или мгновенное превышение) в настоящее время законодательно не урегулирован.

Увеличить объем максимальной мощности или изменить схему внешнего электроснабжение можно с помощью процедуры технологического присоединения.

Разрешенная мощность — в настоящее время такой термин в законодательстве отсутствует. Часто его используют как синоним максимальной мощности.

Присоединенная мощность — совокупная величина номинальной мощности присоединенных к электрической сети (в том числе опосредованно) трансформаторов и энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии, исчисляемая в мегавольт-амперах.

Это определение утратило силу при утверждении Правил розничных рынков электроэнергии (Постановления Правительства от 04.05.2012 г. №442). Однако на оптовом рынке до сих пор присоединенная мощность используется. Например, при определении необходимости оборудования точек поставки «транзитных потребителей» системой коммерческого учета, соответствующей требованиям оптового рынка электроэнергии. Для совокупности точек поставки, величина присоединенной мощности которых меньше 2,5% от присоединенной мощности предприятия достаточно создание технического учета.

Хоть определение присоединенной мощности на данный момент и отсутствует, под ней понимается трансформаторная мощность потребителя, то есть мощность вводных трансформаторов, определяемая в мегавольт-амперах.

Сетевая мощность — в законодательстве нет понятия сетевой мощности. Вместо этого короткого определения используется следующее: объем услуг по передаче электрической энергии, оплачиваемых потребителем электрической энергии (мощности) за расчетный период по ставке, отражающей удельную величину расходов на содержание электрических сетей, двухставочной цены (тарифа) на услуги по передаче электрической энергии. Так что для краткости, всё-таки предлагаю использовать более кратное определение.

Сетевая мощность — это объем мощности оплачиваемой потребителями, применяющими в расчетах за услуги по передаче электрической энергии двухставочный тариф. Объем сетевой мощности умножается на ставку на содержание объектов электросетевого хозяйства.

Объем сетевой мощности —  равен среднему арифметическому значению из максимальных значений в каждые рабочие сутки расчетного периода из суммарных по всем точкам поставки на соответствующем уровне напряжения, относящимся к энергопринимающему устройству (совокупности энергопринимающих устройств) потребителя электрической энергии (мощности) почасовых объемов потребления электрической энергии в установленные системным оператором плановые часы пиковой нагрузки.

Как правило, прочитав определение выше, никто не понимает как всё-таки определяется объем сетевой мощности. Поэтому на energo.blog есть статья «Расчет объема сетевой мощности» где приведен пошаговый алгоритм.

Покупная мощность (потребленная, оптовая).  На оптовом рынке электрической энергии и мощности торгуются два товара — электрическая энергия и мощность. Если при оплате сетевой мощности потребитель компенсирует сетевой организации затраты на содержание объектов электросетевого хозяйства, то оплачивая покупную мощность, потребитель платит производителям электроэнергии на оптовом рынке за генерирующее оборудование, на котором возможно производить электрическую энергию.

То есть еще раз и грубо:

  • Сетевая мощность — плата за столбы, ЛЭП и трансформаторы
  • Покупная мощность — плата за турбины и энергоблоки.

Объем покупной мощности — равен среднему за месяц из значений потребления предприятия в часы пиковой нагрузки, в которые наблюдалось максимальное совокупное потребление по субъекту Российской Федерации, в котором находится предприятие.

Пошаговый алгоритм также описан в статье Расчет объема покупной (потребленной) мощности.

Принципиальное отличие в расчете покупной и сетевой мощности состоит в том, что для сетевой мощности определяется максимальное потребление в часы пиковой нагрузки самого предприятия, а для покупной мощности берется час максимальной нагрузки региона и потребление именно в этот час принимается для расчета.

Таким образом, в данный день величина электроэнергии для расчета покупной мощности может быть равной сетевой (если собственный пик совпадает с пиков региона), либо величина электроэнергии для расчета покупной мощности будет меньшей, чем величина электроэнергии для расчета сетевой мощности (если пики не совпадают). Таким образом, объем оплачиваемой покупной мощности для предприятия будет всегда меньше, чем объем сетевой мощности.

Резервируемая максимальная мощность (резервируемая мощность) — рассчитывается как разность между максимальной мощностью и сетевой мощностью. Определяется для потребителей с максимальной мощностью не менее 670 кВт.  В настоящее время доводится до потребителей в информационных целях в счетах на оплату электроэнергии. ПАО «Россети» активно продвигают законопроект, согласно которому потребители вынуждены будут оплачивать резервируемую максимальную мощность, если она составляет более 40%, а затем вообще планируется переход на оплату услуг по передаче исходя из максимальной мощности. На дату написания статьи законопроект не принят.

Заявленная мощность — величина мощности, планируемой к использованию в предстоящем расчетном периоде регулирования, применяемая в целях установления тарифов на услуги по передаче электрической энергии и исчисляемая в мегаваттах.

То есть заявленная мощность используется только для расчетов между сетевыми организациями по индивидуальным тарифам на услуги по передаче электрической энергии. У потребителей электрической энергии применение заявленной мощности не законно.

Установленная мощность — электрическая мощность объектов по производству электрической и тепловой энергии на момент введения в эксплуатацию соответствующего генерирующего объекта.

Располагаемая мощность — максимальная технически возможная мощность электростанции с учетом ограничений и допустимого превышения над установленной мощностью отдельных агрегатов.

Потребители оплачивают генераторам объемы располагаемой мощности. Но не стоит сравнивать объемы располагаемой и покупной мощности — они не соответствуют из-за того, что в энергосистеме должен поддерживаться резерв генерирующих мощностей. Генераторы должны удовлетворить не только спрос на фактическую мощность, но и обеспечить надежное электроснабжение в том числе при незапланированном увеличении спроса, а также при аварийных ситуациях в энергосистеме. Из-за этого располагаемая мощность больше покупной на коэффициент резервирования мощности, который как правило составляет 1,5-2.

 

Электрическая и тепловая мощность электростанции | Промышленные электростанции | Архивы

Страница 20 из 30

1. ТЭЦ, находящиеся в пределах действия энергетических систем

Выбор оборудования промышленной электростанции производится, исходя из условий, определяющих наиболее надежное и  экономичное энергоснабжение предприятия и прилегающего к нему района. Наиболее экономичное решение для ТЭЦ, связанной с системой, будет при обеспечении рациональной системы теплоснабжения, выработки электроэнергии преимущественно на тепловом потреблении, полном использовании горючих отходов и вторичных энергоресурсов предприятия. Общая рабочая электрическая мощность ТЭЦ в этих условиях определяется тепловыми нагрузками, расчетным коэффициентом теплофикации, начальными и конечными параметрами пара, типом турбин, а также количеством топливных отходов и вторичных энергетических ресурсов, которые должны быть использованы на ТЭЦ. Установленная мощность ТЭЦ складывается из рабочей и резервной мощностей, если последняя необходима по условиям бесперебойного энергоснабжения.

Тепловые нагрузки ТЭЦ определяются, исходя из обеспечения теплом данного предприятия, а также промышленных и коммунальных потребителей, расположенных в радиусе экономически целесообразного теплоснабжения.

Сооружение ТЭЦ применительно к потребностям в тепле данного и группы смежных предприятий, а также прилегающего района уменьшает количество мелких энергетических установок и увеличивает мощность ТЭЦ, что дает существенную народнохозяйственную экономию.

Достаточно указать, что увеличение мощности электростанций с 25 до 50 тыс. кВт при соответствующем укрупнении агрегатов снижает удельные капитальные затраты примерно на 20% и дает уменьшение себестоимости электроэнергии на 8—10% за счет меньших амортизационных отчислений и расходов на персонал.

Расчетный коэффициент теплофикации аТЭц определяет соотношение электрической и тепловой мощности ТЭЦ и долю выработки электроэнергии по теплофикационному циклу.

Оптимальное значение аТЭц, зависящее от характера и графика тепловой нагрузки, типа турбин и относительной экономичности ТЭЦ, определяется технико-экономическим расчетом.

Правильный выбор расчетного коэффициента теплофикации обеспечивает повышение числа часов использования теплофикационных отборов и противодавления турбин ТЭЦ, что позволяет сократить капитальные затраты на теплофикацию, так как при этом снижается потребная мощность турбин и энергетических котлов ТЭЦ при заданной тепловой нагрузке.

Обычно при круглогодовой технологической нагрузке принимают аТэц=0,7:0,8; при сезонной отопительной нагрузке для ТЭЦ высокого давления аТэц = 0,5:0,7 и для ТЭЦ среднего давления аТэц=0,4:0,5.

При этом число часов использования теплофикационных отборов турбин может достигнуть 4 500—5 000, а турбин с противодавлением —5 500—6 000 ч.

Электрическая мощность ТЭЦ при данной тепловой нагрузке существенно зависит от типа устанавливаемых турбин.

При одинаковом тепловом потреблении от ТЭЦ электрическая мощность при конденсационных турбинах с отбором пара будет больше, чем при турбинах с противодавлением, за счет дополнительной выработки электроэнергии на конденсационном потоке пара, необходимом по условиям надежной работы турбин. Минимальный пропуск пара в конденсатор турбин среднего давления с отбором пара  Т-6-35 составляет — 2,2% общего его расхода при номинальных электрической и тепловой нагрузках; для турбин высокого давления с отбором пара Т-25-4 ~3,6%. Соответственно минимальные выработки электроэнергии на конденсационном режиме для этих турбин составляют 3,3 и 4,6% номинальной. Использование на ТЭЦ горючих отходов производства и пара, полученного за счет вторичных энергоресурсов, в ряде случаев оказывает решающее влияние на выбор ее электрической мощности и оборудования. Основным показателем, характеризующим это влияние, является коэффициент замены топлива


где Qr.oTx— тепло пара, получаемого за счет топливных отходов, Гкал/ч:


В этом выражении:

В — количество горючих отходов, поступающих на ТЭЦ, кг, нм3/ч;

Он—теплота сгорания горючих отходов, ккал\кг, нм3;

n к.у — к. п. д. котельной;

Qq.u—тепло пара, полученного за счет вторичных энергоресурсов, поступающего на ТЭЦ, Гкал/ч,

Qoр — расчетный максимум тепловой нагрузки, Гкал/ч.

В среднем по промышленности гзем = 0,4, что указывает на кажущуюся возможность использования горючих отходов и вторичных энергоресурсов для замены части топлива, расходуемого на выработку электроэнергии и тепла только по теплофикационному циклу. Однако для предприятий ведущих отраслей промышленности > 1, например в целом для черной металлургии —1,2, а для основных заводов >2.

При этом, как было показано ранее, график выхода горючих отходов и вторичных энергоресурсов остается примерно постоянным, а тепловая нагрузка изменяется в зависимости от наружных температур. В летний период тепловые нагрузки снижаются минимально на 20—30%. В этих условиях для обеспечения круглогодового использования горючих отходов и вторичных энергоресурсов на ряде предприятий ведущих отраслей промышленности, в которых гзам>аТэц, мощность промышленной тепловой электростанции должна быть больше определяемой выработкой электроэнергии только на тепловом потреблении и оказывается необходимым частичное производство ее по конденсационному циклу. Очевидно, на таких ТЭЦ, кроме турбин с противодавлением, должны быть установлены также конденсационные турбины.

Приведенные соображения подтверждаются практикой строительства и эксплуатации ряда ТЭЦ заводов черной металлургии, мощность которых в значительной мере определяется необходимостью использования доменного газа. На этих электростанциях, как правило, устанавливаются турбины с отбором пара и выработка электроэнергии по конденсационному циклу достигает 80% общей. В дальнейшем по мере увеличения использования вторичных энергоресурсов и внедрения энерготехнологических установок, что является закономерным и экономически оправданным, конденсационные мощности будут необходимы на ТЭЦ ряда заводов цветной металлургии, химических, машиностроительных и др. , несмотря на наличие связи их с энергетическими системами.

Целесообразная рабочая электрическая мощность ТЭЦ, исходя только из величины тепловой нагрузки, может быть определена из выражения
тыс. кВт,

где yv — расчетная удельная мощность, вырабатываемая на тепловом потреблении, тыс. кВт/Гкал;  атэц — коэффициент теплофикации;

QoP — расчетный максимум тепловой нагрузки, Гкал\ч.

Рабочая мощность ТЭЦ при необходимости и экономической целесообразности использования в течение всего года значительного количества горючих отходов

производства и вторичных энергоресурсов определяется из выражения


где ук — расчетная удельная мощность, вырабатываемая на конденсационном режиме.

Значения остальных величин указаны выше. В этом случае значение атэц принимается равным единице, так как уменьшение его снизит выработку электроэнергии на тепловом потреблении, не уменьшая мощности ТЭЦ и необходимых капитальных затрат.

На промышленных электростанциях, связанных с системой при выводе из работы агрегатов, в результате аварий или для ремонта бесперебойное электроснабжение потребителей обеспечивается за счет получения недостающей электроэнергии из системы, в которой предусматривается достаточная резервная мощность.

В перспективе развития энергосистем общий резерв планируется в размере около 10% располагаемой мощности. Создание резервной электрической мощности непосредственно на промышленных электростанциях нецелесообразно. Очевидно, при этом потребуется установка большего количества резервных агрегатов меньшей мощности, чем при централизованном резерве в системе, и, следовательно, большие капитальные затраты. Достаточно указать, что при одном рабочем агрегате резерв по количеству и мощности должен составлять 100%, при двух агрегатах ~50% против ~10% в системе. Помимо этого, для пуска агрегатов, находящихся в холодном резерве, требуется значительное время, например 10—20 мин для газотурбинной установки и более 2—3 ч для паровых турбогенераторов, в то время как в системе имеются агрегаты, работающие с некоторой недогрузкой, и при аварии необходимое количество электроэнергии может быть получено мгновенно. Таким образом, на промышленных электростанциях, связанных с системой, установленная электрическая мощность должна равняться рабочей мощности. Возможно некоторое превышение номинальной мощности агрегатов по сравнению с требуемой, определяемое условиями их выбора из числа выпускаемых промышленностью.

Надо особо отметить, что при всех обстоятельствах рабочая производительность котельной с учетом пара от бестопочных котлов должна соответствовать мощности устанавливаемых турбогенераторов и обеспечивать возможность работы их с номинальными электрической и тепловой нагрузками. Этим создается возможность улучшения использования оборудования ТЭЦ  при некотором росте нагрузок без дополнительных капитальных затрат.

Установленная номинальная производительность, котельной складывается из рабочей и резервной, необходимой для бесперебойного теплоснабжения потребителей, на каждой электростанции, работающей в системе или изолированно. Величина резервной производительности котельной определяется в основном характером и графиком теплового потребления. При производственном теплопотреблении и примерно постоянном графике нагрузок в течение года необходимая резервная производительность котельной должна быть


при этом должен быть по крайней мере один резервный агрегат с паропроизводительностью не менее наибольшего рабочего агрегата.

При таком резерве практически обеспечивается бесперебойное теплоснабжение потребителей, в том числе и при выходе из работы любого котельного агрегата при аварии или в ремонт.

Создание резерва путем увеличения единичной мощности всех рабочих агрегатов нецелесообразно, так как ухудшение эксплуатационных показателей котельных агрегатов при работе их с недогрузкой не оправдывается снижением капитальных затрат.

При преимущественно сезонном отопительном теплопотреблении и нагрузке летом менее 50% максимальной зимней при установке двух и более котельных агрегатов нет необходимости в резервной производительности котельной. Ремонт котельных агрегатов может производиться летом в период минимальной нагрузки, а создавать резерв на случай аварийного выхода из работы котельных агрегатов в короткий период зимнего максимума нет оснований. Надо отметить, что допустимо некоторое снижение отпуска тепла отопительным потребителям, учитывая большую аккумуляцию тепла зданиями в течение нескольких часов, необходимых для устранения мелких неполадок котельных агрегатов.

2. Изолированные ТЭЦ и конденсационные электростанции

Общая рабочая электрическая мощность изолированных промышленных электростанций межотраслевого назначения определяется, исходя из совмещенного максимума электрических нагрузок данного, а также смежных предприятий и района, находящегося в пределах целесообразного радиуса электроснабжения, с учетом предполагаемого роста потребления электроэнергии макс. Установленная мощность должна быть больше рабочей на величину необходимого резерва. Радиус электроснабжения выбирается путем сравнения по капитальным затратам и эксплуатационным расходам возможных вариантов электроснабжения потребителей района, в котором находится данная промышленная электростанция. Для приближенного расчета ограничиваются сопоставлением затрат в электрические сети, возрастающих с ростом дальности передачи электроэнергии, и уменьшения удельных капитальных затрат с увеличением мощности электростанции.

Тепловые нагрузки определяются, исходя, из теплоснабжения данного и смежных предприятий, а также ближайшего района, как указано выше для электростанций, работающих в системе. Максимальный отпуск тепла от турбин зависит от электрической нагрузки в данный период времени и их типа, составляя величину


где N — электрическая нагрузка в данный период времени, тыс. кВт;

Ур — расчетная удельная мощность, вырабатываемая на тепловом потреблении, тыс. кВт-ч/Гкал.

В случае недостаточного количества тепла, отпускаемого от турбин, часть его подается потребителям непосредственно из котельной. При изолированной работе электростанции должна быть обеспечена независимость графика выработки электроэнергии и тепла и, следовательно, выработка части электроэнергии на конденсационном режиме.

Использование горючих отходов и пара, полученного за счет вторичных энергетических ресурсов, возможно в пределах заданных графиков электрической и тепловой нагрузок и на выбор электрической мощности электростанции не влияет. Для бесперебойного электроснабжения потребителей на изолированной электростанции необходимо иметь резервный агрегат, мощность которого Nрез должна быть не меньше наибольшей мощности рабочего агрегата.

При этих условиях установленная мощность электростанции всегда больше рабочей:

N ytCT = N раб + Nрез

Рабочая и установленная производительности котельной электростанции определяются так же как и при связи ее с системой, с учетом пара, получаемого за счет использования вторичных энергетических ресурсов. При этом резервная производительность должна обеспечивать бесперебойный отпуск электроэнергии и тепла потребителям в случаях выхода из работы одного из котельных агрегатов в любое время года. Обычно в период максимальной тепловой нагрузки в котельной необходимо иметь один резервный котельный агрегат с производительностью наибольшего рабочего. Ремонты агрегатов должны производиться в летний период при минимальных электрических и тепловых нагрузках.

Преобразование электрической энергии в тепловую — Знаешь как

Электрический ток представляет собой направленное движение электрических частиц. При столкновении движу­щихся частиц с ионами или молекулами вещества кинети­ческая энергия движущихся частиц частично передается ионам или молекулам, вследствие чего происходит нагре­вание проводника. Таким образом, электрическая энергия

преобразуется в тепловую, которая тратится на нагрев провода и рассеивается в окружающую среду.

Скорость преобразования электрической энергии в теп­ловую определяется мощностью:

Р =UI

или, учитывая, что Ir, получаем:

P=UI=I2r.

Электрическая энергия, переходящая в тепловую,

W = Pt = Prt.

Так как в системе СИ единицей количества тепла, так же как и единицей энергии, является джоуль, то выделен­ное в сопротивлении тепло

Q = I2rt. 

Полученное выражение, определяющее соотношение меж­ду количеством выделенного тепла, силой тока, сопротивлением и временем, было найдено в 1844 г. опытным путем русским академиком Э. X. Ленцем и одновре­менно английским ученым Джоулем. Оно известно теперь под названием за­кона Джоуля—Лен­ца: количество тепла ,выделенного током в провод­нике,пропорцио­нально квадрату силы тока,сопро­тивлению проводника и времени прохождения то­к а.

Преобразование электрической энергии в тепло находит полезное применение в разнообразных нагревательных и осветительных приборах и устройствах.

В остальных приборах и устройствах преобразование электрической энергии в тепловую является непроизводи­тельным расходом энергии (потерями), снижающими к. п. д. их. Кроме того, тепло, вызывая нагревание этих устройств,

ограничивает их нагрузку, а при перегрузке повышение температуры может повести к повреждению изоляции или сокращению срока работы установки.

Пример 1-7. Определить количество тепла, выделенное в нагрева­тельном приборе в течение 15 мин, если сопротивление прибора 22 ом, а напряжение сети 110 в.

Сила тока

= 110 : 22 = 5a

Количество тепла, выделенное в приборе,

Q = I2rt = 52 • 22 • 15 • 60 = 49 500 дж.

Статья на тему Преобразование электрической энергии в тепловую

Закон Джоуля-Ленца: определение, формула, применение

Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

Рис. 1. Тепловые приборы

Определение и формула

Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I2*R*Δt

Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U2/R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

Дифференциальная форма

Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax)2 и в начале пробега (mu2)/2 , то есть

Здесь uскорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент,  E – напряжённость поля.

Интегральная форма

Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

гдеR – полное сопротивление проводника.

Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:

  • P = U×I;
  • P = I2R;
  • P = U2/R.

Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:

Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.

Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.

Физический смысл

Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.

На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.

На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.

Рис. 2. Тепловое действие тока

Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон  Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.

Практическая польза закона Джоуля-Ленца

При
сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что
происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают
тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим,
но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.

Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.

Проанализировав выражение U2/R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.

В борьбе с короткими замыканиями используют:

  • автоматические выключатели:
  • электронные защитные блоки;
  • плавкие предохранители;
  • другие защитные устройства.

Применение и практический смысл

Непосредственное
превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически
выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного
человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы
продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

  • электрочайники;
  • утюги;
  • фены;
  • варочные плиты;
  • паяльники;
  • сварочные
    аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

Киловатт и киловатт-час | Какая разница?

Единицы измерения «киловатт» и «киловатт-час» имеют схожесть в названии но, не более того. Это, абсолютно разные единицы измерения абсолютно разных физических величин.

Киловатт – единица измерения мощности.
Киловатт-час – единица учёта электроэнергии.

  1. «ватт»
  2. «киловатт»
  3. «киловатт-час»
  4. Кому нужен «киловатт-час»
  5. Как правильно писать «киловатт-час»
  6. Обозначение мощности электроприборов
  7. Единицы измерения мощности электроприборов
  8. Разница между киловатт и киловатт-час
  9. Разница в обозначении мощности
    механических и тепловых электроприборов
  10. Перевести киловатт-часы =>
    в Джоули, калории и кратные им единицы
Киловатт

Киловатт – кратная единица, образованная от «Ватт»

Ватт

Ватт (Вт, W) – системная единица измерения мощности.
Ватт – универсальная производная единица в системе СИ, имеющая специальное наименование и обозначение. Как единица измерения мощности, «Ватт» был признан в 1889г. Тогда же эта единица и была названа в честь Джеймса Уатта (Ватта).

Джеймс Ватт – человек, который придумал и сделал универсальную паровую машину

Как производная единица системы СИ, «Ватт» был включён в неё в 1960г.
С тех пор, в Ваттах измеряется мощность всего подряд.

В системе СИ, в Ваттах, допускается измерять любую мощность – механическую, тепловую, электрическую и т.д. Также допускается образование кратных и дольных единиц от исходной единицы (Ватт). Для этого рекомендовано использовать набор стандартных префиксов системы СИ, вида – кило, мега, гига и т.д.

Единицы измерения мощности, кратные ватт:

  • 1 ватт
  • 1000 ватт = 1 киловатт
  • 1000 000 ватт = 1000 киловатт = 1 мегаватт
  • 1000 000 000 ватт = 1000 мегаватт = 1000 000 киловатт = 1гигаватт
Киловатт-час

В системе СИ нет такой единицы измерения.
Киловатт-час (кВт⋅ч, kW⋅h) – это внесистемная единица, которая выведена исключительно для учёта использованной или произведённой электроэнергии. В киловатт-часах учитывается количество потреблённой или произведённой электроэнергии.

Использование «киловатт-час», как единицы измерения, на территории России регламентирует ГОСТ 8.417-2002, в котором однозначно указано наименование, обозначение и область применения для «киловатт-час».

Скачать ГОСТ 8.417-2002 GOST-8.417-2002.pdf [510,78 Kb] (cкачиваний: 3320)

Выдержка из ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин», п.6 Единицы, не входящие в СИ (фрагмент таблицы 5).

Внесистемные единицы, допустимые к применению наравне с единицами СИ

Наименование
величины
Единица
Наименование Обозначение Соотношение
с единицей СИ
Область применения
Между
народное
Русское
Энергия киловатт-час kW⋅h кВт⋅ч 3,6 x 106 Дж Для счётчиков электрической энергии
Для чего нужен киловатт-час

ГОСТ 8. 417-2002 рекомендует использовать «киловатт-час», как основную единицу измерения для учёта количества использованной электроэнергии. Потому что «киловатт-час» – это наиболее удобная и практичная форма, позволяющая получать наиболее приемлемые результаты.

При этом, ГОСТ 8.417-2002 абсолютно не возражает против использования кратных единиц, образованных от «киловатт-час» в тех случаях, когда это уместно и необходимо. Например, при лабораторных работах или при учёте выработанной электроэнергии на электростанциях.

Образованные кратные единицы от «киловатт-час» выглядят, соответственно:

  • 1 киловатт-час = 1000 ватт-час,
  • 1 мегаватт-час = 1000 киловатт-час.
Как правильно писать киловатт-час

Правописание термина «киловатт-час» по ГОСТ 8.417-2002:

  • полное наименование нужно писать через дефис:
    ватт-час, киловатт-час
  • краткое обозначение нужно писать через точку:
    Вт⋅ч, кВт⋅ч, kW⋅h
  • допускается упрощенное интернет-написание:
    (точку заменяет звездочка)
    Вт*ч, кВт*ч, kW*h
Аналоги ГОСТ 8. 417-2002

Большинство национальных технических стандартов постсоветских стран увязаны со стандартами бывшего Союза. В метрологии постсоветского пространства существуют аналоги российского ГОСТ 8.417-2002, ссылки на него и переработанные варианты.

Обозначение мощности электроприборов

Общепринятая практика – обозначать мощность электроприборов на их корпусе.
Возможно следующее обозначение мощности электрооборудования:

  • в ваттах и киловаттах (Вт, кВт, W, kW)
    (обозначение механической или тепловой мощности электроприбора)
  • в ватт-часах и киловатт-часах (Вт⋅ч, кВт⋅ч, W⋅h, kW⋅h)
    (обозначение потребляемой электрической мощности электроприбора)
  • в вольт-амперах и киловольт-амперах (VA, кVA )
    (обозначение полной электрической мощности электроприбора)
Единицы измерения для обозначения мощности электроприборов
ватт и киловатт (Вт, кВт, W, kW)
— единицы измерения мощности в системе СИ
Используются для обозначения общей физической мощности чего угодно, в том числе и электроприборов. Если на корпусе электроагрегата стоит обозначение в ваттах или киловаттах – это значит, что этот электроагрегат, во время своей работы, развивает указанную мощность. Как правило, в «ваттах» и «киловаттах» указывается мощность электроагрегата, который является источником или потребителем механического, теплового или иного вида энергии. В «ваттах» и «киловаттах» целесообразно обозначать механическую мощность электрогенераторов и электродвигателей, тепловую мощность электронагревательных приборов и агрегатов и т.д. Обозначение в «ваттах» и «киловаттах» производимой или потребляемой физической мощности электроагрегата происходит при условии, что применение понятия электрической мощности будет дезориентировать конечного потребителя. Например, для владельца электронагревателя важно количество полученного тепла, а уже потом – электрические расчёты.
ватт-час и киловатт-час (Вт⋅ч, кВт⋅ч, W⋅h, kW⋅h)
— внесистемные единицы измерения потребляемой электрической энергии (потребляемой мощности). Потребляемая мощность – это количество электроэнергии, расходуемое электрооборудованием за единицу времени своей работы. Чаще всего, «ватт-часы» и «киловатт-часы» применяются для обозначения потребляемой мощности бытовой электротехники, по которой её собственно и выбирают.
вольт-ампер и киловольт-ампер (ВА, кВА, VA, кVA )
— Единицы измерения электрической мощности в системе СИ, эквивалентные ватт (Вт) и киловатт (кВт). Используются в качестве единиц измерения величины полной мощности переменного тока. Вольт-амперы и киловольт-амперы применяются при электротехнических расчётах в тех случаях, когда важно знать и оперировать именно электрическими понятиями. В этих единицах измерения можно обозначать электрическую мощность любого электроприбора переменного тока. Такое обозначение будет наиболее соответствовать требованиям электротехники, с точки зрения которой – все электроприборы переменного тока имеют активную и реактивную составляющие, поэтому общая электрическая мощность такого прибора должна определяться суммой её частей. Как правило, в «вольт-амперах» и кратным им единицам измеряют и обозначают мощность трансформаторов, дросселей и других, чисто электрических преобразователей.

Выбор единиц измерения происходит индивидуально, на усмотрение производителя. Встречаются бытовые микроволновки от разных производителей, мощность которых указана в киловаттах (кВт, kW), в киловатт-часах (кВт⋅ч, kW⋅h) или в вольт-амперах (ВА, VA ). И первое, и второе, и третье – не будет ошибкой. В первом случае производитель указал тепловую мощность (как нагревательного агрегата), во втором – потребляемую электрическую мощность (как электропотребителя), в третьем – полную электрическую мощность (как электроприбора).

Поскольку бытовое электрооборудование достаточно маломощное, чтобы учитывать законы научной электротехники, то на бытовом уровне, все три цифры – практически совпадают

Разница «киловатт и киловатт-час»
  • Киловатт – единица ИЗМЕРЕНИЯ мощности, киловатт-час – единица УЧЕТА потребления электроэнергии. На бытовом уровне понятия киловатт и киловатт-час отождествляются с измерением производимой и потребляемой мощности электроприборов.
  • На уровне бытового прибора-электропреобразователя:
    – в киловаттах измеряется выдаваемая тепловая или механическая мощность электроагрегата.
    – в киловатт-часах измеряется потребляемая электрическая мощность электроагрегата.
    Для бытового электроприбора цифры вырабатываемой (механической или тепловой) и потребляемой (электрической) энергии практически совпадают.
  • Связывание единиц измерения киловатт и киловатт-час применимо для случаев прямого и обратного преобразования электрической энергии в механическую, тепловую и т.д.
  • Недопустимо применять единицу измерения «киловатт-час» при отсутствии процесса преобразования электроэнергии.
  • Не правильно измерять «киловатт-час» производимую тепловую мощность дровяного отопительного котла, но, допустимо – потребляемую мощность электрического отопительного котла.
  • Принципиально, в «киловатт-час» не измеряют мощность электромотора.
  • В случае прямого или обратного преобразования электрической энергии в механическую или тепловую, увязать киловатт-час с другими единицами измерения энергии можно при помощи онлайн-калькулятора сайта tehnopost.kiev.ua:
    Перевести киловатт-часы =>
    в Джоули, калории и кратные им единицы
Разница в обозначении мощности механических и тепловых электроприборов

Для механических электроприборов (электродвигателей) указывают номинальную (рабочую) механическую мощность в ваттах или киловаттах, которую максимально может выдавать электромотор при своей нормальной работе. Реальная потребляемая электрическая мощность электромотора будет отличаться от указанной, в зависимости от его механической нагрузки. Например, при холстом ходе электродвигатель потребляет электричества, примерно 30% от номинальной мощности, а при максимальной нагрузке 101%…103% от номинала.

Для тепловых электроприборов (плиты, печки, обогреватели) указывают максимальную тепловую мощность, которую может выдать тепловой (нагревающий) элемент. Реальная потребляемая электрическая мощность электронагревателя будет отличаться от указанной, в зависимости от положения регулятора мощности.

Разница в терминах киловатт и киловатт-час на tehnopost.kiev.ua

  1. «ватт»
  2. «киловатт»
  3. «киловатт-час»
  4. Кому нужен «киловатт-час»
  5. Как правильно писать «киловатт-час»
  6. Обозначение мощности электроприборов
  7. Единицы измерения мощности электроприборов
  8. Разница между киловатт и киловатт-час
  9. Разница в обозначении мощности
    механических и тепловых электроприборов
  10. Перевести киловатт-часы =>
    в Джоули, калории и кратные им единицы

Альтернативное Отопление: отопление, топливо, теплота

Исследование электроэнергетических систем — Журнал

Electric Power Systems Research — это международная среда для публикации оригинальных статей, касающихся поколения , передачи , распределения и использования из электрической энергии . Журнал нацелен на представление важных результатов работы в этой области, будь то в форме прикладных исследований …

Прочитайте больше

Electric Power Systems Research — это международная среда для публикации оригинальных статей, касающихся поколения , передачи , распределения и использования из электрической энергии .Журнал нацелен на представление важных результатов работы в этой области, будь то в форме прикладных исследований, разработки новых процедур или компонентов, первоначального применения существующих знаний или новых подходов к проектированию. Сфера применения Electric Power Systems Research обширна и охватывает все аспекты электроэнергетических систем . Следующий список тем не является исчерпывающим, а скорее указывает на темы, относящиеся к сфере ведения журнала.

• Технологии генерации варьируются от достижений в области традиционных электромеханических методов, ядерной энергетики и до производства возобновляемой энергии.
• Передача в широком диапазоне от сверхвысокого напряжения (переменного и постоянного тока) до эксплуатации и защиты сети, маршрутизации и проектирования линий.
• Работа подстанции: проектирование оборудования, системы защиты и управления.
• Методы распределения, разработка оборудования и интеллектуальные сети.
• Область применения от энергоэффективности до методов распределенного выравнивания нагрузки.
• Системные исследования, включая методы управления, планирование, методы оптимизации, стабильность, оценку безопасности и координацию изоляции.

Преимущества для авторов
Мы также предоставляем множество преимуществ для авторов, такие как бесплатные PDF-файлы, либеральная политика в отношении авторских прав, специальные скидки на публикации Elsevier и многое другое. Щелкните здесь, чтобы получить дополнительную информацию о наших услугах для авторов.

Информацию о подаче статей см. В нашем Руководстве для авторов. Если вам нужна дополнительная информация или помощь, посетите наш Центр поддержки

Скрыть все цели и объем

Производство электроэнергии из отходящего тепла

Ключевые слова: Эффект Зеебека, альтернативный, Электроэнергия, термоэлектрический, Инвест тепло

Устойчивая энергетика , 2013 1 (2),
С. 38-41.
DOI: 10.12691 / rse-1-2-5

Поступило 12.11.2013 г .; Отредактировано 29 ноября 2013 г .; Принят в печать 17 декабря 2013 г.

Авторские права © 2013 Издательство «Наука и образование». Все права защищены.

1. Введение

Проявитель термоэлектрической энергии — это невероятный сценарий системы, который обеспечивает немедленное преобразование мощности из нагретой энергии (тепла) из-за нагретой широкой горы в электрическую энергию на основе «эффекта Зеебека». [1] .

В 1821 году немецкий физик Томас Иоганн Зеебек впервые обнаружил удар Зеебека. Зеебек впервые обнаружил, что веб-ссылка компаса отклоняется, когда ее помещают в положение закрытой конструкции, состоящей из двух различных элементов с подогреваемым всеобъемлющим широким диапазоном различий между стыками. Это утверждение дает непосредственное свидетельство того, что течение проходит по замкнутому графику, вызванному разницей в широком диапазоне температур. Различие в диапазоне нагрева приводит к тому, что поставщики затрат (электроны или дыры) в содержимом рассеиваются от горячей части к холодной части.Поставщики услуг мобильной связи переходят в холодную часть и оставляют свои неподвижные ядра с противоположными счетами в горячей части, тем самым обеспечивая повышение термоэлектрического напряжения. Состав поставщиков затрат на удивительном аспекте постепенно прекращается, когда относительное количество поставщиков затрат возвращается к горячему аспекту в результате площади обрабатываемой мощности, разработанной разделением затрат. На этом этапе контент переходит в стабильное состояние.

Только увеличение различий в диапазоне нагрева может продолжить накопление большего количества источников заряда на холодной стороне и, таким образом, привести к повышению термоэлектрического напряжения. Напряжение, известное как термоэлектрическая ЭДС, создается разницей между двумя различными элементами (A и B), такими как элементы или полупроводники.

Эффект Зеебека: разность температур создает разность потенциалов для соединения материалов A и B.

где αA и αB — коэффициенты Зеебека компонентов A и B, соответственно.

Теперь соотношение между широким диапазоном нагрева и напряжением показано на Графике 1.

Характеристики Bi2Te3 такие же, как и под, [8]

Показатели термоэлектрической составляющей могут быть указаны относительно безразмерной величины преимущества ZT.

Где λ — это температура, S — коэффициент Зеебека, σ — проводимость, термоэлектрическое содержание, направленное на улучшение коэффициента (ов) Зеебека и уменьшение теплопроводности λ для улучшения электропроводность σ.

Температура и напряжение:

x = [25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75]

y = [0,2 2,9 5,2 5,89 6,07 7,1 8,2 8,46 8,46 8,46 8,46]

участок (x, y)

xlabel (‘Температура в градусах С’)

ярлык («Напряжение в вольтах»)

График 1 . показать взаимосвязь между температурой и напряжением

Температура и ток:

x = [25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75]

y = [1.20 4,37 4,40 4,54 5,06 5,70 5,93 6,50 6,80 7,00 7,20]

участок (x, y)

xlabel (‘Температура в градусах С’)

ylabel (‘Ток в мА’)

График 2 . показать взаимосвязь между температурой и напряжением

Если значение ZT равно единице, оно будет считаться хорошим. Значение от 3 до 4 — широкий диапазон для термоэлектрических противников с конкретными устройствами в исполнении, такими как механический генератор. До 2012 года сообщается значение ZT 2.2.

2. Коэффициент мощности

Коэффициент Зеебека — не единственное широкое разнообразие, которое определяет силу содержимого термоэлектрического проявителя. При заданной разнице температур в широком диапазоне, способность контента производить полезную мощность количественно определяется его коэффициентом мощности,

Компоненты с отличным энергетическим коэффициентом могут производить больше энергии в рамках программы с ограниченным пространством, но на самом деле они неэффективны.

3. КПД устройства

КПД термоэлектрического устройства для выработки электроэнергии определяется как

Это зависит от S и σ , в реальном термоэлектрическом устройстве используются два материала. Тогда максимальный КПД составляет

Где T H — температура горячего спая, а T C — температура охлаждаемой поверхности. ZT Модифицированная безразмерная добротность, [9]

Полупроводниковые материалы являются наиболее эффективными и объединяются парами «p-типа» и «n-типа». Электроны текут от горячего к холодному по «n-типу», в то время как электронные дырки текут от горячего к холодному по «р-типу». Это позволяет соединять их электрически последовательно и термически параллельно.

Электроны будут перемещаться с горячей стороны на холодную.

Потому что электроны на горячей стороне материала более возбуждены, чем на холодной стороне.

Если может быть обеспечена полная цепь, то будет течь электричество.

Последовательно комбинируя эти элементы, мы увеличиваем существующую и выходную мощность термоэлектрического проявителя.

Соотношение между температурой и выходной мощностью показано на Графике 3.

Температура и мощность:

x = [25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75]

y = [0.24 12,67 24,01 26,74 30,71 40,47 49,60 55 57,52 59,22 60,9]

участок (x, y)

xlabel (‘Температура в градусах С’)

ylabel («Мощность в мВт»)

График 3 . показать взаимосвязь между температурой и мощностью

Термоэлектрические генераторы могут применяться во множестве приложений.

1. Многие, в том числе, производят электроэнергию с помощью термоэлектрического генератора, источником тепла которого является радиоактивный элемент.

2. Тело человека является источником тепла для ТЭГ.

3. Автомобили и прочая автомобильная продукция (в выхлопных газах и охлаждающих агентах). Сбор этой тепловой энергии с помощью термоэлектрического генератора может повысить топливную экономичность автомобиля.

4. Помимо автомобилей, также образуется во многих других местах, например, в промышленных процессах и в кулинарии. Опять же, отработанное тепло можно повторно использовать для выработки электроэнергии. Фактически, несколько компаний начали проекты по установке большого количества этих термоэлектрических устройств.

5. Солнечные элементы используют только высокочастотную часть излучения, а низкочастотную тепловую энергию тратят впустую. Было зарегистрировано несколько патентов на использование термоэлектрических устройств в тандеме с солнечными элементами. Идея состоит в том, чтобы повысить эффективность комбинированной солнечной / термоэлектрической системы для преобразования солнечного излучения в полезное электричество.

6. Потери мощности в линии передачи могут быть восполнены с помощью ТЭГ.

Проявитель термоэлектрика обеспечивает несколько уникальных преимуществ по сравнению с другими технологиями:

1.У них очень маленький размер.

2. Они легкие, легкие и безопасные;

3.Они действительно эффективны (обычно превышают 100 000 часов работы в установившемся режиме) и бесшумны. Поскольку они не имеют особых движущихся частей и требуют значительно меньшего обслуживания;

• Бесшумная работа

• Нет движущихся частей

4. Могут работать при повышенных температурах

5.Они экологически чистые;

6. Они подходят для небольших и удаленных программ, распространенных среди негородских источников энергии, где мощность ограничена или отсутствует. [2, 3, 4, 5] .

4. Постановка проблемы

Развитие можно оценить по энергопотреблению страны в создании нации, промышленность является крупнейшим потребителем энергии. В развивающихся странах около 22% людей не имеют доступа к электроэнергии. Поскольку земной шар затронут энергетическим кризисом, мы должны найти возможное решение этой проблемы. Одна из возможных альтернатив для обнаружения узких мест в существующей энергетической программе, чтобы создать ее достаточно эффективной, чтобы удовлетворить потребности в энергии в наши дни.Поскольку традиционные виды топлива истощаются, мы должны перейти на другой ресурс для производства энергии. Применять замещающие ресурсы энергии, чтобы компенсировать разрыв между спросом и предложением электроэнергии. Самым замещающим источником энергии во Вселенной является Солнце, поэтому мы реализуем согревающий эффект Солнца как средство увеличения мощности благодаря дизайну, известному как разработчик термоэлектричества. Кроме того, низкопотенциальный обогреватель (тепловые ресурсы примерно ниже 100 ° C) [6] также доступен из природных источников, таких как геотермальные резервуары и солнечные панели.Преобразование этого тепла в полезную мощность позволит сэкономить много денег за счет повышения производительности и снижения затрат на электроэнергию, а также будет полезным для окружающей среды. [7] . Для любого нагретого двигателя рекомендации термодинамики накладывают существенные ограничения на качество полезной энергии, которая может быть произведена. Из-за необходимости любого процесса создания для устранения тепла, часть тепла, которая может быть преобразована, зависит от температуры потребления и усталости, при этом более низкие диапазоны температур менее эффективны.Однако, поскольку такое количество тепла легко доступно, теперь проблема состоит в том, чтобы выбрать одну из экономических технологий и настроек предприятия, которая обеспечивает наилучшее использование тепла. Сейчас термоэлектрический проявитель — самая экономичная технология утилизации этого тепла. Для термоэлектрического генератора требуются два типа затрат: стоимость устройства и стоимость эксплуатации. Стоимость эксплуатации пренебрежимо мала, потому что на входе для этого генератора используется отходящее тепло, которое доступно бесплатно. Потери мощности в линии передачи в виде тепла, и мы можем восстановить эту потерю мощности с помощью термоэлектрического генератора, размещенного на линии передачи, потому что он портативный.

5. Предлагаемая методология

Мнения для этого застройщика подогреты, что доступно в изобилии в природе. Этот нагретый используется для термобатарей (Bi2Te3) с использованием сходящегося представления, чтобы сосредоточить нагретое на одном факторе термобатареи, чтобы создать нагретую широкую разность, которая отвечает за выработку электроэнергии. При генерации постоянного тока необходима правильная полярность подключения, поэтому для этой цели мы используем мостовую схему, чтобы мгновенно исправить полярность.Батарея используется для хранения дополнительной генерируемой энергии, когда нам нужно, а затем мы ее используем. Цепь отключения, которая содержит (твердотельное реле, операционный усилитель и потенциометр), используется для защиты секции генерации в случае неисправности на стороне нагрузки, а также останавливает аккумулятор от расцепителя.

6. Заключение

Термоэлектрический проявитель используется для выработки электроэнергии, которая вырабатывается из отработанной теплой продукции различного промышленного оборудования, линий электропередачи и т. Д.В этой статье мы представили предлагаемый нами анализ, в котором мы используем сходящееся отражение для концентрации нагретого на термобатареях. Мы взяли термобатареи Bi 2 Teз с безразмерным числом преимуществ 1,5, и результаты подтвердили, что с использованием этого сходящегося представления мы получаем эффективный результат. когда нагрузка подключена к секции генерации, поэтому рассчитываем ток с помощью схемы амперметра. График 3 показывает соотношение между током и температурой.

Из графиков мы заметили, что при комнатной температуре значение силы тока и напряжения невелико, поэтому выходная мощность не имеет значения. Количество термобатарей в нашем проекте — три (3), которые обеспечивают два перехода, которые соединены электрически последовательно и термически параллельно. Напряжение на переходе составляет (от 3,9 до 4,2) вольт. При 75 ° C наша система дает максимальную производительность, а расчетная эффективность нашей системы составляет 4,2%.

Список литературы

[1] Производство термоэлектрической энергии с использованием отработанного тепла в качестве альтернативной экологически чистой технологии Базель i.Ismail *, wael h. Ахмед **.
В статье
[2] Riffat SB, Ma X. Термоэлектрический: обзор существующих и потенциальных приложений. Appl Therm Eng 2003; 23: 913-935.
В статье CrossRef
[3] Omer SA, Infield DG. Проектирование и тепловой анализ двухступенчатого солнечного концентратора для комбинированного производства тепловой и термоэлектрической энергии.Преобразование энергии и управление 2000; 41: 737-756.
В артикуле CrossRef
[4] Ядав А, Пайп КП, Штейн М. Волоконный гибкий термоэлектрический генератор энергии. J Power Sources 2008; 175: 909-913.
В статье CrossRef
[5] Jinushi T, Okahara M, Ishijima Z, Shikata H, Kambe M.Разработка высокоэффективных термоэлектрических модулей для высокотемпературных источников тепла. Mater Sci Forum 2007; 534-536.
В статье
[6] A. W. Crook (ed). Pro_tingОт низкопотенциальных отходов тепла. Лондон: Институт инженеров-электриков, 1994.
В статье
[7] D.М. Роу (ред). CRC Справочник по термоэлектрику. Данверс, Массачусетс: CRC Press, 1995. (Моделирование и применение).
В статье
[8] Satterthwaite, C. B .; Юре Р. (1957). «Электрические и тепловые свойства Bi2Te3». Phys. Ред. 108 (5).
В артикуле CrossRef
[9] D.М. Роу (ред). CRC Справочник по термоэлектрике. Danvers, MA: CRC Press, 1995.
В статье CrossRef
[10] Терри М. Тритт, «Часть III-Полупроводники и полуметаллы» Последние тенденции в термоэлектричестве Исследование материалов: (Том 71): (Acedamic Press New York 2000) с.6.
В статье
[11] Kittel, C.Введение в физику твердого тела Wiley, 2005.
В статье

Комбинированное производство тепла и электроэнергии |

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также известное как когенерация, представляет собой одновременное производство электроэнергии и пара, которые могут использоваться в качестве промышленного тепла или для обогрева помещений. ТЭЦ работают в системах централизованного энергоснабжения, где тепло может поставляться в непосредственной близости от станции. ТЭЦ содержат много различных типов оборудования, часто со встроенными степенями свободы.Поскольку электрические и тепловые нагрузки (или цены) постоянно меняются, для оптимизации системы требуется технология, называемая оптимизацией в реальном времени (RTO), при которой актуальные условия окружающей среды (температуры, нагрузки, цены) обновляются в режиме реального времени и оптимальные значения рабочие параметры решаются соответственно.

Поскольку системы централизованного энергоснабжения взаимодействуют как с электросетью, так и с тепловыми компонентами системы, в этих системах может использоваться накопитель тепловой энергии, который может выступать в качестве суррогата для накопления электрической энергии и быть намного более экономичным, чем батареи.Добавление накопителя энергии также придает системе повышенную гибкость, так что ее производительность может быть оптимизирована на динамической основе.

Используя эту стратегию, система может использовать изменения цен в электросети в реальном времени. Например, система может генерировать электроэнергию и хранить ее при низких ценах, что освобождает возможности для продажи избыточной энергии при высоких ценах. На приведенном ниже рисунке можно достичь экономии более 16%, если ТЭЦ будет участвовать в рынке электроэнергии в режиме реального времени и использовать накопители тепловой энергии для повышения производительности.Подробнее здесь:

Прогнозирование тепловой, охлаждающей и электрической нагрузки для крупномасштабной системы централизованного энергоснабжения

Оптимизация и расширенное управление системами накопления тепловой энергии

Охлаждение на входе турбины с накопителем тепловой энергии

Максимизация энергоэффективности ТЭЦ

Управление с прогнозированием нелинейной модели для мощной газотурбинной электростанции

Текущая и будущая работа

Я работал на одном из крупнейших нефтяных и нефтехимических комплексов в мире.ТЭЦ используется как экономичный способ обеспечить электричеством и технологическим паром весь комплекс. Станция взаимодействует с электросетью через межсоединения, которые позволяют комплексу покупать и продавать электроэнергию по ценам в реальном времени. Комплекс использует оптимизатор в реальном времени для коммунальных предприятий, который постоянно отслеживает цены на энергию и производительность процесса, чтобы определить оптимальные уставки для использования на заводе. Этот оптимизатор в реальном времени передает заданные значения набору прогнозирующих моделей контроллеров, которые помогают предприятию выполнять стабильные и эффективные переходы.Хотя динамическое RTO в настоящее время не выполняется, я ищу возможности воспользоваться преимуществами прогнозирования цен на электроэнергию, чтобы позволить коммунальной системе активно реагировать на изменяющиеся условия посредством динамической оптимизации.

Что такое электроэнергия (P)

Электрическая мощность — это норма потребления энергии в электрическом
цепь.

Электрическая мощность измеряется в ваттах.

Определение электрической мощности

Электрическая мощность P равна потребляемой энергии E, разделенной
по времени расхода t:

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

E — потребление энергии в джоулях (Дж).

t — время в секундах (с).

Пример

Найдите электрическую мощность электрической цепи, потребляющей
120 джоулей за 20 секунд.

Решение:

E = 120 Дж

т = 20 с

P = E / t = 120J / 20s = 6W

Расчет электроэнергии

P = В I

или

P = I 2 R

или

P = V 2 / R

P — электрическая мощность в ваттах (Вт).

В — напряжение в вольтах (В).

I — ток в амперах (А).

R — сопротивление в Ом (Ом).

Питание цепей переменного тока

Формулы для однофазного переменного тока.

Для трехфазного переменного тока:

Когда линейное напряжение (V L-L )
используется в формуле, умножьте однофазную мощность на квадрат
корень из 3 (√3 = 1,73).

При нулевом напряжении (В L-0 )
используется в формуле, умножьте однофазную мощность на 3.

Реальная мощность

Реальная или истинная мощность — это мощность, которая используется для работы на
Загрузка.

P = В СКЗ I СКЗ cos
φ

P — реальная мощность в ваттах.
[Вт]

V rms — среднеквадратичное напряжение = V пиковое значение / √2
в вольтах [В]

I rms — среднеквадратичное значение тока = I пиковое значение / √2
в амперах [A]

φ — это фазовый угол импеданса = разность фаз
между напряжением и током.

Реактивная мощность

Реактивная мощность — это мощность, которая тратится впустую и не используется для
работать под нагрузкой.

Q = В СКЗ I СКЗ
sin φ

Q — реактивная мощность в
вольт-ампер-реактивная [VAR]

V rms — среднеквадратичное напряжение = V пиковое значение / √2
в вольтах [В]

I rms — среднеквадратичное значение тока = I пиковое значение / √2
в амперах [A]

φ — это фазовый угол импеданса = разность фаз
между напряжением и током.

Полная мощность

Полная мощность — это мощность, подаваемая в цепь.

S = В СКЗ I СКЗ

S — полная мощность в
Вольт-ампер [ВА]

V rms — среднеквадратичное напряжение = V пиковое значение / √2
в вольтах [В]

I rms — среднеквадратичное значение тока = I пиковое значение / √2
в амперах [A]

Соотношение активной / реактивной / полной мощностей

Активная мощность P и реактивная мощность Q вместе дают полную
мощность S:

P 2 + Q 2 = S 2

P — реальная мощность в ваттах.
[Вт]

Q — реактивная мощность в
вольт-ампер-реактивная [VAR]

S — полная мощность в
Вольт-ампер [ВА]

Коэффициент мощности ►


См. Также

КПД по электроэнергии (η)

Энергоэффективность

Энергоэффективность определяется как отношение выходной мощности
сила
деленное на
входная мощность:

η = 100% ⋅ P выход / P дюйм

η — КПД в процентах (%).

P in — потребляемая мощность на входе в
Вт (Вт).

P out — выходная мощность или фактическая работа в ваттах (Вт).

Пример

Электродвигатель имеет потребляемую мощность 50 Вт.

Двигатель был активирован на 60 секунд и произвел 2970 работы.
джоули.

Найдите КПД двигателя.

Решение:

P дюйм = 50Вт

E = 2970J

т = 60 с

P выход = E / т
= 2970 Дж / 60 сек = 49.5 Вт

η = 100% * P из
/ P в = 100 * 49,5 Вт / 50 Вт = 99%

Энергоэффективность

Энергоэффективность определяется как отношение выходной энергии
деленное на
подводимая энергия:

η = 100% ⋅ E из / E дюйм

η — КПД в процентах (%).

E в — потребляемая энергия в джоулях (Дж).

E out — выходная энергия или фактическая работа в джоулях (Дж).

Пример

Лампочка имеет потребляемую мощность 50 Вт.

Лампочка включалась на 60 секунд и выделяла тепло
2400 джоулей.

Найдите эффективность лампочки.

Решение:

P дюйм = 50Вт

E нагрев = 2400J

т = 60 с

E дюйм = P дюйм * t =
50 Вт * 60 с = 3000 Дж

Так как лампочка должна светить, а не нагревать:

E выход = E вход E нагрев = 3000J — 2400J = 600J

η = 100 * E из
/ E в = 100% * 600 Дж / 3000 Дж = 20%


См. Также

Энергия и электроэнергия.Характеристики

Электрическая энергия — это энергия, возникающая в результате прохождения электрического заряда. Электрическая энергия обычно рассматривается как потенциальная энергия, которая является энергией, запасенной из-за относительного положения заряженных частиц или электрических полей.

Электроэнергия — это скорость в единицу времени, с которой электрической энергии передается по электрической цепи или Электроэнергия — это скорость или скорость, с которой выполняется работа. Электрическая мощность — это произведение электрического тока (ампер) на напряжение (вольт). P = I x V (Вт) [1]. Используя закон Ома (V = IxR), получаем P = [V / R] xV. P = V 2 / R [2] и P = [I / R] x I. P = I 2 xR [3].

Например, : Какая мощность рассеивается в резисторе, если ток I равен 0,25 ампера, а напряжение V равно 3 вольт.

Мощность: P = I x V = 0,25 x 3 = 0,75 Вт = 750 милливатт.

Используя формулу №2, мы можем получить электроэнергии, без значения тока, а с помощью формулы №3 мощность получается без значения напряжения. Эти формулы полезны для определения мощности резистора, где энергия преобразуется в тепло.

Но не всегда электричество преобразуется в тепло. В электродвигателе мощность преобразуется в основном в механическое движение. В радио- и телестанциях энергия в основном превращается в электромагнитные волны.В стереосистеме мощность превращается в звуковые волны. В лампочке энергия становится светом и теплом.

Обычно мощность, преобразованная в тепло, считается потерянной или бесполезной. Основная идея заключается в том, чтобы подаваемая мощность была максимальной, а потери энергии на тепло и другие параметры были минимальными. Чтобы узнать, насколько хорошо используется мощность, мы используем термин «производительность».

Что такое производительность?

Производительность = Выходная мощность / Входная мощность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *