+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Полезная энергия: полезная энергия — это… Что такое полезная энергия?

Полезная энергия: полезная энергия — это… Что такое полезная энергия?

Содержание

полезная энергия — это… Что такое полезная энергия?

полезная энергия

8 полезная энергия: Энергия, необходимая для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг.

8 Полезная энергия

Примеры определения термина:

а) в освещении — по световому потоку ламп;

б) в силовых процессах:

— для двигательных процессов — по рабочему моменту на валу двигателя;

— для процессов прямого воздействия — по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом для заданных условий;

в) в электрохимических и электрофизических процессах — по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом — для заданных условий;

г) в термических процессах — по теоретическому расходу энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций;

д) в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, холодоснабжении — по количеству тепла, полученному пользователями;

е) в системах преобразования, хранения, транспортирования топливно-энергетических ресурсов — по количеству ресурсов, получаемых из этих систем.

8 Полезная энергия

Примеры определения термина:

а) в освещении — по световому потоку ламп;

б) в силовых процессах:

— для двигательных процессов — по рабочему моменту на валу двигателя;

— для процессов прямого воздействия — по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом для заданных условий;

в) в электрохимических и электрофизических процессах — по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом — для заданных условий;

г) в термических процессах — по теоретическому расходу энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций;

д) в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, холодоснабжении — по количеству тепла, полученному пользователями;

е) в системах преобразования, хранения, транспортирования топливно-энергетических ресурсов — по количеству ресурсов, получаемых из этих систем.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации.

academic.ru. 2015.

  • полезная потребляемая мощность
  • Полезное время работы устройства цифровой вычислительной системы

Смотреть что такое «полезная энергия» в других словарях:

  • полезная энергия — Энергия, теоретически необходимая (в идеализированных условиях) для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг. Примечание Примеры определения термина: а) в освещении по световому потоку… …   Справочник технического переводчика

  • ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ — количество произведенной энергии высокого качества, превышающее ее потребление в процессе производства. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 …   Экологический словарь

  • полезная энергия — Количество энергии, теоретически необходимое для осуществления тех или иных энергетических процессов или получаемое на стадии переработки, преобразования. транспорта и хранения энергетических ресурсов …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • полезная энергия (за вычетом затрат на производство)

    — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN net energy …   Справочник технического переводчика

  • Энергия полезная — Полезная энергия: энергия, необходимая для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг… Источник: ГОСТ Р 53905 2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Энергосбережение. Термины и… …   Официальная терминология

  • Энергия обменная — – физиологически полезная, включающая валовую энергию за вычетом энергии, теряемой с калом, мочой, кишечными газами …   Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

  • Электрические аккумуляторы* — Русский академик Якоби впервые (в 1860 г. ) применил для телеграфных целей принцип вторичных батарей, т. е. батарей, которые становятся источниками Э. энергии после того, как через них пропущен ток от другого источника тока. Гастон Планте… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Электрические аккумуляторы — Русский академик Якоби впервые (в 1860 г.) применил для телеграфных целей принцип вторичных батарей, т. е. батарей, которые становятся источниками Э. энергии после того, как через них пропущен ток от другого источника тока. Гастон Планте… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • УСКОРИТЕЛЬ ЧАСТИЦ — установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую энергию. В процессе ускорения повышаются скорости… …   Энциклопедия Кольера

  • ГОСТ Р 53905-2010: Энергосбережение. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа: 26 бензин: Жидкое нефтяное топливо для использования в поршневых двигателях с искровым зажиганием. Определения термина из разных документов: бензин 90… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов, Т. Н. Лащенова, О. А. Максимова. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современной экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 639 грн (только Украина)
  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современной экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 568 руб
  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов, Т. Н. Лащенова, О. А. Максимова. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современно экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 494 руб
Другие книги по запросу «полезная энергия» >>

Полезная энергия (net energy) | ЭконВики

Полезная энергия (net energy)

— в РФ теоретический термин, объединяющий физическую сущность понятия «энергия» и измеряемое количество электрической или тепловой энергии, необходимой для производства товара, или услуги. «Полезная энергия»- энергия теоретически необходимая (в идеализированных условиях) для осуществления заданных операций, технологических процессов, или выполнения работы и оказания услуг.

Справочник дает такое определение термина: полезная энергия — часть подведенной к потребителю энергии, которая выполнила полезную работу в процессе конечного преобразования, или количестве энергии теоретически необходимой для осуществления тех или иных энергетических процессов.

Примеры применения показателя: в освещении- по световому потоку ламп; в силовых процессах- для двигательных процессов, по рабочему моменту на валу двигателя; для процессов прямого воздействия- по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом- для заданных условий; в электрохимических и электрофизических процессах- по расходу энергии, необходимому в соответствии с теоретическим расчетом- для заданных условий; в термических процессах- по теоретическому расходу энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций; в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении, холодоснабжении- по количеству тепла полученному пользователями; в системах преобразования, хранения, транспортировки топливно-энергитических ресурсов- по количеству ресурсов, получаемых из этих систем.

Следует отметить, что ISO 13602-1 (Междунар. организация стандартизации) установила методологию и методы сравнительной оценки всех технических схем прохождения энергии: приток (поступление) на входе в производственный процесс– потребление– потеря энергии– ее остаточное количество- риски. Этот же документ ISO 13 602-1 описывает метод установки отношения между притоками и оттоками (чистая энергия) и т.о. облегчить свидетельство, маркировку, сопоставимые характеристики, коэффициенты работы, планирование запасов, энергии, оценок воздействия на окружающую среду, прогнозов, технических инвестиций и направление инвестиционных разработок.

В соответствии с рекомендуемым ISO 13602-2 Междунар. Энергетического агентства (МЭА) и рекомендациями Евростата используется понятие «чистая энергия» («Net Energy»). Следует отметить, что понятие «П.э.» примыкает к понятию «конечного потребления энергии» в технологических производственных процессах, т.е. сама энергия не преобразуется в иные формы (напр., электрическая в топливную), а только затрачивается на потребление конечного товара или услуги и т.о. исчезает со счетов.

Источник: 

Энциклопедия статистических терминов. — М.: Федеральная служба государственной статистики, 2013.

ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ — это… Что такое ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ?

ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ
ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ
количество произведенной энергии высокого качества, превышающее ее потребление в процессе производства.

Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989.

.

  • ПОЛЕЗАЩИТНАЯ ПОЛОСА
  • ПОЛЕЗНОЕ ИСКОПАЕМОЕ

Смотреть что такое «ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ» в других словарях:

  • полезная энергия — Энергия, теоретически необходимая (в идеализированных условиях) для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг. Примечание Примеры определения термина: а) в освещении по световому потоку… …   Справочник технического переводчика

  • полезная энергия — 8 полезная энергия: Энергия, необходимая для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг. Источник: ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа 8 Полезная э …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • полезная энергия — Количество энергии, теоретически необходимое для осуществления тех или иных энергетических процессов или получаемое на стадии переработки, преобразования. транспорта и хранения энергетических ресурсов …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • полезная энергия (за вычетом затрат на производство) — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN net energy …   Справочник технического переводчика

  • Энергия полезная — Полезная энергия: энергия, необходимая для осуществления заданных операций, технологических процессов или выполнения работы и оказания услуг. .. Источник: ГОСТ Р 53905 2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Энергосбережение. Термины и… …   Официальная терминология

  • Энергия обменная — – физиологически полезная, включающая валовую энергию за вычетом энергии, теряемой с калом, мочой, кишечными газами …   Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

  • Электрические аккумуляторы* — Русский академик Якоби впервые (в 1860 г.) применил для телеграфных целей принцип вторичных батарей, т. е. батарей, которые становятся источниками Э. энергии после того, как через них пропущен ток от другого источника тока. Гастон Планте… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Электрические аккумуляторы — Русский академик Якоби впервые (в 1860 г.) применил для телеграфных целей принцип вторичных батарей, т. е. батарей, которые становятся источниками Э. энергии после того, как через них пропущен ток от другого источника тока. Гастон Планте… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • УСКОРИТЕЛЬ ЧАСТИЦ — установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую энергию. В процессе ускорения повышаются скорости… …   Энциклопедия Кольера

  • ГОСТ Р 53905-2010: Энергосбережение. Термины и определения — Терминология ГОСТ Р 53905 2010: Энергосбережение. Термины и определения оригинал документа: 26 бензин: Жидкое нефтяное топливо для использования в поршневых двигателях с искровым зажиганием. Определения термина из разных документов: бензин 90… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Книги

  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов, Т. Н. Лащенова, О. А. Максимова. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современной экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 639 грн (только Украина)
  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современной экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 568 руб
  • Обращение с радиоактивными отходами, В. Р. Ахмедзянов, Т. Н. Лащенова, О. А. Максимова. Учебное пособие посвящено одной из актуальных проблем современно экологии. Подробно рассмотрены источники образования радиоактивных отходов, основные методы обращения с радиоактивными… Подробнее  Купить за 494 руб
Другие книги по запросу «ПОЛЕЗНАЯ ЭНЕРГИЯ» >>

Тепловая энергия окружающей среды — Vaillant

Альтернативные источники энергии становятся все более привлекательными. Одной из причин является постоянно растущие цены на традиционные виды топлива.

Природа предлагает нам многочисленные возможности для экологически чистого и экономного производства теплой энергии. Тепловые насосы используют энергию, которую природа дает нам бесплатно.

Тепловые насосы — использование энергии окружающей стреды

Земля, в частности, обладает гигантскими запасами энергии. В нескольких метрах ниже ее поверхности она сохраняет солнечное тепло. Из ядра Земли температуры величиной 6500 градусов Цельсия излучаются в ее внешние слои. Тепловые насосы используют геотермальное тепло или тепло грунтовых вод в зависимости от технологии. Энергия, накопленная в окружающем воздухе, также подходит для обогрева помещений и производства горячей воды. Тепловые насосы могут использовать эти ресурсы и, таким образом, существенно снижают затраты на производство тепловой энергии.

Не зависимо от того, какая технология используется, тепловые насосы эффективно работают даже при низких температурах окружающей среды. До 75 процентов ваших потребностей в тепловой энергии могут быть получены непосредственно из окружающей среды и бесплатно. Только 25 процентов должны быть добавлены в виде электрической энергии. В зависимости от технологии, тепловые насосы могут подключаться к трем различным источникам тепла

Преимущества использования тепла окружающей среды в качестве источника энергии:

  • Отсутствие эмиссии СО2
  • Неисчерпаемый источник энергии
  • Независимость от поставщиков энергии
  • Низкая стоимость отопления

Требования к использованию тепла окружающей среды:

  • Большие радиаторы для низкотемпературной системы
  • Хорошая изоляция здания

Геотермальная энергия

Тепловые насосы могут использовать энергию земли. Доставка энергии осуществляется двумя различными способами. Либо используется тепло, близкое к поверхности земли там, где температура одинакова почти круглый год. На поверхности земли на глубине 1,5 м устанавливается земляной коллектор в качестве нагревательного контура, который извлекает тело из земли.

Или же, возможна регенерация тепла с помощью малогабаритного геотермального зонда. Геотермическое тепло выводится с помощью специальных грунтовых зондов, которые заглублены до 100 метров в землю. Температура является постоянной в течение всего года и составляет примерно 10 °C, что достаточно для извлечения тепла.

Преимущество использования геотермального тепла:

Хорошее сбережение тепла: круглый год постоянные температуры 7-13 °C

Требования к использованию геотермального тепла:

  • Большие площади земли с открытым доступом (земляной коллектор)
  • Может требоваться разрешение

Атмосферный воздух как источник энергии

Тепловые насосы могут использовать для отопления окружающий воздух и запасенную в нем энергию. Наши современные тепловые насосы работают экономно и осуществляют нагрев даже при температуре наружного воздуха до -20 ° С.

Преимущества использования атмосферного воздуха:

  • Отличная доступность из-за свободного доступа к источнику энергии без переоснащения
  • Не требуется разрешения
  • Самые низкие инвестиционные затраты
  • Особенно подходит для модернизации

Требования к использованию атмосферного воздуха:

  • Площадка для установки наружного блока

Грунтовые воды как источник энергии

Тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из грунтовых вод. Их температура постоянная независимо от времени года и внешней температуры. Для извлечения грунтовых вод необходим колодец.

Преимущества использования грунтовых вод:

  • Высокая эффективность
  • Хорошая аккумуляция тепла: в морозный зимний день поддерживается температура 7-12 °C

Требования к использованию грунтовых вод:

  • Качество и количество грунтовых вод: грунтовая вода с низким содержанием минералов и извести

Наилучший источник энергии для ваших целей

То, какой источник энергии и, следовательно, какой тип тепловой насосной системы наилучшим образом подходит для вашего применения, зависит от многих факторов. Следует принять во внимание различные закупочные цены и эксплуатационные расходы.

Однако, отдельные типы тепловых насосов также отличаются друг от друга с точки зрения разрешений, продвижения и требований к зданию.

При выборе нужной системы обогрева стандартного решения не существует. Однако нетрудно найти ту систему, которая удовлетворяет вашим требованиям. Поговорите со специалистами-теплотехниками компании Vaillant. Они могут помочь вам в планировании оптимальной системы обогрева.

Это может вас заинтересовать:

Возобновляемая энергия — Vaillant

Возобновляемую энергию можно извлекать из воды, ветра, солнечного света, геотермического или возобновляемого сырья. В отличие от ископаемых видов топлива, большинство возобновляемых источников неограниченны и бесплатны.

Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть или газ, получаются из мертвых растений или животных за миллионы лет. Поэтому, такие ресурсы ограничены, и цены на них будут продолжать расти. Пора задуматься над использованием возобновляемой энергии в дополнение или в качестве альтернативы ископаемым видам топлива.

Возобновляемая энергия снижает вредное воздействие на экологию

Использование возобновляемой энергии помогает сохранению окружающей среды. При сжигании ископаемых видов топлива выделяется углекислый газ. Углекислый газ является одним из главных факторов глобального потепления. Использование возобновляемой энергии производит гораздо меньшее количество вредных выбросов.

Технологии возобновляемых источников энергии

Существует ряд технологий, которые используют возобновляемую энергию. Человечество сотни лет использует энергию воды и ветра в мельницах. Очевидным шагом было модернизировать эти технологии, для того чтобы использовать воду и ветер для производства электроэнергии.

Использование солнечной и геотермальной энергии потребовало технологических инноваций. Интеллектуальные технические средства управления используют имеющиеся ресурсы экономно и эффективно. Высокоэффективные буферные баки запасают горячую воду для последующего использования. Современная система отопления состоят из многих различных компонент, которые должны быть объединены в сеть.

Солнечные системы и тепловые насосы Vaillant с интеллектуальными техническими средствами гарантируют высокую эффективность использования возобновляемой энергии. Одновременно, вы пользуетесь высоким уровнем комфорта за счет тепла и горячей воды.

Узнайте больше о технологиях тепловых насосов

Узнайте больше об использовании солнечной энергии

Возобновляемые источники энергии для новых зданий

При проектировании нового здания вы должны узнать, какие возобновляемые источники энергии являются доступными. В долгосрочной перспективе это поможет вам сэкономить деньги.

Потребление возобновляемой энергии способствует вкладу в сбережение экологии.

ГАПОУ МО «ПК «ЭНЕРГИЯ» — Полезные ссылки

( ! ) Notice: unserialize(): Error at offset 20798489 of 20799439 bytes in /opt/energypknew/libraries/src/Cache/CacheController.php on line 182
Call Stack
#TimeMemoryFunctionLocation
10. 0000359928{main}( )…/index.php:0
20.01061078664Joomla\CMS\Application\SiteApplication->execute( )…/index.php:49
30.15063387696Joomla\CMS\Application\SiteApplication->render( )…/CMSApplication.php:202
40.15063387696Joomla\CMS\Application\SiteApplication->render( )…/SiteApplication.php:778
50.15113409680Joomla\CMS\Document\HtmlDocument->render( $caching = TRUE, $params = [‘template’ => ‘college’, ‘file’ => ‘index.php’, ‘params’ => class Joomla\Registry\Registry { protected $data = class stdClass { … }; protected $initialized = TRUE; public $separator = ‘.’ }, ‘directory’ => ‘/opt/energypknew/templates’] )…/CMSApplication.php:1044
60.15113409680Joomla\CMS\Document\HtmlDocument->_renderTemplate( )…/HtmlDocument.php:567
70.31574566728Joomla\CMS\Document\HtmlDocument->getBuffer( $type = ‘modules’, $name = ‘position-8’, $attribs = [‘name’ => ‘position-8’] )…/HtmlDocument.php:793
80.31584567288Joomla\CMS\Cache\CacheController->get( $id = ‘cbuffer_modules’, $group = ??? )…/HtmlDocument.php:476
90.373446166400unserialize( $variable_representation = ‘a:2367:{s:32:»caf22254987163e10cd978f23ce3c5e4″;a:3:{s:4:»body»;s:2863:»\t\t<div>\n\t\t\t\t\t\t\t<h4>Разделы</h4>\n\t\t\t\t\t\t <div>\n <a href=»/available-info»>\n <img src=/images/main/dostup.png alt=»Иконка»>\n \t <br>\n Доступная среда</a>\n <a/opt/energypknew/libraries/src/Cache/CacheController.php» bgcolor=»#eeeeec»>…/CacheController.php:182

10 способов экономить энергию и деньги с помощью возобновляемых источников энергии


 

Если вы планируете строить дом, рассмотрите вариант дома с нулевым

потреблением энергии, как этот дом в Колорадском Университете.

Он не только обеспечивает себя энергией, но и заряжает гибридный автомобиль.

Источник информации: RenewableEnergyAccess.com

Топливо и энергия в России становятся все дороже. Цена электроэнергии тоже ползет вверх. Поэтому самое время предложить несколько полезных советов по сохранению энергии и денег с использованием возобновляемых источников энергии.

Самая дешевая энергия — это та, которую вы не должны покупать. Рассмотрите любой из предложенных вариантов перейти на «зеленую» энергию.

1) Отапливайте ваш дом экологически чистым возобновляемым биотопливом

Если сейчас вы топите нефтепродуктами, подумайте о переходе на биодизель. Цены на солярку будут расти, поэтому скоро биодизель станет конкурентоспособным. В то же время, это более чистое топливо, которое производит наше сельское хозяйство. Если вы выращиваете рапс, можно использовать рапсовое масло для обогрева жилищ. Скоро появятся поставщики топлива, которые предлагают смешанное топливо (солярка с биодизелем).

Если вы вообще хотите избавиться от нефтепродуктов, то существуют котлы на древесных гранулах — пеллетах. В России уже продается такое оборудование, в котором можно сжигать древесные пеллеты. При этом достигается полная автоматизация, удобство пользования и, в некоторых случаях, экономия даже по сравнению с отоплением на дровах. Ниже даны ссылки на некоторые сайты о биотопливе.

Pellet Fuels Institute
New England Wood Pellets
Pellet burning stoves

2) Поставьте себе солнечную водонагревательную установку

Купите себе солнечную водонагревательную установку (СВНУ) когда ваш теперешний водонагреватель выйдет из строя (а может и раньше) — когда вы ремонтируете или улучшаете свое жилище. Экономия денег на нагрев воды намного превысит ваши ежемесячные платежи за кредит, который вы взяли для покупки вашей солнечной водонагревательной системы!  СВНУ окупается за 4-6 лет!

3) Больше естественного света в вашем доме

Дома: Установите солнечные светильники для освещения дорожек и темных мест вашего дома. Очень полезно иметь ночью питаемые от солнца светильники — и показать вашим соседям практическое применение возобновляемых источников энергии.

На работе: Самая дешевая энергия — эта та, которую вы не купили. Максимально используйте естественное освещение дома и в офисе. Это не только сохранит энергию и деньги, но и полезно для здоровья и повышает производительность труда.

Если невозможно организовать естественное освещение, подумайте о питании вашей системы освещения напрямую от солнечных фотоэлектрических батарей!

4) Солнечные фонари на улицах

Уличное освещение может быть дешевле, если использовать солнечные фонари не только на дорогах, но и на стоянках, во дворах и т.п. Тогда можно сэкономить на прокладке проводов и рытье траншей, не говоря уже об экономии на не потребленной электроэнергии. Правильно спроектированная солнечная осветительная система обеспечивает достаточное количество света без его избытка. Наши города чрезмерно светятся, поедая огромные количества энергии (и топлива!) для своего освещения.

5) Ассортимент товаров возобновляемой энергетики расширяется

Чтобы быть уверенными, что вы получаете чистую возобновляемую энергию, и в тоже время красивым и надежным способом, выбирайте надежных поставщиков оборудования, работающих с известными марками.

Solar Fashion
Solarize Your i-Pod
Solaro Solar-Powered Models Building and Learning Kit
Solar Bags
Solar Powered Wireless Driveway Monitor

6) Охлаждайте ваш дом за счет чистой энергии

Купите солнечный вентилятор или используйте теплоизолирующую краску для своего чердака. Уменьшая температуру на чердаке, вы значительно снизите расход энергии на кондиционирование дома. А вентиляция чердака за счет фотоэлектрических батарей не только снизит расход электроэнергии, но в то же время ваш чердак будет вентилироваться больше, когда ярче светит солнце!

Solar Attic Fans
Real Goods
Thermal Barrier Paint

7) Покупайте «чистую» энергию для вашего дома или предприятия

К сожалению, пока потребители в России не могут выбирать, от какой электростанции покупать электроэнергию. Однако, в скором времени, после либерализации рынка электроэнергии, такая возможность появится. Многие развитые страны ввели маркировку на «зеленую» энергию, и потребители могут осознанно выбирать, наносит ли вред окружающей среде потребленная ими электроэнергия.

8) Экологически чистое резервное энергоснабжение

Если вам нужно надежное энергоснабжение дома или предприятия, вам нужна резервная система электроснабжения с использованием возобновляемых источников энергии. Даже если будут перебои в сетевом электроснабжении — ваш холодильник, насос, освещение будут работать несмотря ни на что. Ураган, упавшее на провода дерево, или обрыв проводов от обледенения, сгоревшая трансформаторная подстанция — теперь вам это не страшно, потому что вы защищены своей резервной энергосистемой на возобновляемых источниках энергии. Такую систему можно заказать у нас! Ниже перечислены некоторые поставщики элементов оборудования резервной энергосистемы.

GridPoint
Xantrex
Outback Power
SMA

9) Думайте глобально. Используйте возобновляемую энергию локально

Требуйте использования возобновляемых источников энергии не только у себя дома, но и в общественных местах. Системы электроснабжения на возобновляемых источников энергии установленные в местах общего пользования, не только помогут улучшить экологию в вашем районе, но и будут способствовать популяризации этого вида энергии среди местного населения. Подумайте, какой достопримечательностью будет такая система для вашего района! Не говоря уже о том, если ВИЭ будут использоваться в школах.


10) Узнайте больше о возобновляемой энергетике сами и расскажите о ней другим

Если вы еще не много знаете о ВИЭ, самый лучший способ узнать больше — это пойти и посмотреть, как работает действующая система электроснабжения на возобновляемых источников энергии.

Сейчас все больше появляется домов, где используются солнечные батареи, ветроустановки, котлы на биотопливе и т.п.

Если вы сами владеете таким домом, покажите свой дом соседям, коллегам по работе, друзьям и местным властям.

Многие люди до сих пор не знают, как работают такие системы и не доверяют им — покажите им работающую систему и заставьте их поверить в то, что это возможно и выгодно!

 

Полезная и потраченная впустую энергия | Передача энергии в окружающую среду

Полезная и потраченная энергия

  • Диаграмма Санки
  • вход
  • выход

Учащиеся раньше не видели диаграмм Санки . Вы должны объяснить полезность представления процессов с помощью изображений. Иллюстрации оказывают быстрое визуальное воздействие на зрителя, что облегчает понимание процесса.Диаграмма Сэнки — это визуальное представление энергетического процесса, показывающее входную и выходную энергию. Диаграммы Санки должны быть нарисованы аккуратно и максимально приближены к масштабу. Найдите время, чтобы нарисовать на доске несколько примеров, чтобы учащиеся увидели, что все энергетические процессы имеют более одного типа выходной энергии.

Этим термином мы рассматривали передачу энергии внутри систем. Системы имеют входную и выходную энергию.Такие системы, как приборы, инструменты, транспортные средства и машины, предоставляют нам полезную продукцию. Давайте рассмотрим несколько примеров, чтобы определить, что это за выходные данные в некоторых системах.

ИНСТРУКЦИЯ:

Посмотрите на каждую из фотографий и определите, что можно использовать в этой системе.

Что входило в каждую из этих систем?

Электроэнергия / электрическая энергия.

Всякий раз, когда мы используем прибор или машину, мы передаем энергию от одного объекта к другому. Не вся энергия передается туда, куда мы хотим, большая ее часть передается в окружающую среду, где она не помогает нам в достижении наших целей. Энергия, передаваемая в окружающую среду, равна « потрачено впустую ».

Посмотрите, как этот шоколадный кролик тает под энергосберегающей лампочкой.

Мы можем использовать диаграмму Санки , чтобы показать, как энергия передается в системе. Это дает нам картину того, что происходит, и показывает входящую энергию и то, как выходная энергия складывается из полезной энергии (стрелка вверху) и потраченной впустую энергии (стрелка идет вниз). Взгляните на следующий общий пример.

Диаграммы

Санки названы в честь ирландского капитана Мэтью Санки, который впервые использовал этот тип диаграммы в 1898 году в публикации по энергоэффективности парового двигателя.

Ширина стрелок на этих диаграммах о чем-то говорит. Входная энергия равна ширине исходной стрелки. Ширина обеих стрелок выходной энергии (полезной и потраченной впустую) в сумме равна ширине входной стрелки. Как вы думаете, почему это так? Вспомните, что вы узнали об энергии внутри систем в главе 2.

Это связано с тем, что энергия не создается и не уничтожается, а сохраняется в системе.Таким образом, входная мощность должна равняться выходной энергии в системе.

Диаграммы Сэнки

нарисованы в масштабе, так что ширина стрелок дает нам визуальное представление о том, сколько энергии полезно и сколько тратится впустую. На приведенной выше диаграмме вы можете видеть, что только небольшая часть входной энергии была полезной, а большая часть входной энергии была потрачена впустую, передаваясь в окружающую среду. Эффективная система — это система, в которой полезная выходная энергия лишь немного меньше входной энергии.Неэффективная система тратит много энергии. Как вы думаете, это эффективная энергетическая система? Почему?

Нет, это неэффективно, так как тратится много энергии.

Это подводит нас к следующему вопросу о том, насколько эффективна энергетическая система. Если потраченная впустую энергия намного превышает полезную выходную энергию, то система не является энергоэффективной. На приведенной выше диаграмме Сэнки фактически показана передача энергии лампочкой.Вы определили полезный выход энергии как свет в последнем упражнении. Как вы думаете, сколько будет потраченной впустую энергии? Куда оно девается?

Он теряется в виде тепла, когда энергия передается окружающему воздуху.

Вы видите, что лампа накаливания на самом деле не очень эффективная система? Это потому, что большая часть энергии теряется в виде тепла, когда энергия передается в окружающую среду.Есть что-нибудь более эффективное? Посмотрите фото люминесцентной лампочки.

Люминесцентная лампочка.

Люминесцентная лампа намного эффективнее, чем лампы накаливания, в которых для получения света используется нагретый провод. Большая часть энергии теряется, поскольку она передается в окружающий воздух от металлической нити. В люминесцентной лампе меньше энергии теряется в окружающей среде и больше энергии передается в полезную световую энергию. Используйте эту информацию, чтобы нарисовать диаграмму Санки для люминесцентной лампы в пространстве ниже.

Схема ученика должна выглядеть следующим образом:

Давайте посмотрим на другой пример. Посмотрите на даму на фото с помощью электродрели. Электрическая энергия от сверла передается на буровое долото в виде кинетической энергии. Сверло поворачивается и сверлит металл. Но дрель тоже издает много шума. Энергия используется для создания звука, и сверла нагреваются, поэтому часть энергии преобразуется в тепловую.Это означает, что часть электрической энергии передается в окружающую среду в виде звуковой и тепловой энергии. Это энергия, которая была потрачена впустую, потому что звуковая и тепловая энергия нам не полезны.

Дама использует электродрель, чтобы проделать дыру в детали самолета.

Заполните следующую диаграмму Сэнки, указав, что такое входная энергия, а затем выходы энергии.

Диаграмма Сэнки учащегося должна выглядеть с этикетками следующим образом:

Чтобы нарисовать диаграмму Сэнки, вам необходимо тщательно подумать о входящей энергии и о том, как входящая энергия передается в окружающую среду.Давайте еще немного попрактикуемся в этом в следующем упражнении.

ИНСТРУКЦИЯ:

  1. Посмотрите на следующие схемы / фотографии бытовой техники.
  2. Заполните таблицы, показывающие передачу энергии для каждой диаграммы / фотографии. Первый уже выполнен за вас.
Нить в лампочке.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

электричество

свет

тепловая энергия

Горящие свечи.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

потенциальная энергия воска

свет

тепловая энергия

Электрический венчик.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

электричество

движение / кинетическая энергия

звук, тепловая энергия

Автомобильный двигатель.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

бензин / потенциальная энергия от сжигания топлива

кинетическая энергия

тепловая энергия, звук

Сварка металла между собой.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

электрическая энергия

тепловая энергия

свет, звук

Бегут спортсмены.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

Потенциальная энергия в продуктах питания

кинетическая энергия

тепловая энергия, звук

Телевидение.

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

ВХОД энергии

Полезная энергия на выходе

Потраченная энергия ВЫХОДА

электрическая энергия

свет, звук

тепловая энергия

Теперь, когда мы определили передачу энергии в каждой системе, а также входную и выходную энергию, давайте попрактикуемся в рисовании еще нескольких диаграмм Санки.

Видео по рисованию базовой диаграммы Санки.

Давайте посмотрим на примере лампы накаливания, чтобы нарисовать диаграмму Санки. Лампа накаливания использует только около 10101010101010101010% входной энергии для генерации света, остальное «тратится впустую», потому что она нагревает окружающий воздух, не производя света. Это означает, что наша диаграмма Санки должна разделиться на две части: одну для света и одну для тепловой энергии, которая передается в окружающую среду (тепло).Стрелка тепловой энергии должна составлять 90% ширины стрелки ввода, а светлая стрелка должна составлять 10% ширины стрелки ввода.

ИНСТРУКЦИЯ:

  1. Теперь нарисуйте диаграмму Санки для некоторых устройств из последнего действия, которые перечислены ниже.
  2. Описание передачи энергии предоставлено для каждого устройства.
  3. Сконцентрируйтесь на демонстрации того, как входящая энергия распределяется между полезной и потраченной впустую.Помните, что ширина стрелки должна показывать, сколько энергии передается. Толстая стрелка означает большое количество энергии, тонкая стрелка означает небольшое количество энергии.
  4. Покажите различные входные и выходные значения энергии и проценты.

Электрический взбиватель:

Электрический взбиватель преобразует 70% входной энергии в кинетическую энергию для взбивания пищи, а 30% — это потраченная впустую выходная энергия в виде тепловой энергии и звука.

Двигатель автомобиля:

Двигатель автомобиля передает только 30% входной энергии для движения автомобиля, а 70% расходуется в виде звуковой и тепловой энергии.

Телевидение:

Телевизор использует 80% входной энергии для создания изображения на экране и звука, а 20% тратится как тепловая энергия.

ВОПРОСЫ:

Какая система из трех приведенных выше примеров является наиболее эффективной? Почему?

Телевизор, так как большая часть потребляемой энергии (80%) передается на полезный выход (свет и звук), и только 20% теряется в виде тепловой энергии.

Какая система из трех приведенных выше примеров наименее эффективна? Почему?

Двигатель автомобиля, так как расходуется больше энергии (70%), чем передается на полезную энергию для движения автомобиля (30%).

Большая часть нашей повседневной деятельности требует определенного вида электроэнергии. Электроэнергия производится путем сжигания топлива и преобразования химической потенциальной энергии в кинетическую энергию для производства электроэнергии. Ископаемые виды топлива, такие как уголь, хранят огромное количество энергии, но мы можем использовать только небольшой процент этой энергии. Много энергии передается окружающей среде в виде тепла, звука и света.

Это исследовательская деятельность. Если у ваших учеников есть доступ к Интернету и / или библиотеке, позвольте им потратить некоторое время на изучение передачи энергии в силовой установке и двигателе автомобиля. Если у ваших учеников нет доступа к Интернету, было бы неплохо распечатать некоторую информацию с различных веб-сайтов, которую можно было бы раздать классу. Вы можете позволить печатной информации распространяться по классу, так что вам не понадобится столько копий.Это сэкономит на бумаге и расходах на печать.

В этом упражнении они сначала увидят, как потраченная впустую энергия может быть в нескольких формах и как представить это на диаграмме Санки для автомобильного двигателя. Затем учащиеся исследуют электростанцию. Вы можете заставить учащихся работать в группах, чтобы найти информацию, но убедитесь, что каждый учащийся может написать свой собственный абзац. Это даст вам представление о том, понял ли учащийся то, что они исследовали.

Вот ресурс для справки: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/21c_pre_2011/energy/generatingelectricityrev4.shtml

На наших предыдущих диаграммах Сэнки у нас была только одна стрелка для вывода потраченной впустую энергии, но она может разделяться на более чем одну стрелку, чтобы обозначить различные способы расходования энергии. Также может быть более одной стрелки для полезной энергии, например, на приведенной выше телевизионной диаграмме свет и звук полезны и могут быть представлены двумя стрелками.

В последнем упражнении мы рассмотрели передачу энергии в двигателе автомобиля. Однако мы использовали только одну стрелку, чтобы обозначить потерянную энергию. Мы можем показать разницу между способами потери энергии на диаграмме Санки. Используйте следующую информацию, чтобы обозначить диаграмму Санки:

  • Входная энергия в двигателе автомобиля обеспечивается сгоранием бензина.

  • Только 30% энергии передается в полезную выходную энергию в виде движения.

  • Около 70% энергии передается окружающей среде в виде тепловой энергии и звука. Часть энергии теряется на охлаждение двигателя.

Это обозначенная диаграмма Санки:

На электростанции энергия передается через систему для производства электроэнергии.Во время передачи энергии через систему часть энергии тратится впустую.

Используйте Интернет или другие ресурсы, чтобы найти различные способы передачи энергии в окружающую среду в виде потерь энергии во время производства электроэнергии на электростанции.

Напишите короткий абзац, чтобы объяснить передачу энергии. Как входящая энергия передается через систему и где теряется потраченная впустую энергия?

Абзац должен содержать следующую информацию:

  • Уголь сжигается, энергия передается воде и используется для кипячения воды.Часть энергии теряется во время этого процесса.
  • Пар из кипящей воды используется для вращения турбины. Кинетическая энергия пара передается турбине. Часть энергии теряется в окружающей среде в виде звуковой и тепловой энергии.
  • Кинетическая энергия турбины передается генератору. Часть энергии теряется в окружающей среде в виде звуковой и тепловой энергии.
  • Кинетическая энергия генератора используется для выработки электроэнергии.

Нарисуйте диаграмму Санки для передачи энергии.

Пример диаграммы Санки для электростанции приведен ниже. Вы также можете увидеть, что узнали учащиеся, а затем нарисовать это на доске, чтобы проиллюстрировать переводы.

Помните, энергия измеряется в джоулях (Дж).

  • Энергия, поступающая в систему, называется входящей энергией.
  • Энергия передается в системе для получения полезной выходной энергии.
  • Инструменты, приспособления, транспортные средства и машины обеспечивают полезную выработку энергии.
  • Не вся входная энергия передается на полезный выход. Часть энергии тратится или теряется. Таким образом, полезный выход меньше, чем входная энергия, так как часть выходной энергии тратится впустую.
  • Примером может служить электрическая лампочка, в которой на входе подается электричество, а на выходе — свет. Однако большое количество энергии теряется в окружающую среду в виде тепловой энергии.
  • Эффективность системы определяется тем, какая часть входящей энергии передается в полезную выходную энергию. Чем больше потраченная впустую выходная энергия, тем менее эффективна система.
  • Диаграмма Сэнки используется для демонстрации передачи энергии в системе.
  • На диаграмме Сэнки стрелки представляют часть входящей энергии, которая передается на полезный выход энергии, и часть, которая передается в окружающую среду и тратится впустую.

Концептуальная карта

Заполните концептуальную карту, приведя два примера систем, в которых энергия передается в окружающую среду и «расходуется» в виде звуковой и тепловой энергии, а также один пример, в котором расходуемая энергия является светом.

Версия для учителя. Приведенные здесь примеры — не единственные. Учащиеся могут использовать любой из примеров, обсуждаемых в главе, которые подходят.

Что подразумевается под «потраченной впустую» энергией? [2 балла]

В энергетической системе некоторая часть энергии передается в окружающую среду способами, которые мы не планировали или которые нам не нужны.Это количество энергии бесполезно и поэтому «тратится впустую».

Нарисуйте простую диаграмму Сэнки, чтобы показать передачу энергии в системе, где потраченная впустую энергия больше, чем полезная энергия. [4 балла]

В этой главе учащиеся использовали проценты, чтобы нарисовать свои диаграммы Санки.Следующее является расширением и начинается с простого примера, который они уже видели в этой главе, а именно с лампочки, но передаваемая энергия была представлена ​​в процентах. В первом примере здесь мы начинаем с 100 Дж вместо 100%. Диаграмму Санки нарисовать несложно. Однако в последующих примерах входная энергия превышает 100 Дж. Учащимся не нужно вычислять проценты, но толщина стрелок должна отражать передаваемую сумму.

Для каждой из следующих ситуаций нарисуйте помеченную диаграмму Сэнки, чтобы показать количество входящей энергии, полезной энергии и потраченной впустую энергии.

  1. Электрический фонарик преобразует 100 джоулей (Дж) электрической энергии в 10 Дж световой энергии и 90 Дж тепловой энергии. [3 балла]

    Электрический фонарик.

  2. Телевизор имеет выходную энергию 500 Дж. 400 Дж в форме света. 50 Дж — это звук, а 50 Дж — тепловая энергия. [3 балла]

    Телевизор.

  3. Фен преобразует 300 Дж энергии в 150 Дж кинетической энергии, 100 Дж тепловой энергии и 50 Дж звуковой энергии.[3 балла]

    Фен. Http://www.flickr.com/photos/sunshinecity/2336638849/

Напишите описание передачи энергии в каждой из рассматриваемых ситуаций 2. [6 баллов]

а.Потенциальная энергия от батареек в фонаре передается нити накала лампы. Энергия передается окружающей среде в виде тепловой энергии и света. Большая часть энергии передается в виде тепловой энергии, которая бесполезна, и только часть энергии передается в виде света.

г. Энергия от телевизора передается в окружающую среду в виде тепловой энергии, звука и света. Свет и звук полезны, потому что это изображения и звуки, которые мы хотим слышать.Тепло — это потраченная впустую энергия.

г. Энергия фена используется для нагрева воздуха и сушки волос. Две трети энергии — это полезная тепловая энергия, но одна треть передается в виде звука, что для нас бесполезно.

В чем разница между лампочкой накаливания и энергосберегающей лампочкой? [2 балла]

В лампе накаливания используется металлическая нить, а в энергосберегающей лампочке используется люминесцентный газ для обеспечения света.

Почему энергосберегающая лампочка лучше экономит энергию, чем лампа накаливания? [3 балла]

Большая часть энергии, используемой для создания свечения лампы накаливания, используется для нагрева металла, чтобы заставить металл светиться.Это означает, что большая часть энергии тратится впустую в виде тепловой энергии, когда нам действительно нужен свет. Энергосберегающие лампы не должны нагревать газ до того, как он загорится, и поэтому расходуется меньше энергии.

В предыдущей главе мы рассмотрели изоляционные материалы и то, как они помогают уменьшить передачу энергии. Используйте эти знания, а также то, что вы узнали в этой главе о входящей энергии, полезной выходной энергии и потраченной впустую энергии, чтобы объяснить, почему электрический гейзер должен иметь изолирующий слой снаружи.[4 балла]

Электрический гейзер преобразует электричество в тепловую энергию в частицах воды, когда вода нагревается. Полезный выход — это тепловая энергия для нагрева воды. Однако часть этой тепловой энергии может уйти из гейзера в окружающую среду. Следовательно, это напрасно. Чтобы сделать систему гейзера более эффективной, чтобы полезный выход энергии был больше, а потери тепловой энергии были минимизированы, гейзер должен иметь изолирующее покрытие, чтобы уменьшить передачу энергии в окружающую среду за счет теплопроводности.

В электрическом гейзере нагревательный элемент размещен у дна гейзера. Почему это? [2 балла]

Нагревательный элемент расположен внизу, так как он более эффективен, потому что по мере того, как вода нагревается за счет передачи энергии, нагретая вода расширяется и движется вверх, а холодная вода движется вниз в виде конвекционного потока, тем самым нагревая все вода.

Это ссылка на предыдущие главы, так что знания можно пересмотреть и укрепить.

Всего [32 балла]

Улавливание тепла, которое иначе было бы потеряно — ScienceDaily

Международная группа ученых выяснила, как улавливать тепло и превращать его в электричество.

Открытие, опубликованное на прошлой неделе в журнале Science Advances , может обеспечить более эффективное производство энергии за счет тепла в таких вещах, как выхлопные газы автомобилей, межпланетные космические зонды и промышленные процессы.

«Благодаря этому открытию мы должны иметь возможность производить больше электроэнергии из тепла, чем мы делаем сегодня», — сказал соавтор исследования Джозеф Хереманс, профессор механической и аэрокосмической инженерии и выдающийся ученый в области нанотехнологий в Университете штата Огайо. .«Это то, о чем до сих пор никто не думал, что это возможно».

Открытие основано на крошечных частицах, называемых парамагнонами — битах, которые не совсем магниты, но несут некоторый магнитный поток. Это важно, потому что магниты при нагревании теряют свою магнитную силу и становятся парамагнитными. Поток магнетизма — то, что ученые называют «спинами» — создает тип энергии, называемый термоэлектричеством с увлечением магнонов, то, что до этого открытия нельзя было использовать для сбора энергии при комнатной температуре.

«Когда-то считалось, что если у вас есть парамагнетик и вы его нагреете, ничего не произойдет», — сказал Хереманс. «И мы обнаружили, что это неправда. Мы обнаружили новый способ разработки термоэлектрических полупроводников — материалов, которые преобразуют тепло в электричество. Обычные термоэлектрики, которые у нас были за последние 20 лет или около того, слишком неэффективны и дают нам слишком мало энергии, поэтому они не очень широко используются. Это меняет это понимание ».

Магниты являются важной частью сбора энергии из тепла: когда одна сторона магнита нагревается, другая сторона — холодная сторона — становится более магнитной, создавая вращение, которое толкает электроны в магните и создает электричество.

Парадокс, однако, заключается в том, что когда магниты нагреваются, они теряют большую часть своих магнитных свойств, превращая их в парамагнетики — «почти, но не совсем магниты», как называет их Херманс. Это означает, что до этого открытия никто не думал об использовании парамагнетиков для сбора тепла, потому что ученые считали, что парамагнетики не способны собирать энергию.

Однако исследовательская группа обнаружила, что парамагноны выталкивают электроны только на одну миллиардную миллионную долю секунды — достаточно долго, чтобы парамагнетики могли стать жизнеспособными сборщиками энергии.

Исследовательская группа — международная группа ученых из штата Огайо, Университета штата Северная Каролина и Китайской академии наук (все они являются равными авторами в этой журнальной статье) — начала тестирование парамагнонов, чтобы выяснить, могут ли они при правильных обстоятельствах , произвести необходимый отжим.

По словам Херманса, они обнаружили, что парамагноны действительно производят спин, который толкает электроны.

И это, по его словам, может позволить собирать энергию.

Аспирант штата Огайо Юаньхуа Чжэн также является автором этой работы. Исследование проводилось в партнерстве с дополнительными исследователями из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США при поддержке Национального научного фонда, Управления научных исследований ВВС США и Министерства энергетики США.

История Источник:

Материалы предоставлены Государственным университетом Огайо . Оригинал написан Лаурой Ареншилд. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Связь между конечной энергией и полезной энергией

Целью данного отчета является обобщение процесса сбора данных, необходимых для инструмента Hotmaps с открытым исходным кодом, в качестве общей информации по умолчанию в отношении 28 государств-членов Европейского Союза на различных пространственных уровнях. Данные были собраны на национальном или, если таковые имеются, на региональном / местном уровнях. Данные были получены по четырем различным секторам: жилой (дома на одну семью, многоквартирные дома и многоквартирные дома), услуги (офисы, торговля, образование, здравоохранение, гостиницы и рестораны и другие нежилые здания), промышленность (черная металлургия). , цветные металлы, бумага и полиграфия, неметаллические полезные ископаемые, химическая промышленность, продукты питания, напитки и табак, машиностроение и другие, не классифицированные) и транспорт (пассажирский транспорт — общественный, частный, железнодорожный и грузовой транспорт — тяжелые грузы и легкие коммерческие автомобили).Данные для отопления, охлаждения и горячего водоснабжения сильно различаются по качеству в отношении полноты, точности и надежности. Что касается зданий, в отличие от систем отопления и горячего водоснабжения, рынок систем охлаждения помещений Европейского Союза практически не исследуется в научной литературе. Хотя в центре внимания предыдущих исследований был жилищный сектор, существует нехватка данных по услугам. Что касается промышленного сектора, используются средние национальные значения, несмотря на большое разнообразие производственных процессов, используемых энергоносителей и мер по повышению эффективности для промышленных предприятий в рамках одних и тех же подсекторов.Что касается транспорта, то наличие данных о потребностях в электроэнергии недостаточно изучено. Вся собранная информация по отоплению помещений, охлаждению помещений и ГВС была отфильтрована и статистически обработана. Согласно количеству источников, коэффициент вариации использовался как статистический индикатор неопределенности и для исключения значений, выходящих за пределы диапазона плюс или минус стандартное отклонение вокруг среднего. Отфильтрованные значения использовались для вычисления более надежного среднего. Заполнение пробелов подразумевало не только экстраполяцию и сборку данных из инструментов для работы с большими данными (например,грамм. EU Building Stock Observatory, Invert / EE-Lab, BPIE и т. Д.), Но также исследует источники данных по отдельным шрифтам научной литературы, таким как журнальные статьи, материалы конференций и результаты проектов. Только следуя такому глубокому подходу, мы смогли восполнить пробелы в данных. Что касается общего полезного спроса на энергию (жилой сектор и сектор услуг) на отопление, охлаждение помещений и горячее водоснабжение во всем Европейском Союзе 28, то наивысшее место занимает отопление помещений с примерно 2685 ТВтч / год, за которым следует горячее бытовое отопление вода с около 429 ТВтч / год и охлаждение помещения (207 ТВтч / год).Европейский Союз 15 отвечает практически за всю полезную потребность в энергии для охлаждения помещений Европейского Союза 28, составляя около 87%. Что касается здания с почти нулевым потреблением энергии, необходимо отметить, что реализация Директивы по энергетическим характеристикам зданий на национальном уровне очень различается от страны к стране, и некоторые государства-члены еще не определили, что такое здание с почти нулевым потреблением энергии. Это делает практически невозможным прямое сравнение между странами-членами. Требования, используемые в национальных определениях зданий с почти нулевым потреблением энергии, обычно одинаковы, т.е.е. первичная энергия, доля возобновляемой энергии и коэффициент теплопередачи компонентов ограждающих конструкций здания. Тем не менее, методы расчета первичной энергии различны, а доли возобновляемых источников энергии, а также значения факторов первичной энергии политически определяются каждым государством-членом. Что касается других требований к зданиям с почти нулевым потреблением энергии, они, как правило, зависят от климатических условий. Что касается карт плотности тепла, то их можно было составить на уровне гектара –100 x 100 м.Что касается климатического контекста, то можно было собрать основные переменные с пространственным разрешением в среднем 1 км. Что касается промышленных процессов, результаты включают в себя базу данных по потреблению энергии и избыточному тепловому потенциалу энергоемких компаний в масштабах ЕС, набор данных с технико-экономическими характеристиками технологий производства пара и сравнительные индикаторы энергопотребления в промышленных секторах. В разделе по теплоснабжению и холодоснабжению представлены два набора данных, относящихся к теплоснабжению.Во-первых, региональная структура теплоснабжения по видам энергоносителей с разбивкой на 28 регионов Европейского Союза. Во-вторых, технико-экономические характеристики технологий теплоснабжения. Что касается сбора данных о возобновляемых источниках энергии и обзора потенциала, то можно было оценить потенциал всего Европейского Союза 28 на уровне гектара в отношении лесной биомассы, солнечной энергии и ветра. Напротив, потенциал других возобновляемых источников энергии (например, твердые бытовые отходы, сельскохозяйственная биомасса и т. Д.)) можно оценить на региональном уровне. Что касается почасовых профилей нагрузки, результаты содержат набор данных для полезного спроса на энергию для отопления и охлаждения в промышленности, сфере услуг и жилом секторе. Набор данных содержит временные ряды для всех 28 регионов Европейского Союза. Наборы данных по электроэнергии включают почасовые цены на электроэнергию, выбросы CO2 и структуру производства по странам. Эти данные будут использоваться для связи планирования отопления и охлаждения с системой электроснабжения в наборе инструментов Hotmaps. Что касается транспорта, набор данных был создан специально для анализа потребностей в отоплении и охлаждении в рамках проекта, он включает наборы данных о конечном спросе на энергию в различных транспортных секторах и конкретные данные о запросах на электроэнергию для транспорта и железнодорожного транспорта.Еще есть возможности для повышения качества и охвата данных. Поэтому мы добавили раздел о конкретных ограничениях предоставленных данных в каждую главу.

Первичная, конечная, полезная и эквивалентная энергия и экономическая деятельность

Первичная, Окончательный, полезный и эквивалент
Энергетика и экономическая деятельность

Карлос Феу Альвим
[email protected]
Омар Кампос Феррейра
omar @ ecen.com
Фрида Эйдельман
[email protected]
Йос Гольдемберг

Введение

Энергия — незаменимый источник энергии для деятельность цивилизованного общества. Корреляция между энергией и производством постулат индустриальной эпохи, когда энергия является одним из основных ресурсов.

Увеличение потребления после бензина кризис семидесятых годов поставил мат этой почти линейной корреляции между экономическими активности и использования энергии, поскольку центральные страны смогли показать экономический рост более десяти лет без соответствующего увеличения энергопотребления.

Эволюция методов производства стала очевидной что значительного повышения эффективности можно добиться с помощью мер по сохранению (избегая потерь) или изменений в производственном процессе.

Стало также очевидно, что политика сохранение или уменьшение количества энергии на продукт приведет к лучшим результатам в развитые страны, где имелись финансовые ресурсы. Это естественно, так как консервация после начальной фазы оптимизации использования подразумевает вложения в машины, оборудование и процессы, помимо управленческих ноу-хау.

В процессе сравнения энергии и Экономическая деятельность, было проведено важное методологическое усовершенствование, которое сделало возможным сравнение валют разных стран, не ограничиваясь их обменными курсами, часто искажается правительствами или управляется несовершенными рынками.

Например, если мы используем только обменный курс, ВВП Бразилии, а также ВВП на душу населения сократятся на 40% через несколько месяцев после начало 1999 г.Этого неудобства можно избежать, используя методики, которые рассчитать покупательную способность местной валюты.

Энергетическая зона по-прежнему не хватает удобного измерение для учета выхода различных источников энергии в их разные использует. Некоторый прогресс был достигнут, когда не только основное, но и последнее снаряжение энергия была измерена.

Выражение предложенной и потребляемой энергии в с точки зрения конечной энергии, можно провести справедливое сравнение, например, между гидравлическая энергия и природный газ для производства электроэнергии.

Еще в виде конечной энергии, то же природный газ используется для нагрева воды, конкурируя с электричеством в бытовых целях, без с учетом их относительной эффективности.

Конечная энергетическая концепция повышает эффективность фактор, принимая во внимание для каждого использования эффективность различных источников энергии. Для разработки балансов полезной энергии необходимо было организовать использование так, чтобы что эту концепцию можно применить на практике.

Хотя понятие полезной энергии позволяет сравнивать различные источники энергии при каждом использовании, сумма энергии выраженные таким образом, представляют трудности обобщения, которые не меньше, чем встречается в сумме первичной или конечной энергии.

Оптимальным решением будет разработка exergetic анализ использования энергии в стране или деятельности.В обобщение этой методологии возможно и желательно, но должно быть представлено методологическая разработка — частично уже сделанная — и в основном дидактическая разработка. Эта задача может быть успешной, поскольку концепция exergy в строгом смысле слова менее интуитивно понятный, чем у энергии.

Мы учимся в школе, что энергия сохраняется в природа и только меняет свою форму, но мы продолжаем говорить «трать энергию» и даже специалистов области, мы говорим, как и выше — консервируют и потребляют энергия… Не говоря уже о преобразовании массы в энергию (в ядерной области), что «прекрасно понимают» те, кто считал, что масса древесины, они наблюдали, как их сжигание в детстве превращалось в энергию при самых легко воспринимаемая форма как таковая — тепло.

Предыдущее использование концепции Equivalent Energy

Концепция эквивалентной энергии была использована межведомственная группа, координируемая Министерством горнорудной промышленности и энергетики Бразилии — MME, в разработке энергетической матрицы страны.Эта концепция была представлена ​​в [Metodologia de Projeo de Demanda de Energia a partir da Energia Equivalente de Substituio Carlos Feu Alvim et al. — Reunio brasil / EUA de Planejamento energtico — Вашингтон, 4 от 12 июня 1990 г.]). Он состоит из того, что при каждом использовании эквивалентный источник энергии. В данном случае использовался «эквивалент мазута» на тепла. процесс и прямой нагрев и «дизельный эквивалент» для транспортной области, как мы это делали, анализируя бразильский «Алкогольный Программа ».

Следует отметить, что, учитывая большая эффективность гидравлической энергии для выработки электроэнергии по сравнению с другими источников — и удовлетворяя политическое желание подчеркнуть участие внутренних энергия в бразильском энергетическом балансе — гидравлическая энергия ценится в Бразилии как первичная энергия с учетом его способности вырабатывать электроэнергию. Спиртовое топливо получено такое же обращение, чтобы оценить его по сравнению с бензином.

Другими словами, цель эквивалентной энергии концепция заключается в систематизации легко понятным для внешнего аналитика способом «потребление» в эквиваленте энергии. В этой работе работают все источники энергии, в все виды использования относятся к эквиваленту природного газа.

Концепции

Удобно рассмотреть некоторые концепции. Обычно «энергоемкость» первичных источников учитывается путем расчета его способность рассеивать тепло в окружающую среду.В качестве топлива обычно используется «высшая теплотворная способность».

Первичные источники нельзя использовать напрямую, поэтому используются различные процессы трансформации, в результате которых нефть превращается в продукты для несколько видов использования, уголь в кокс, древесина в древесный уголь и т. д. Несколько видов топлива, первичных или вторичные, преобразуются в электричество, как правило, для более благородных целей.

В энергетических балансах это выражается формула

Первичная энергия = Конечная энергия + Преобразование Проигрывает

В балансе полезной энергии для каждого использования Дж , топливная экономичность и такова, что

Полезная энергия (i, j) = Конечная энергия (i, j) * КПД (i, j)

или

UE (i, j) = FE (i) * E (i, j)

Виды использования, рассматриваемые в Бразильской полезной Энергия: движущая сила, прямой нагрев, технологический нагрев, освещение, электрохимия и другие.

Поскольку энергетические балансы не подразделяются в соответствии с использованием, для расчета конечной энергии, используемой в каждом секторе, необходимо необходимо знать распределение D (i, j) каждого источника энергии при каждом использовании.

Ожидается, что при использовании той же технологии это распределение одинаково во всех странах. Поскольку на самом деле есть разные степени Из-за технологической эволюции это распределение может значительно отличаться в некоторых секторах.Мы иметь

FE (я, j) ​​= FE (я) * D (я, j) ​​

С учетом эффективности источника энергии i (всегда для определенного сектора) при использовании j в качестве E (i, j), мы будем иметь полезную энергию определяется как

UE (i, j) = FE (i, j) * E (i, j)

Для каждого конкретного использования имеет смысл, для Например, чтобы иметь дело с полезной энергией при производстве единиц.Этот показатель заметно более стабилен. чем конечная энергия / продукт, когда используются разные источники энергии с разной эффективностью. использовал. Для этого имеет смысл рассчитать полезную энергию для того же использования, происходящие из различных источников энергии.

UE (j) =

 S FE (я) * D (я, j) ​​* E (я, j) ​​
я

Может быть интересно посчитать, для каждого сектора, средний КПД одного источника энергии, а именно

UE (i) = FE (i) *

 S * D (i, j) * E (i, j)
j

Прибавка справа — полезная энергия коэффициент преобразования в конечную энергию для источника энергии i, с учетом распределения D (i, j) и эффективности E (i, j).

Эквивалентная энергия определяется как

Эквивалентная энергия (i, j) = UE (i, j) / E (io, j)

где E (io, j) — КПД в рассматриваемой сектор эталонного топлива ИО
или

EE (i, j) = UE (i, j) / E (io, j) = FE (i, j) * E (i, j) / E (io, j)

По определению у нас будет для источника энергии io выбрано в качестве ссылки,

EE (i) = FE (i) *

 S D (i, j) * E (i, j) / E (io, j)
j

Для каждого сектора и каждого источника энергии a генерируется коэффициент преобразования, который преобразует конечную энергию в эквивалентную энергию в результате относительной средней эффективности, взвешенной по конечному назначению энергии в секторе.В выражении для полезной энергии также получается коэффициент преобразования для каждого источника энергии для каждого сектора. Практический пример будет продемонстрировать удобство использования предпочтительно эквивалентной энергии.

Коэффициент эквивалентности — полезная энергия

Для каждого сектора, указанного в энергетическом балансе, были рассмотрены эталонные коэффициенты полезного действия и использование каждого источника энергии, поставляемого Баланс полезной энергии 1995 г. — MME / Бразилия следует стремиться к этим эталонным значениям.Эти эффективности — это те, которые используются для оценки потенциала природоохранной политики в Бразилии. используя существующие технологии. Поскольку предполагается использовать средние значения КПД для при взаимном сравнении между разными странами, эти показатели считались более эффективными. значительнее, чем те, которые в настоящее время приняты в Бразилии, где усилия, направленные на сохранение все еще очень ограничено. Распределение использования каждого источника энергии в каждом Используемый сектор был рассмотрен для Бразилии в 1993 году.Поскольку используемые данные баланса больше в совокупности, чем те, которые доступны в Brazilian Energy Баланс и цель данной работы — получить в первом приближении среднюю Коэффициенты пересчета были получены для трех агрегатов: промышленного, транспорт и другие. Для каждого источника энергии и различных секторов k экономия, заложенная в каждом агрегате, коэффициенты получены с учетом

Аналогично для конечной энергии каждой энергии источник и каждый агрегат получает

UCa (i) = UEa (i) / FEa (i)

Таким же образом для эквивалентной энергии получает коэффициенты

CEa (i) = EEa (i) / FEa (i)

Средние коэффициенты преобразования — Конечная энергия к полезной энергии

Промышленность

Транспорт

Прочие

Итого

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

0,76

0,34

0,57

0,75

ПАРА УГОЛЬ

0,54

0,54

УГОЛЬ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ

0,85

0,85

ДРОВА

0,56

0,20

0,33

САХАРКАНОВЫЕ ПРОДУКТЫ

0,66

0,66

ДРУГИЕ ПЕРВИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ.

0,50

0,50

ДИЗЕЛЬНОЕ МАСЛО

0,54

0,44

0,44

0,45

ТОПЛИВНОЕ МАСЛО

0,75

0,59

0,77

0,73

БЕНЗИН

0,29

0,29

СНГ

0,55

0,50

0,50

КЕРОСИН

0,73

0,33

0,01

0,32

ГАЗ

0,83

0,52

0,80

КОКС УГОЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ.

0,84

0,84

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

0,83

0,94

0,68

0,77

УГОЛЬ

0,79

0,15

0,73

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

0,40

0,40

ДРУГАЯ СЕК.ИСТОЧНИКИ
ДРУГОЕ ПЕТР. SEC. ИСТОЧНИКИ

0,80

0,80

ТАР

0,79

0,79

Настоящая работа направлена ​​на сравнение в первом приближение использования первичной, конечной, полезной и эквивалентной энергии, выраженной как функция экономической активности и паритета покупки электроэнергии.За это в приближении использовалась агрегированная структура, представленная в таблице, и энергия совокупность источников, представленная в балансах источников энергии, распространяемых ОЭСР для нескольких страны. Учитывая структуру конечного потребления энергии в Бразилии, использованная структура дает следующую таблицу эквивалентности:

Промышленность

Транспорт

Прочие

Итого

Уголь

0,81

0,81

Нефть Продукция

0,74

0,40

0,48

0,49

Газ

0,78

0,34

0,52

0,77

Возобновляемая Топливо

0,65

0,40

0,20

0,48

Электроэнергия

0,83

0,94

0,68

0,77

Эта таблица восходит к предыдущей, где различные источники энергии сгруппированы и взвешены в зависимости от их использования (добавление значений энергии / сложение конечных значений энергии).В двух предыдущих таблицах неудобство использования этого типа эквивалентности, когда рассматривается общая сумма, становится очевидно. Нефтепродукты в последнем столбце, в котором указано общее количество, имеют относительно низкий КПД по сравнению с углем и газом в этой же колонне. В объяснение легко понять, если изучить столбец промышленность — где эквивалентности ожидаются — и по сравнению с транспортировкой колонны, где эквивалентности также ожидаются, но эффективность ниже, потому что в этом случае один измеряет преобразование химической энергии в движущую энергию, в то время как в промышленности Преобладает преобразование этой энергии в технологическое тепло или прямой нагрев.Поскольку в транспортировке преобладают нефтепродукты, в среднем они очевидно показывают низкую эффективность. Аналогичные комментарии можно сделать и относительно первоисточников. в первой таблице, особенно низкая эффективность бензина и спирта при сравнении к мазуту или минеральному углю в их различных формах.

Коэффициенты эквивалентной энергии

Для получения эквивалентной энергии энергии необходимо выбирать эталонное топливо для каждого вида использования.В качестве движущей силы был выбран бензин, а для технологического тепла и прямого нагрева, натуральный газ. Для освещения, электрохимии и др. Было выбрано электричество, которое эксклюзивные или практически исключительные в этих целях.

Впоследствии эти значения были объединены в эквивалент природного газа с использованием эквивалента 1 (отношения эффективности) между природными бензин и бензин, выбранные Бразильским балансом полезной энергии для использования при вождении. сила.Наконец, эквивалентность электричества и природного газа была зафиксирована в 3.57, что представляет собой эффективность производства электроэнергии с использованием природного газа (28%). Эта процедура разрешено выражать все источники энергии как функцию эквивалентной энергии в натуральных газ. Результат показан в следующей таблице.

Относительные значения в разных столбцах: менее противоречивые между собой, что приводит к более совместимым общим значениям.Единственный неожиданностью кажется эффективность металлургического угля, на 6% выше, чем у природного газ, специально используемый в сталелитейной промышленности, находящийся в непосредственном контакте с материалом, к которому подводится тепло (часть тепла передается материалу).

Средние коэффициенты преобразования — Конечная энергия к эквиваленту энергии

Промышленность

Транспорт

Прочие

Итого

ПРИРОДНЫЙ ГАЗ

1,00

1,00

1,00

1,00

ПАРА УГОЛЬ

0,87

0,87

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ УГОЛЬ

1,06

1,06

ДРОВА

0,80

0,37

0,52

САХАРКАНОВЫЕ ПРОДУКТЫ

0,73

0,73

ДРУГИЕ ПЕРВИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ

0,72

0,72

ДИЗЕЛЬНОЕ МАСЛО

1,19

1,52

1,51

1,51

ТОПЛИВНОЕ МАСЛО

1,00

1,36

1,00

1,03

БЕНЗИН

1,00

1,00

СНГ

1,00

1,00

1,00

КЕРОСИН

1,00

1,14

0,01

1,09

ГАЗ

1,00

1,00

1,00

КОКС УГОЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ

1,06

1,06

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

2,63

3,10

2,93

2,76

УГОЛЬ

1,05

0,30

0,97

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

1,38

1,38

ДРУГОЕ SEC.ИСТОЧНИКИ
ДРУГОЕ ПЕТР. SEC. ИСТОЧНИКИ

0,89

0,89

ТАР

1,00

1,00

Для агрегированных структур баланса ОЭСР мы использовали следующие эквиваленты

Промышленность

Транспорт

Прочие

Итого

Уголь

1,04

1,04

Нефтепродукты

0,99

1,34

1,19

1,23

Газ

1,00

1,00

1,00

1,00

Возобновляемое топливо

0,83

1,38

0,37

0,81

Электроэнергия

2,63

3,10

2,93

2,76

Результаты интуитивно ожидаемы, за исключением того, что угля, объяснение которого было представлено ранее.Этот фактор, который будет использоваться в других страны, должны быть ближе к тем, которые указаны в предыдущей таблице для парового угля, так как в В случае Бразилии его использование в промышленности практически равно нулю в том, что касается производства тепла.

Тем не менее, поскольку уголь, используемый в Бразилии, низкого качества, значение коэффициента должно быть выше 0,87. Кроме того, было бы необходимо рассмотреть возможность использования в сталелитейной промышленности в других странах, что также присутствует относительно высокая эффективность.

Предварительные результаты, которые будут представлены используйте коэффициенты, рассчитанные для Бразилии. В будущих работах менее агрегированные секторы и источники энергии будут рассмотрены, что позволит избежать неудобств агрегированного представлен анализ.

Энергетика и экономическая деятельность

Ниже приводятся результаты сравнения сделано в отношении потребления источников энергии в странах, представляющих широкий диапазон развитие и их соответствующая экономическая деятельность, измеряемая покупательной способностью (ППС методологии).Значения были также получены от источника энергии OCED. остатки. Все значения относятся к 1996 году. Страны указаны в соответствии с ВВП. на душу населения, а ВВП измерялся по паритету покупательной способности (методология ППС), выраженному в долларах 1990 года.

Страны, население, эквивалентная энергия и Первичная энергия (PE), конечная FE), полезная (UE) и эквивалентная (EE) интенсивность использования для каждого продукта измеряется по паритету покупательной способности (ВВП по паритету покупательной способности — валовой внутренний продукт, покупательная способность Четность)

долл. США долл. США долл. США

Население

ВВП ППС

Экв.3
US $ (90) / жилая.

кеп /

долл. США

коэ /

коэ /

коэ /

Эфиопия

58,2

25,1

6,9

0,43

0,66

0,68

0,12

0,28

Гаити

7,3

3,9

2,9

0,53

0,50

0,92

0,61

0,75

Конго

45,2

30,3

8,3

0,67

0,46

0,43

0,13

0,27

Нигерия

114,6

119,8

39,6

1,05

0,69

0,61

0,16

0,33

Бангладеш

121,7

130,4

16,9

1,07

0,18

0,17

0,07

0,13

Индия

945,5

1224,5

308,5

1,30

0,37

0,29

0,11

0,25

Боливия

7,6

17,0

3,1

2,24

0,21

0,16

0,07

0,18

Сальвадор

5,8

15,5

2,9

2,67

0,26

0,20

0,07

0,19

Китай

1215,0

3594,0

869,8

2,96

0,31

0,24

0,13

0,24

Алжир

28,7

86,4

18,2

3,01

0,28

0,17

0,09

0,21

Россия

147,7

687,9

104,5

4,66

0,90

0,08

0,05

0,15

Юг Африка

37,6

178,5

77,4

4,75

0,56

0,30

0,17

0,43

Бразилия

161,4

877,7

178,7

5,44

0,19

0,16

0,08

0,20

Польша

38,6

229,1

77,6

5,93

0,47

0,31

0,16

0,34

Габон

1,1

7,6

1,1

6,91

0,21

0,18

0,07

0,15

Аргентина

35,2

245,5

52,4

6,97

0,24

0,16

0,09

0,21

Чили

14,4

165,5

20,6

11,49

0,12

0,10

0,05

0,12

Южная Корея

45,6

542,9

163,0

11,92

0,30

0,22

0,13

0,30

Испания

39,3

521,3

163,8

13,27

0,19

0,23

0,14

0,31

Германия

81,9

1421,8

339,1

17,36

0,25

0,18

0,09

0,24

United Королевство

58,8

1021,2

286,4

17,37

0,23

0,22

0,14

0,28

Швеция

8,9

157,0

53,7

17,64

0,33

0,23

0,12

0,34

Австрия

8,1

146,2

30,4

18,14

0,19

0,15

0,08

0,21

Австралия

18,3

332,6

96,4

18,19

0,30

0,20

0,11

0,29

Франция

58,4

1077,2

228,6

18,45

0,24

0,15

0,08

0,21

Канада

30,0

568,7

266,7

18,98

0,42

0,32

0,18

0,47

Япония

125,6

2590,9

509,3

20,63

0,20

0,13

0,07

0,20

США

265,6

6316,4

2108,8

23,79

0,34

0,23

0,12

0,33

На Рисунке 1 представлены страны в соответствии с ВВП на душу населения, стоимостью продукта на душу населения и коэффициентами конечной энергии / ВВП.Можно заметить, что более бедные страны демонстрируют больший конечный энергетический индекс по продуктам. чем в более богатых странах. Когда этот показатель соблюдается с точки зрения полезной энергии и эквивалентной энергии эта разница практически исчезает, как это видно на рисунках 2. и 3.


Рисунок 1: Конечная энергия / ВНП и продукт на душу населения для стран, классифицированных как функция этого параметра, значения которого представлены в графическом виде на вспомогательной оси.

Рисунок 2: Эквивалентная энергия в долларах на продукт по странам с разбивкой по ВВП / нас.


Рисунок 3: Полезная энергия в долларовом выражении продукта по странам, классифицированная по ВВП / населению

Предварительный анализ графики позволяет заметно, что в странах с низкими доходами наблюдается высокое потребление конечной энергия относительно продукта. В основном это связано с низкой эффективностью тип используемого источника энергии (эффективность для каждой страны не учитывалась).Кроме Гаити, относительное потребление которой является высоким по любому принятому критерию, более бедные страны не выделяются среди среднего как по полезной, так и по эквивалентной энергии коэффициенты. Показатель конечной энергии / эквивалентной энергии, показанный на рисунке 4, демонстрирует, что явно.

Рисунок 4: Более бедные страны представляют высокий финал Показатель энергии / эквивалента энергии указывает на низкую эффективность используемых источников энергии.

Еще один интересный факт — маленький разброс значений конечной энергии / эквивалентной энергии дает понять, что преимущества учета эквивалентной энергии — а не конечной энергии — больше для страны с низким или средним доходом. В случае богатых стран, если изменение принесет без улучшений, он не создает искажений, а также делает его удобным для общее использование.

Даже в странах с высоким ВВП на душу населения следует отметить тенденцию к более эффективному использованию источников энергии с ростом доходов, так как показано на рисунке 5.

Рисунок 5: Значения предыдущего рисунка для страны с ВВП на душу населения выше 10 000 долларов в год

Энергия x Продукт

Положительная связь между продуктом и энергией все еще существует независимо от способа вычисления энергии, как показано на рисунке 6, где первичный, конечная, эквивалентная и полезная энергия представлены как функция ВВП.

Рисунок 6: Значения энергии X ВНП для различных изучаемые страны (логарифмический график)

В терминах коэффициентов энергии / продукта, которые должны быть На рисунке 7 легко заметить, что первичная и конечная энергии представлены очень сильно. разные значения для богатых и бедных стран.

Рисунок 7: Коэффициенты энергии / продукта для разные страны по первичной, конечной, полезной и вторичной энергии

Подгоняя линии к точкам на рисунке 7, он можно увидеть отрицательные наклоны кривых, относящихся к первичной и конечной энергии, a меньший наклон для полезной энергии и практически нулевой наклон для эквивалентной энергии.

PE / GDP

FE / GDP

UE / GDP

EE / GDP

Линия склон

-0,00909

-0,01011

-0,00251

-0,00004

По дисперсии результаты таблицы ниже показано, что, хотя коэффициент полезной энергии может использоваться в различных значениях энергии диапазонов, это приводит к большей относительной дисперсии для всех стран.Меньшая дисперсия находится в эквивалентном энергетическом коэффициенте

долл. США долл. США

Установка

PE / GDP

FE / GDP

ЕС / ВВП

EE / GDP

Коэффициент

коэ /

0,34

0,26

0,12

0,27

Стандартное отклонение

коэ /

0,18

0,19

0,10

0,13

Стандартное отклонение

%

53%

71%

82%

46%

На рисунке 8 показана эквивалентная энергия на на душу населения в зависимости от ВВП на душу населения по ППС для различных исследуемых стран.

Рисунок 8: Эквивалентная энергия на душу населения относительно потребления на душу населения.

Заключение

Так же, как и индексы экономической активности должны быть скорректированы так, чтобы влияние обменного курса могло быть минимизировано, также как и данные об энергии. необходимо исправить, чтобы учесть различную эффективность различное использование.

Для того же типа использования (движущая сила, тепло процесс, прямое отопление, освещение и т. д.) концепция полезной энергии кажется удовлетворительно справляется с различными типами энергии. Концепция эквивалентной энергии, предложенный здесь, кажется адекватным для изучения отношения энергия / продукт. Желательно, чтобы в дальнейших исследованиях необходимо более точное определение коэффициентов через повышение эффективности использования и распределения энергии за счет использования в каждом страна.

Предварительные результаты показывают, что чем беднее страны используют обычно используемые

источников энергии с меньшим КПД. Должно Следует отметить, что не существует технологии, подходящей для повышения этой эффективности, несмотря на тот факт, что некоторые лаборатории указали на возможность значительного увеличения это эффективность при невысокой стоимости.

В качестве примера можно упомянуть работу разработан в 1984/85 году Fundao Christiano Ottoni для Плана действий в чрезвычайных ситуациях с топливом Бразильская энергетическая комиссия, где была получена прибыль в 300 и 200% соответственно для использование дров и древесного угля в домашних духовках с улучшенной конструкцией.

Баланс полезной энергии для Великобритании: анализ неопределенности

Основные моменты

•

Впервые исследуется неопределенность в статистике конечной и полезной энергии.

•

Данные об эффективности преобразования конечного использования собирается и обновляется.

•

В Великобритании средняя эффективность преобразования конечного значения в полезную составляет 67%.

•

Большая доля полезного потребления энергии (85%) имеет неопределенность ниже 25%.

•

Интернет вещей улучшит статистику конечного потребления энергии, включая полезную энергию.

Реферат

Использование полезной энергии в качестве индикатора энергии для выработки политики устойчивости и энергоэффективности пропагандируется с 1970-х годов. Полезная энергия — это энергия, доставляемая преобразовательными устройствами в форме, необходимой для энергоснабжения. Этот индикатор не использовался в основном из-за озабоченности по поводу надежности исходных данных, однако его неопределенность никогда не оценивалась количественно.Это исследование является первой попыткой точного количественного определения неопределенности, связанной с окончательным и полезным энергетическим балансом. Разработана новая методология, основанная на байесовском подходе, собраны ранее неопубликованные данные о средней эффективности устройства преобразования конечного использования и рассчитан баланс полезной энергии Соединенного Королевства. Анализ неопределенности показывает, что самый большой источник неопределенности — это распределение по конечным потребителям энергии, где неопределенность потоков энергии изменяется от среднего значения 5% до 34%.Полезное потребление энергии для транспорта и отопления имеет низкую неопределенность (4–10%), и в целом 85% потребления имеют неопределенности ниже приемлемого порогового значения 25%. Повышение доступности технологии измерения потребления энергии позволит улучшить статистику конечного потребления энергии. Если правительства и статистические управления воспользуются этой возможностью, полезная энергия может стать важным показателем для разработки политики энергоэффективности и, таким образом, поможет стимулировать политические действия в секторах конечного потребления.

Ключевые слова

Полезная энергия

Анализ неопределенностей

Энергоэффективность

Байесовский

Энергетическая статистика

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Просмотреть аннотацию

© 2018 Авторы. Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Полезная энергия может быть использована только один раз

Следующее обсуждение происходит из фундаментальной физической науки термодинамики, принятой и достаточно хорошо понятой с середины 1800-х годов.Особенно хорошее введение в проблемы для непрофессионала дается в короткой книге физика Дэвида Гудстейна 2004 г. «Без газа: конец эпохи нефти», и я приведу отрывки из некоторых его работ по соответствующим вопросам. Главное, что я хочу, чтобы читатели поняли, — это утверждение моего заголовка: полезная энергия может быть использована только один раз . Я постараюсь тщательно объяснить, что означает «полезный» и «использованный» в этом утверждении, чтобы оно могло стать для вас надежной эвристикой при оценке любого заявленного энергетического решения.

В частности, я надеюсь, что к концу моего обсуждения вы точно поймете, что не так в заявлении Гора в «Нашем выборе» (стр. 244) о том, что «В целом электроэнергетика США преобразует только 33 процента топлива в электричество, но объединяет тепло и электростанции (ТЭЦ) извлекают более чем в два раза больше полезной энергии, используя в два раза больше энергии ». Использование энергии дважды в том смысле, который, кажется, подразумевает Гор, и что также подразумевается URL-адресом recycled-energy.com, физически невозможно. И, к сожалению, утверждения такого рода чрезвычайно распространены — кажется, почти каждый обозреватель энергетики хочет говорить о низкой эффективности производства электроэнергии, но они делают свои выводы о том, как решить эту проблему полностью задом наперед.В той степени, в которой утверждения о двойном использовании энергии или «рециркуляции» энергии вообще имеют смысл, они глубоко сбивают с толку — возможно, также и для тех, кто сам заявляет об этом. Давайте попробуем разобраться в том, почему подобные утверждения ошибочны.

Во-первых, что значит «использовать» энергию? Первый закон термодинамики гласит, что энергия сохраняется — ее нельзя ни создать, ни уничтожить. Итак, как мы можем «использовать это»? Начнем с занимательного исторического рассказа Гудштейна о том, как появился первый закон (глава 2, стр.48ff):

Краткая история энергетики

В восемнадцатом веке тепло считалось жидкостью, называемой калорийностью. Так же, как вода течет вниз, температура калорий может понижаться из более горячего тела в более холодное. И, как вода, калорийность не создавалась и не уничтожалась во время течения. Говоря языком современной физики, калорийность считалась сохраняемой величиной. Теория калорийности была строгой и количественной. Кусок меди при определенной высокой температуре содержал известное количество калорий.Если вы поместите его в емкость с известным количеством холодной воды, вы сможете рассчитать, сколько калорий вытечет из меди в воду, и тем самым с точностью предсказать температуру, при которой два вещества придут в равновесие. Тем не менее, бывший американский колонист по имени граф фон Румфорд обнаружил, что теория калорий неэффективна.

Бенджамина Томпсона [фон Рамфорда] … сегодня лучше всего помнят за то, что он указал в научной статье, что сверление стволов пушек, казалось, производило довольно много калорий из ничего.Согласно теории калорий, этого не могло быть.

Пушечные стволы графа фон Рамфорда и многие другие наблюдения в конечном итоге взорвали теорию калорийности. Калорийность или тепло сами по себе не являются сохраняемым количеством. Напротив, это оказалось лишь одной из возможных форм того, что мы сейчас называем энергией. Рамфорд и другие в течение первой половины девятнадцатого века пытались измерить, сколько трения или другого механического воздействия может произвести заданное количество тепла.В некотором смысле то, что мы сейчас называем законом сохранения энергии, было открыто по крайней мере девять раз. Когда такое случается, заслуга в открытии принадлежит не первому, кто обнаружил его, а тому, кто открыл его последним — тому, кто обнаружил его настолько хорошо, что его больше никогда не пришлось открывать. Звали этого человека Джеймс Прескотт Джоуль.

… В своем самом известном эксперименте [Джоуль] организовал вращение горизонтального латунного лопастного колеса в резервуаре для воды с помощью грузов и шкивов…. после чего повышение температуры воды измерялось чувствительным термометром. Джоуль повторил весь эксперимент девять раз и провел контрольные эксперименты, чтобы определить нагрев или охлаждение воды атмосферой без взбалтывания лопастного колеса. По результатам этих экспериментов он пришел к выводу, что количество тепла, необходимое для нагревания фунта воды на 1 F — количество, теперь известное как британская тепловая единица, или Btu, — было эквивалентно количеству механической работы, необходимой для поднятия груза. 890 фунтов на расстоянии 1 фута.Он достиг аналогичных результатов еще в трех экспериментах: в магнитоэлектрическом эксперименте, в другом, в котором участвовало охлаждение воздуха за счет расширения, и в другом, в котором измерялся нагрев воды путем ограничения ее потока в узких трубках. Усредняя результаты всех этих измерений, он получил значение 817 фунтов, поднятое на 1 фут, что эквивалентно 1 британской тепловой единице. Принятая сегодня стоимость — 775 фунтов.

В эксперименте Джоуля используются две формы передачи энергии — работа (различные механизмы, которые он использовал для вращения лопастного колеса) и тепло (старая «калорийность» воды, которая нагревает термометр до измеримого количества).Работа может использоваться для превращения одной формы энергии в другую: гравитационную энергию (движение веса вверх и вниз в гравитации Земли), другие формы потенциальной энергии, электрическую энергию, энергию движения больших объектов (кинетическую энергию) и т. Д. Различные формы потенциальной и кинетической энергии взаимозаменяемы без каких-либо физических ограничений: батарея или топливный элемент могут преобразовывать произвольно близкую к 100% химической потенциальной энергии в электрическую энергию, а батарея также может работать в обратном направлении при зарядке.Электродвигатель может преобразовывать электрическую энергию в движение с КПД, сколь угодно близким к 100%, или он может аналогичным образом работать в обратном направлении, преобразовывая движение обратно в электричество практически без потерь. Все эти формы потенциальной и кинетической энергии являются «полезными» — это вся «полезная энергия» в том смысле, который я имею в виду под своим названием, и ее можно обменять взад и вперед произвольно много раз. Получение большего количества полезной энергии при заданном количестве полезной энергии является предметом эффективности — и в настоящее время есть еще большие возможности для повышения эффективности в нашем использовании энергии.

Например, возьмем для короткой поездки мой гибридный Prius. Отключите крайне неэффективный бензиновый двигатель, чтобы мы просто работали от батареи. Замыкание цепи приводит к тому, что химическая потенциальная энергия, хранящаяся в батарее, начинает вырабатывать электричество; это электричество генерирует магнитные поля в электродвигателе, который запускает этот двигатель, этот вращающий двигатель затем начинает вращать колеса автомобиля, и автомобиль начинает движение. Мы преобразовали химическую потенциальную энергию в электрическую и магнитную энергию, а затем в кинетическую энергию движущегося автомобиля.Теперь поднимитесь на машине в гору. Если мы просто движемся по инерции, совсем не используя двигатель, автомобиль замедляется, поскольку его кинетическая энергия превращается в гравитационную потенциальную энергию, связанную с высотой. Спускаясь с другой стороны холма, автомобиль снова ускоряется, поскольку эта гравитационная потенциальная энергия преобразуется обратно в его собственную кинетическую энергию движения. Замедление автомобиля с помощью рекуперативных тормозов превращает эту кинетическую энергию обратно в обратное движение электродвигателя, создавая электрическую энергию, которая затем заряжает аккумулятор, снова превращая все обратно в химическую потенциальную энергию.Если я закончу на той же высоте, на которой начал, в принципе, после этой поездки аккумулятор может быть таким же полным, как если бы я никогда не покидал парковку.

То есть транспорт вовсе не обязательно «расходует» полезную энергию. Нет фундаментальных физических ограничений энергоэффективности на транспорте. Перемещение объектов из одного места в другое требует преобразования полезной энергии между несколькими различными формами, но это не обязательно приводит к истощению общего запаса полезной энергии.

Теперь у вас может быть несколько возражений против моего примера. Во-первых, не противоречит ли этот пример моему заголовку, что «Полезная энергия может быть использована только один раз»? Я только что заявил, что химическая энергия в автомобильном аккумуляторе может делать по крайней мере три разные вещи (создавать электричество, кинетическую энергию, гравитационную потенциальную энергию), а затем делать то же самое в обратном порядке — разве это не с использованием той же энергии 3 или 5 раз хотя бы?

Но это плохая интерпретация слова «использовать».Потому что в принципе мы могли бы делать одно и то же снова и снова. Таким образом, согласно этому определению одну и ту же энергию можно «использовать» 100 раз, миллион раз, бесконечно. Энергия сохраняется, и в идеальной системе полезная энергия может бесконечно обмениваться между ее различными формами, выполняя работу. Гудштейн приводит пример маятника шара для боулинга, который постоянно обменивается энергией между своей потенциальной и кинетической формами. Каждое движение вперед и назад дважды обменивается этой энергией. Вы бы назвали это «использованием» энергии? Обмен энергией между различными полезными формами — это не то, что я имею в виду под «использованием».Обмен, который может продолжаться бесконечно, не «израсходует» и не истощает запас полезной энергии.

Что разрушает полезную энергию, так это неэффективность: трение, электрическое сопротивление, необратимое расширение газов, шум или электромагнитные излучения, которые рассеивают тепло в тепловой фон нашей окружающей среды. В эксперименте Джоуля сопротивление воды гребному колесу преобразовало его работу в тепло воды. Это было необратимым изменением, превратившим полезную энергию в бесполезную форму.Невозможно снова извлечь работу из чуть более горячей воды (подробнее об этом изменении ниже). Именно при таком преобразовании «расходуется» первоначальное количество полезной энергии.

Это подводит вас ко второму возражению против моего идеализированного примера транспортировки: при каждом обмене энергией выделяется отработанное тепло; ни один из них не на 100% эффективен в преобразовании полезной энергии из одной формы в другую. Движение на любой скорости также вызывает сопротивление качению и воздуху, а также механическое трение движущихся частей автомобиля, так что кинетическая энергия постепенно рассеивается в окружающем воздухе, земле и в самом транспортном средстве.И электрическое сопротивление в проводке также гарантирует, что в электрических системах транспортного средства есть некоторые потери на нагрев. Аккумуляторы постепенно теряют заряд из-за ненулевой внутренней проводимости и т. Д.

Но все это — вещи, с которыми можно было бы с помощью технических средств покончить. Электропроводку можно заменить сверхпроводниками, которые не теряют электричество. Колеса можно было заменить на магнитную левитацию, без сопротивления качению и без внутренних движущихся частей.Транспортную систему можно было разместить под землей в эвакуируемом туннеле, в котором не было бы воздуха, без потерь для сопротивления. Единственное чистое «использование» энергии в такой транспортной системе — это освещение и радио — удобства для людей, находящихся в них, а не необходимые для транспортировки.

Таким образом, «использование» или потребление энергии, разрушение полезной энергии, не состоит из полезных вещей, которые с ней делаются, а скорее происходит из-за потерь, вызванных неэффективностью при выполнении этих действий.И в том смысле, что рассеивая ее в окружающую среду, вы можете «использовать» полезную энергию только один раз, а затем она безвозвратно уходит. Повторное использование использованной, рассеянной энергии невозможно.

В этом различии между «энергией» и «полезной энергией» нет ничего нового. Люди говорят о «качестве энергии» или вводят новые термины, такие как «эксергия», чтобы объяснить разницу. Термин «свободная энергия» (ошибочно названный), используемый учеными, по сути, одно и то же, хотя существует важная зависимость этих значений от окружающей температуры окружающей среды, что затрудняет количественную оценку.Наиболее точное определение включает в себя энтропию , что само по себе, как известно, трудное для понимания (например, популярная книга Джереми Рифкина «Энтропия» была грубо ошибочной на нескольких уровнях).

Гудстейн дает довольно подробный отчет о том, откуда взялось понятие энтропии и что оно означает в связи с проблемами рассеивания тепловой энергии в окружающей среде (начиная со стр. 83 книги «Out of Gas»):

Паровая машина — это только одна из машин, называемых тепловыми машинами .Все тепловые двигатели запускаются с тепла при высокой температуре, превращают часть этой энергии в работу и должны … сбрасывать часть тепла при низкой температуре, чтобы вернуться в исходные точки и продолжить работу. Типы тепловых двигателей включают двигатели внутреннего сгорания большинства автомобилей (известные инженерам как цикл Отто), дизельные двигатели, турбины и двигатель Стирлинга. …

Электродвигатели — это не тепловые двигатели. Им не нужно сбрасывать отработанное тепло при температуре окружающей среды, поэтому они могут быть и часто остаются эффективными почти на 100 процентов.Из энергии, доступной в электрической форме, почти вся энергия может быть превращена в механическую работу. …

Принцип энтропии

Николя-Леонар-Сади Карно … попытался абстрагироваться от сути двигателя. Работая над этим, он изобрел истоки новой мощной науки. …

Как калорийность [тепло] может заставить двигатель работать? Карно рассуждал по аналогии с водяным колесом. Спускаясь под гору, вода может делать полезную работу, вращая водяное колесо.Вода не расходуется; он просто спускается на более низкий уровень. На этом уровне еще столько же воды, но ее больше нельзя заставить выполнять полезную работу. Именно так, подумал Карно, калорийность может работать, пока двигатель работает от высокой до низкой. В конце концов, калорийность остается; это просто больше не так полезно, потому что больше не может работать. Чтобы перевести рассуждения Карно в современные термины: тепловая энергия при высокой температуре способна приводить в движение двигатель и выполнять работу.Такое же количество энергии при низкой температуре не способно выполнять полезную работу. То же количество энергии осталось, но кое-что в нем изменилось. Это то, что мы назвали энтропией .

…

Поскольку второй закон [термодинамики] так важен, давайте с современной точки зрения внимательно посмотрим, что он говорит. В нем говорится, что вы не можете построить машину, которая будет отводить тепло при низкой температуре и выделять такое же количество энергии при более высокой температуре без какого-либо другого эффекта….

В мире Карно и в нашем мире тепло всегда идет вниз, от высокой температуры к низкой. Подобно тому, как вся дождевая вода, которая падает на сушу, в конечном итоге попадает в океан, все тепло, генерируемое любыми способами при высокой температуре, в конечном итоге превращается в такое же количество тепла при температуре окружающей среды. Если мы изобрели «правильную машину», часть тепловой энергии можно заставить выполнять работу по пути, но в любом случае она всегда попадает в воздух или в океаны. Конечно, термины «высокая температура» и «низкая температура» являются относительными.В принципе, машину можно заставить работать с использованием тепла, поскольку она работает между любыми двумя температурами, если одна из них выше другой. Но Карно смог показать, что чем выше высокая температура и чем ниже низкая температура, тем эффективнее будет двигатель. С практической точки зрения, горящее топливо определяет высокую температуру, а наше окружение — воздух или море — становится низкой температурой для настоящих двигателей.

… Тепло — это энергия, и работа — тоже. Энергия всегда сохраняется, но когда она находится при высокой температуре — и, если на то пошло, когда она все еще находится в форме несгоревшего топлива — ее можно хотя бы частично превратить в работу.Такое же количество энергии, выброшенное в атмосферу при температуре окружающей среды, стало бесполезным. Количество энергии не изменилось, но каким-то образом изменилось ее качество. Как описать изменение качества?

Для этого Клаузиус придумал слово энтропия . Энтропия измеряет температуру энергии. Определенное количество тепловой энергии — случайные движения атомов и молекул — имеет низкую энтропию при высокой температуре, и такое же количество энергии имеет более высокую энтропию при более низкой температуре.Таким образом, принцип, согласно которому энергия всегда стремится к более низкой температуре, полностью эквивалентен утверждению, что энтропия всегда увеличивается.

… Подумайте о тепле и температуре двух разных газов. Один — это газ, участвующий в сжигании ископаемого топлива; это может быть воздух в камере сгорания паровой машины. Тепло — это количество энергии, которое поступает от горящего топлива. Как только топливо сгорает, оно принимает форму кинетической энергии молекул газа, быстро отскакивающих в камере сгорания.Абсолютная температура прямо пропорциональна кинетической энергии молекул газа. … В конце концов, однако, такое же количество тепла будет выделяться при более низкой температуре, температуре окружающего воздуха. Кроме того, она принимает форму кинетической энергии — в данном случае очень незначительное увеличение кинетической энергии молекул воздуха в атмосфере. В среднем каждая молекула холодного газа (окружающая атмосфера) приобретает гораздо меньше кинетической энергии, чем каждая молекула горячего газа (воздух в камере сгорания), полученная от горящего топлива.Но общее количество энергии такое же. Это должно означать, что такое же количество тепла распространяется на гораздо большее количество газа. Вместо того, чтобы концентрироваться в сильном жаре камеры сгорания, он распространился в мягкую прохладу на открытом воздухе. Распространение тепла при понижении температуры делает энергию бесполезной для работы. В этом суть увеличения энтропии.

… применяя эти законы, вы не должны учитывать только часть происходящего.Вы должны все обдумать. Вы можете уменьшить энтропию чего-то одного, при условии, что при этом вы увеличите энтропию чего-то еще еще больше. Тогда два рассматриваемых вместе процесса увеличат энтропию Вселенной.

… [Даже двигатель Карно …] по-прежнему имеет ограниченную эффективность. Он подчиняется железному правилу тепловых двигателей: только часть тепловой энергии топлива может превращаться в полезную работу. Максимально возможный КПД любого теплового двигателя (называемый КПД Карно) зависит от того, насколько высока температура источника тепла (т.е.е. горящее топливо) и насколько низка температура, при которой выделяется избыточное тепло.

Все настоящие двигатели работают хуже, чем идеальный двигатель, представленный Карно. Энтропия возникает из-за конструкции цикла двигателя или из-за постоянно присутствующих эффектов трения и других диссипативных процессов, которые являются необходимой частью работы любого реального двигателя. Инженеры обычно используют практическое правило: только около трети энергии источника тепла, такого как ископаемое топливо, можно превратить в полезную форму, такую ​​как электричество…. Это неизбежное следствие императива энтропии, который управляет миром природы.

…

Подведение итогов

Теперь, когда мы понимаем основные принципы энергии и энтропии, давайте перейдем к рассказу о том, как все это работает. Лучистая энергия, приходящая на Землю от Солнца при температуре 6000 кельвинов, является формой тепла с очень низкой энтропией. Часть его отражается, позволяя видеть Землю из космоса, а остальная часть поглощается атмосферой и самой Землей.Крошечная часть этой энергии хранится с низкой энтропией в виде высокой потенциальной энергии ископаемого топлива. Остальное управляет ветрами и океанскими течениями, заставляет воду испаряться и образовывать облака или просто падает как солнечный свет на землю. В конце концов вся эта энергия, которая не была отражена обратно в космос, превращается в тепловую энергию воды и земли при температуре поверхности Земли. Энергия абсолютно сохранена, но ее энтропия увеличилась необратимо и навсегда.Земля нагревается до температуры, при которой она излучает (в виде невидимого инфракрасного излучения) столько же энергии, сколько получает. Большая часть этого улавливается атмосферой и излучается обратно на Землю, но часть, почти равная количеству, поглощенному Солнцем, излучается обратно в пустое пространство в виде холодного, бесполезного инфракрасного излучения. Если смотреть из космоса, вся драма не имела никакого смысла, кроме как выполнять свою неумолимую работу по увеличению энтропии Вселенной.

Третье, против чего вы можете возразить в моем примере с Prius, это в первую очередь происхождение полезной энергии.Как попало в батарею? Если его можно использовать только один раз, то в конечном итоге все, с чем начинается батарея, будет разряжено из-за этих неизбежных трений и неэффективности, и тогда у нас полностью закончится полезная энергия для работы нашей транспортной системы. Это также важная вещь, о которой так часто забывают в дискуссиях о чудесах «водородной экономики». Водород, как и батареи, не является естественным источником полезной энергии здесь, на Земле.

Как сейчас работают гибридные автомобили, ближайшим источником полезной энергии по-прежнему является химическая энергия ископаемого топлива.Бензиновый двигатель в гибридном автомобиле работает, когда ему необходимо зарядить аккумулятор (или для обеспечения движущей силы, когда это необходимо напрямую). При этом он использует один из тех процессов «теплового двигателя» — немного более эффективный «цикл Аткинсона» в случае Prius — так что высокая температура горящей топливно-воздушной смеси может быть преобразована в механическую работу, которая затем: как и в случае рекуперативного тормоза, запускает электродвигатель в обратном направлении и заряжает аккумулятор. Поскольку это преобразование химической энергии в ископаемом топливе в химическую энергию в батарее происходит через необратимый процесс теплового двигателя, часть (по крайней мере 60%) начальной полезной энергии в топливе немедленно «расходуется», и не может быть восстановлен никакими техническими средствами после этого момента.Единственный способ повысить эту эффективность и предотвратить некоторое разрушение полезной энергии, если вы вообще проходите процесс теплового двигателя, — это запустить двигатель при более высоких температурах и степенях сжатия, но затем вы начнете выходить за пределы практически пригодные к использованию материалы.

Перспективы топливных элементов заключаются в том, что они могут избежать этапа «теплового двигателя» и более напрямую преобразовывать химическую энергию в электрические формы, хотя на практике эффективность для высокой выходной мощности имеет тенденцию быть значительно ниже, чем для большинства других типов преобразования полезной энергии. в любом случае.Учитывая, что типичная полезная энергия, подводимая к топливному элементу (водород), сама по себе недоступна естественным образом, вы должны сделать шаг назад и спросить, откуда взялась эта полезная энергия. Аккумуляторно-электрические транспортные средства также могут компенсировать потери «теплового двигателя», будучи заряженными напрямую от источника питания — гибридное решение «plug-in». А откуда тогда полезная энергия в электросети?

Наш запас полезной энергии на Земле поступает в основном из трех источников: приходящая лучистая энергия от Солнца (солнечная, ветровая, гидроэнергетическая, волновая и биотопливо — все они получают полезную энергию прямо или косвенно из поступающего солнечного света, хотя, к сожалению, биотопливо, по крайней мере, кажется некоторые ископаемые), солнечная энергия, накопленная в виде биологических материалов под поверхностью Земли за миллионы лет (ископаемое топливо), и энергия, связанная со смесью элементов и их изотопов, из которых была сформирована наша планета (ядерная, геотермальная, и термоядерная энергия).Что касается двух последних, то отрезвляет мысль о главном: мы можем использовать эту полезную энергию только один раз. Наша планета получила особый запас энергии в этих формах, и как только мы ее израсходуем, она исчезнет. Это предел ограниченного предложения; полезная энергия не может быть получена из окружающей среды, она должна поступать к нам из внешнего источника. После использования он исчезает навсегда. В контексте обсуждения «устойчивости» в последние годы, отказ от использования ископаемого или ядерного топлива по определению является устойчивым .Очень небольшое количество геотермальной энергии можно использовать устойчивым образом только потому, что ядерные изотопы в недрах Земли действительно распадаются с постоянной скоростью, посылая нам тепло с такой скоростью, которую мы не можем уменьшить. Но в остальном любой, кто утверждает, что его технология является устойчивой, полагается на ископаемое или ядерное топливо, очень сбит с толку.

Конечно, у нас есть внешний источник, Солнце, которое снабжает нашу планету чрезмерным количеством полезной энергии, которая в настоящее время почти полностью «растрачивается» с точки зрения людей, просто рассеиваясь в окружающей среде по своему желанию.В свою очередь, наличие у Солнца ядерных изотопов, в частности протонов, является основным источником его полезной энергии. Солнце сжигает этот запас с постоянной скоростью, которую, вероятно, будет даже труднее изменить, чем скорость распада изотопов в недрах Земли; Однако у нас есть несколько миллиардов лет, чтобы попытаться решить эту проблему. Но даже с Солнцем этот запас полезной энергии, с которым оно было рождено, можно использовать только один раз.

И чтобы повторить то, что я имею в виду под «использованной» — данное количество энергии начинается в полезной форме, с низкой (высокая температура) или даже нулевой (электрическая, механическая, потенциальная) энтропией.Использование этой полезной энергии означает запуск ее через процесс, который рассеивает такое же количество энергии в окружающую среду при низкой температуре, увеличивая ее энтропию до максимально возможного здесь, на Земле. Как только вы преобразовали химическую энергию в форму тепла (например, сжигание топлива), вы повысили энтропию этой энергии и уничтожили часть ее первоначального запаса полезной энергии. Каждый шаг в двигателе, турбине или другом процессе использования этого тепла включает в себя распространение этого тепла вокруг и снижение его температуры, что еще больше увеличивает его энтропию.Но самое начало процесса, сжигание топлива в камере сгорания (или извлечение тепла из камеры реакции деления) уже вызывает потерю большого процента первоначальной полезной энергии. Эту начальную потерянную долю можно оценить, разделив температуру окружающей среды 300 К на температуру камеры сгорания — при 500 К вы теряете 60% только при горении, при 1000 К — всего 30%.

Поэтому, когда Эл Гор (и слишком многие другие) жалуются на то, что «в целом электроэнергетика в США преобразует только 33 процента топлива в электричество», подавляющая часть проблемы заключается в потерях энергии на самых первых этапах процесса при сжигании химического топлива. сделать тепло.Мы не можем решить эту проблему ниже по течению, «используя энергию дважды» или «рециркулируя» ее. Единственный способ решить эту проблему неэффективности — полностью изменить способ превращения химической или ядерной энергии в электричество, в частности, отказавшись от паротурбинных генераторов. Что мы обязательно сделаем, поскольку в ближайшие годы мы откажемся от использования ископаемого топлива в нашей стране; в то же время, вероятно, есть более важные вещи, о которых стоит беспокоиться, чем низкая эффективность некоторых старых угольных электростанций.

Часть 2: Эффективность отопления
Часть 3: Когенерация: лишь небольшая часть решения.

Создано: 24 декабря 2009 г., 08:26:16, Артур Смит.
Изменено: 03.03.2010, 08:52:45, автор: Артур Смит.

Инженерная школа Массачусетского технологического института | »Можно ли преобразовать звук в полезную энергию?

Можно ли преобразовать звук в полезную энергию?

Самые громкие звуки, которые вы можете выдержать, на самом деле не обладают большой энергией…

Сара Дженсен

Встаньте у въезда на оживленную автостраду в час пик или войдите в магазин одежды American Eagle, и первое, что вы заметите, — это шум.Грохот может показаться оглушительным, и возникает соблазн представить, как направить эту звуковую энергию на питание уличных фонарей и электромобилей — или, по крайней мере, для зарядки вашего смартфона.

«В этом звуке определенно содержится энергия», — говорит Дэвид Коэн-Тануги, вице-президент MIT Energy Club и научный сотрудник отдела материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института им. Джона С. Хеннесси. «Но плотность энергии очень мала, и уловить все это невозможно. Чтобы уборка принесла плоды, вам потребуется неприлично громкий, непрерывный шум.”

То, что человеческое ухо воспринимает как лязгающую какофонию — рев паровоза или вой пневматической дрели, — соответствует примерно одной сотой ватта на квадратный метр. Напротив, количество солнечного света, падающего на определенное место на Земле, составляет около 680 Вт на квадратный метр. «Это на много порядков больше», — объясняет Коэн-Тануги. «Вот почему более эффективно собирать и хранить солнечный свет с помощью солнечных батарей, чем получать энергию из звука. А плотность энергии в нефти и газе на порядки выше, что делает производство энергии из этих источников еще более рентабельным.”

Нельзя сказать, что исследователи не изучают способы преобразования шума окружающей среды в электрическую энергию. Проходящие поезда и метро не только громкие, но и окружающие грохочут и вибрируют, когда они проезжают мимо, и часть острых ощущений рок-концерта заключается в том, что весь зал трясется. «Существует сильное взаимодействие между вибрациями среды, которую вы слышите — воздуха или воды — и физическими объектами вокруг вас», — говорит Коэн-Тануги. «Вполне возможно поглотить это движение и собрать полезную энергию.Вы не собираетесь снабжать энергией город с его помощью, но вы можете привести в действие небольшие устройства ».

Он цитирует работу лондонской компании Facility: Innovate, занимающейся исследованиями архитектуры, изучающей способы преобразования вибраций окружающей среды в электричество. Когда толпы людей проходят через торговые центры, спортивные арены и другие зоны с интенсивным движением, небольшие гидравлические генераторы под плиткой пола компании улавливают вибрацию их шагов и вырабатывают достаточно электроэнергии для питания близлежащих станций зарядки телефонов и освещения электронных вывесок и рекламы.

Хотя такая технология все еще находится на стадии исследования, она может означать новую эру в производстве и энергосбережении. «Сбор акустического шума больше связан с механическими колебаниями, чем со звуком», — говорит Коэн-Тануги.

No related posts.

Разное

Похожие записи

Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы

18.11.2024

Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании

17.11.2024

Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели

16.11.2024

Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка

15.11.2024

Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей

14.11.2024

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

+7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected]
Карта сайта