Что такое энергоемкое оборудование

Энергетическое оборудование

Под энергооборудованием подразумевается полный комплекс как энергетического оборудования (энергооборудования), так и коммуникаций (трубопроводов, каналов, линий электропередач) энергоносителей. А именно:

— котлы паровые и водогрейные;

— котлы утилизаторы (котлы охладители);

— турбины паровые и газовые;

— вспомогательное оборудование котельных установок;

— блоки разделения воздуха;

— оборудование газораспределительных станций;

— компрессоры центробежные и поршневые;

— нагнетатели (воздуходувки, газодувки и эксгаустеры), коксовые нагнетатели;

— сосуды, работающие под давлением (энергетические);

— трубопроводы воды(питьевой, горячей, технической, циркуляционной, шламов, водопонижения), газа (природного, доменного, коксового и др.), пара, теплофикации, воздуха, кислорода, азота, водорода и других сред;

— каналы ливнёвых, технологических, хозфекальных вод;

— мачты и опоры, линии электропередач;

— арматура (запорная, регулирующая), площадки обслуживания арматуры трубопроводов, расположенных на высоте.Под «механической» энергией как правило, понимается кинетическая энергия движения, чаще всего вращательного. Дело в том, что энергия движения, будучи преобразованной в электрическую форму, довольно легко канализируется и, по проводам, может быть передана на значительные расстояния и в достаточно труднодоступные места. В этом случае, следует говорить об электрических машинах, работающих в режиме электрического генератора, повышающих и понижающих трансформаторах, а также распределительных устройствах, линиях электропередачи (ЛЭП) и/или кабельных трассах.

Далее, непосредственно у потребителя, электрическая энергия может быть преобразована обратно в механическую, тепловую, световую или химическую. Для преобразования электрической энергии в механическую используются электрические машины, работающие в режиме двигателя (электродвигатели), а также электромагниты.

В тепловую форму электроэнергия преобразуется с помощью нагревательных элементов и ламп накаливания. Для получения световой формы энергии используются, например, люминесцентные лампы. В химическую форму электроэнергия преобразуется в устройствах, реализующих процессы электролиза, а также аккумуляторах

Энергетическое оборудование следует отличать от электротехнического (трансформаторы, кабели, муфты и т. д.), поскольку проектирование, производство, изготовление и монтаж энергетического оборудования подлежит лицензированию во многих странах (Казахстан). Производство и монтаж электротехнического, за исключением взрывозащищенного оборудования, как правило, не лицензируется.

Источник

Важный показатель стабильности экономического развития страны — энергоемкость. Нынешняя производственная практика и огромное потребление электрической энергии оказывают негативное влияние на окружающий мир. Страны стремятся снизить эти показатели.

Понятие энергоемкости

Объем энергоресурсов при изготовлении единичной продукции не рассматривается как отдельная величина. Энергоемкость – это затраты производства, которые по обыкновению рассчитываются за определенный отрезок времени (месяц, год и так далее). Они отражают запланированную переменную производственных затрат за этот интервал времени.

Несмотря на общую составляющую, представление энергоемкости различно в зависимости от аспекта рассмотрения.

Расчет энергоемкости производства

Нефтеперерабатывающие предприятия являются самыми затратными. К таковым относятся также химические предприятия.

Топливно-энергетические расходы включают в себя множество аспектов. Такие параметры, как емкость энергии и топлива, являются системой показателей для определения расходов. Энергоемкость производства рассчитывается как отношение объема затрат на изготовление к объему продаваемого товара.

Факторы технологических процессов

Разработка технологических процессов заключается в следующих факторах:

Энергоемкость – это затраты продукции или энергии на ее изготовление. Определяется эта величина делением на удельный объем изделий и объем всей продукции. Рассчитывается как по всем видам энергетических носителей, так и отдельно.

Расчет энергоемкости продукции

Расчет общей энергоемкости продукции за год складывается из расхода по каждому отдельному этапу процесса изготовления. Расходы на топливо, электричество и энергию определяются по различным методам (порядком расчета, установленной нормой на единицу товара и тому подобное).

Экономические параметры включают в себя стоимость нового оборудования или расходного материала, затраты на выработку продукции с применением данного средства, а также расход материала на продукцию.

Важное направление производства – сбережение ресурсов. Мероприятия по оптимизации расхода касаются и энергоресурсов. Всемерное совершенствование всех процессов любого производства заключается в системе технологичных экономичных мер.

Энергоемкость ВВП

Энергетическая емкость формируется как для производственных организаций, так и для экономики в масштабе всей страны. Энергоемкость ВВП применяется как показатель энергетической производительности. Он определяется суммарными издержками энергетических и топливных ресурсов к ВВП и показывает результативность применения ресурсов энергетики во всей стране. Энергоемкость ВВП является характеристикой энергетической насыщенности, продуктивности производства.

Снижение эффективности производства происходит из-за большого расходования энергии. Трата энергии влечет за собой повышение энергоемкости на изготовление изделия, увеличение валового внутреннего продукта. Существует два процесса для повышения эффективности производства — увеличение и понижение энергоемкости.

Как снизить энергоемкость?

Преобладают мероприятия понижения энергоемкости, поскольку нынешнее производство оказывает негативное воздействие на мир. Исполнение подобных процедур по экономичному использованию топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) позволяет повысить результативность всей экономики.

Объективный анализ величины ВВП напрямую влияет на определение показателя снижения энергоемкости. Рассчитанный показатель при определении этой величины в основной валюте центрального банка допустимо применять исключительно для внутренних расчетов. При сопоставлении годовых результатов важно учитывать величину инфляции.

Остро встает и другая проблема. Объективность оценки ВВП в международной валюте сама по себе весьма спорна. Например, оценивая ВВП в соответствии с обменным курсом валют, можно не только исказить данные, но и не в полной мере оценить экономический потенциал страны. Кроме того, обменный курс не отражает ценность валюты на внутреннем рынке. Наблюдается линейная зависимость между ценами и оценочным потенциалом страны.

Базовым критерием энергетической емкости считается численное отношение затраченной энергии к величине эффективности системы. Определяются они в проектной документации для изделий всех видов.

Показатели энергоемкости

Основным критерием энергетической емкости считается численное выражение. Оно представляет собой отношение энергии к величине результата эффективности системы. Показатели определяются в проектной документации для изделий всех видов.

Емкость энергетического запаса характеризуется как общая, абсолютная, удельная и относительная.

Разница в показателях

Показатели полезного расхода и потерь могут различаться даже при одинаковом объеме энергии на производство продукции. К этим показателям относят коэффициенты извлечения компонентов из сырья, а также разработки планов использования сырья для изготовления полуфабрикатов.

Показатели объема затрачиваемой энергии отличаются простым расчетом и доступностью. С их помощью можно провести анализ технологии энергопотребления в любой отрасли. Приведенные показатели позволяют дать оценку эффективности применения энергетических ресурсов в производстве, учитывая отраслевую специфику.

Формирование энергетических стратегии для каждого предприятия является вероятным решением проблемы снижения затрат. Реализация системы показателей, оценивающей результативность использования энергоресурсов — одно из направлений стратегии. Уменьшение энергетических трат на производство продукции особо значимо для повышения конкурентоспособности предприятий на мировом экономическом рынке.

Источник

Что такое энергоемкое оборудование

Проведение организационно-технических мероприятий по снижению материалоемкости и энергоемкости продукции, стимулируемое применением чистой продукции, обеспечило следующую экономию материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов [c.103]

В течение того же периода расход электроэнергии на единицу продукции увеличился на 18,0%, а в период 1970—1980 гг. предполагается его увеличение на 20,0%. Рост удельного потребления электроэнергии в промышленности происходит вследствие роста доли энергоемкой продукции в общем производстве продукции. В первую очередь это касается химической промышленности, производства расщепляющихся материалов и др. [c.205]

Быстрый экономический рост вызывает увеличение потребности в сырье и энергии, а их производство становится дороже. Поэтому одной из основных задач при планировании является обеспечение сокращения материалоемкости и энергоемкости продукции. [c.240]

ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПРОДУКЦИИ (РАБОТ), РАСХОД И ЗАПАС ТОПЛИВА [c.125]

Энергоемкость продукции характеризуется расходом энергии на ее производство. Она определяется на единицу продукции (удельная энергоемкость) и на весь годовой объем (общая энергоемкость). [c.125]

Энергоемкость продукции может быть рассчитана по всем видам энергоносителей и по каждому виду энергии в отдельности. [c.125]

Общая энергоемкость продукции за год по одному виду энергии слагается из ее расхода по каждой отдельной операции изготовления продукции. [c.125]

К экономическим параметрам относятся стоимость единицы нового средства (оборудования, машины) или нового материала трудоемкость продукции, производимой с применением данного средства или материала расход материала на единицу продукции энергоемкость продукции и т. п. [c.236]

При помощи показателей структуры рассматривается влияние каждой статьи на сумму абсолютной и относительной экономии или перерасхода затрат. Анализ структуры затрат позволяет оценить материалоемкость, трудоемкость, энергоемкость продукции, выяснить характер их изменений и влияние на себе- [c.328]

Энергоемкость продукции, кВт-ч на 1 р. выпуска продукции в оптовых ценах [c.52]

Учитывая комплексный характер этих мероприятий, большинство из них в той или иной степени дают экономический, психофизиологический и социальный эффект. Экономический эффект достигается снижением трудоемкости продукции, потерь рабочего времени, высвобождением производственных площадей и оборудования, снижением материалоемкости и энергоемкости продукции и др. Психофизиологический эффект достигается повышением работоспособности работающих, сохранением их здоровья. Социальный эффект достигается повышением удовлетворенности трудом. Отметим, что и психофизиологический, и социальный эффект в конечном итоге создают условия для повышения мотивации труда, заинтересованности в его результатах, а следовательно, ведут к росту производительности и качества труда, то есть к экономическому эффекту. [c.298]

Проблема высокой энергоемкости продукции предприятий усугубляется исключительно низким уровнем полезного использования энергетических ресурсов с учетом всех этапов добычи, переработки, преобразования, транспортировки и распределения энергии первичных источников и всех ступеней использования энергии в материальном производстве и сфере услуг, полезное использование первоначальных энергоресурсов не превышает 10 %, что значительно ниже аналогичных мировых показателей. [c.6]

Создать нормативно-техническую базу энергопотребления. Эта база должна состоять из утвержденных законом стандартов, регламентирующих энергоемкость продукции, работ, технологии. Опыт разработки таких нормативов есть. Но имеющиеся нормативы устарели, не имеют силы закона, и их база не позволяет использовать их для экономических воздействий поощрений и санкций. [c.164]

Энергоемкость продукции определяется как отношение энергозатрат в стоимостном или натуральном выражении к стоимости произведенной продукции и показывает материальные затраты, приходящиеся на рубль выпущенной продукции [c.136]

Энергоемкость продукции = Материальные затраты / Объем выпуска продукций. [c.136]

Энергоемкость продукции = Энергозатраты Стоимость произведенной продукции. [c.130]

Внутрипроизводственные действия, сдерживающие рост издержек, — это снижение энергоемкости продукции, удельного потребления тепла и т.д. при существующих условиях. Однако основными действиями маркетинговой стратегии в снижении издержек являются внепроизводственные решения и прежде всего работа с поставщиками, для чего необходимо сформировать систему хозяйственных связей с поставщиками. Большинство (57%) предприятий ищут новых поставщиков и не только потому, что старые ненадежны. Проблема стоит шире. Сбыт требует постоянных усилий по приспособлению выпуска к запросам покупателей. И здесь на втором месте (после политики сдерживания цен) стоят мероприятия по реструктуризации производства, проводившиеся более чем половиной предприятий. А изменение ассортимента выпускаемой продукции и тем более смена профиля предприятия предъявляют новые требования к поставщикам. [c.186]

Изменения географии мирового производства первичного алюминия, происходившие в последней четверти 20 века, являются результатом взаимодействия следующих основных тенденций. Во-первых, производство металлического алюминия является высокоэнергоемким. В то же время во всех ПРС наблюдается тенденция быстрого снижения энергоемкости ВВП. Производство энергоемкой продукции с низкой долей добавленной стоимости (к ней относится и алюминий) замещается неэнергоемкими производствами, дающими продукцию с высокой долей добавленной стоимости. Поэтому во многих ПРС наблюдается относительное и даже абсолютное сокращение производства алюминия. [c.76]

При проектировании технологических процессов, а также участков и цехов следует определять машиноемкость продукции и количество потребного оборудования, расходный и эксплуатационный фонды оснастки, площадоемкость продукции и потребную площадь, материалоемкость продукции и запасы материалов, энергоемкость продукции и запасы топлива, размер заделов. [c.101]

Электроемкость, топливоемкость и энергоемкость продукции определяются различными методами, в том числе по нормативам на единицу продукции или расчетным порядком. [c.210]

В последние годы высказывается много предложений определять производительность труда по объему чистой или условно-чистой продукции. Последняя определяется путем исключения из валовой продукции материальных затрат, а чистая продукция определяется как разность между условно-чистой продукцией и амортизационными отчислениями. При этом в некоторой мере исключается влияние материалоемкости и энергоемкости продукции. Однако в целом эти методы существенных преимуществ перед применяемыми стоимостными методами измерения производительности труда не имеют. Они, наоборот, усугубляют их недостатки, так как не исключают влияния разной рентабельности добычи нефти по районам, совершенно не учитывают влияние природного фактора. Производительность труда, определенная этими методами, практически повторяет динамику и соотношения, которые складываются между НГДУ при определении производительности труда на основе валовой продукции (табл. 3). [c.15]

Источником удовлетворения прироста потребностей химической промышленности в сырье, топливе и энергии станут также ресурсе- и энергосбережение, основанные на снижении материале- и энергоемкости продукции. За счет этого к 2000 г. будет удовлетворяться 75—80 % прироста. В химической промышленности, а также в отраслях, потребляющих ее продукцию, необходимо усилить режим экономии. С этой целью следует настойчиво дбиваться рационального и экономного использования всех видов ресурсов, снижения их потерь, ускоренно осуществлять переход к ресурсо-сберегающим и безотходным технологиям, значительно улучшить использование вторичных ресурсов и отходов производства, развивать производственные мощности по их переработке, улучшить организацию сбора вторичного сырья и т. п. [c.184]

В первом разделе дается анализ современного состояния развития и размещения отрасли на основе изучения статистических данных, результатов научных исследований, плановых и проектных материалов за предшествующие 15 лет по конечным (базисным) годам пятилеток и территориальном разрезе. В нем анализируются следующие основные показатели обеспеченность сырьевыми ресурсами производство продукции в натуральном и стоимостном выражениях (товарная, нормативно чистая) себестоимость, материалоемкость и энергоемкость продукции капитальные вложения с выделением затрат на расширение, реконструкцию, техническое перевооружение и новое строительство объемы незавершенного строительства и стоимость неустановленного оборудования прирост продукции на 1 руб. капитальных вложений, их рентабельность и сроки окупаемости стоимость основных фондов, фондоотдача, ввод в действие производственных мощностей, наличие и их использование производительность труда, его механо- и энерговооруженность и др. [c.30]

Значительные резервы экономии и рационального использования топливно-энергетических ресурсов связаны с широким внедрением топ-ливно- и энергосберегающей техники и технологии во всех отраслях народного хозяйства, заменой устаревшего энергоемкого оборудования и применением установок с меньшим удельным расходом топлива и энергии, созданием и производством менее энергоемкой продукции. Только за счет подобных мероприятий может обеспечиваться более 60 % общей экономии топлива и энергии. [c.44]

Изменение сырьеемкости продукции (Ес) Изменение полуфабрикатоем-кости продукции (Е») Изменение топливоемкости продукции (Ет) Изменение энергоемкости продукции (Е9) Изменение емкости продукции по другим материальным затратам (ЕА) [c.379]

Перестройка ценообразования базируется на следующих требованиях 1) последовательное отражение в ценах общественно необходимых затрат на производство и реализацию продукции, ее потребительских свойств, качества и платежеспособного спроса, более полного учета платы за трудовые и природные ресурсы, расходов на охрану окружающей среды 2) придание ценам противозатратного характера, повышение их стимулирующей роли в ускорении научно-технического прогресса и улучшении качества продукции, создании новой техники, ресурсосбережении, снижении материатоем-кости и энергоемкости продукции, широком использовании малоотходных и безотходных технологий 3) повышение роли потребителя в определении цен, организации действенного контроля за правильностью установления и применения цен на всех уровнях хозяйственного управления 4) обеспечение соответствия политики розничных цен задачам полного осуществления принципа социальной справедливости 5) дальнейшее совершенствование зональной дифференциации закупочных цен путем укрупнения размещения сельскохозяйственного производства и т. д. [c.223]

В промышленности США удельную энергоемкость продукции в течение 10 лет (1976—1985 гг.) предполагается снизить на 15—-17%, что обеспечит экономию 200 млн. т условного топлива на уровне 1985 г. Отдельные специалисты указывают на принципиальную возможность экономии до 500 млн. т условного топлива в 1985г. в случае широкого финансового стимулирования капитальных вложений в рационализацию энергопотребления в этой сфере экономики. [c.119]

Энергоемкость продукции коэффициент электрификации электротопливный и теплоэлектрический коэффициенты [c.254]

Источник

Какой накопитель энергии самый энергоемкий

Экология познания.Наука и техника: В условиях активного развития новых технологий в сфере энергетики достаточно известным трендом являются накопители электроэнергии. Это качественное решение проблемы перебоев питания или полного отсутствия энергии.

Существует вопрос: «Какой способ хранения энергии предпочтителен в той или иной ситуации?». К примеру, какой способ аккумулирования энергии выбрать для частного дома или дачи, оборудованных солнечной или ветровой установкой? Очевидно, что крупную гидроаккумулирующую станцию в этом случае строить никто не будет, однако установить большую емкость, подняв ее на высоту 10 метров, возможно. Но будет ли такая установка достаточна для поддержания постоянного электроснабжения при отсутствии солнца?

Чтобы ответить на возникающие вопросы, необходимо выработать какие-то критерии оценки аккумуляторов, позволяющие получить объективные оценки. А для этого нужно рассмотреть различные параметры накопителей, позволяющие получить числовые оценки.

Емкость или накопленный заряд?

Когда говорят или пишут об автомобильных аккумуляторах, часто упоминают величину, которую называют емкостью аккумулятора и выражают в ампер-часах (для небольших аккумуляторов — в миллиампер-часах). Но, строго говоря, ампер-час не является единицей емкости. Емкость в теории электричества измеряют в фарадах. А ампер-час — это единица измерения заряда! То есть характеристикой аккумулятора нужно считать (и так это и называть) накопленный заряд.

В физике заряд измеряют в кулонах. Кулон — это величина заряда, прошедшего через проводник при силе тока 1 ампер за одну секунду. Поскольку 1 Кл/c равен 1 А, то, переведя часы в секунды, получаем, что один ампер-час будет равен 3600 Кл.

Следует обратить внимание, что даже из определения кулона видно, что заряд характеризует некий процесс, а именно процесс прохождения тока по проводнику. То же самое следует даже из названия другой величины: один ампер-час — это когда ток силой в один ампер протекает по проводнику в течение часа.

На первый взгляд может показаться, что тут какая-то нестыковка. Ведь если мы говорим о сохранении энергии, то накопленная в любом аккумуляторе энергия должна измеряться в джоулях, поскольку именно джоуль в физике служит единицей измерения энергии. Но давайте вспомним, что ток в проводнике возникает только тогда, когда имеется разность потенциалов на концах проводника, то есть к проводнику приложено напряжение. Если напряжение на клеммах аккумулятора равно 1 вольту и по проводнику протекает заряд в один ампер-час, мы и получаем, что аккумулятор отдал 1 В · 1 А·ч = 1 Вт·ч энергии.

Таким образом, применительно к аккумуляторам правильнее говорить о накопленной энергии (запасенной энергии) или о накопленном (запасенном) заряде. Тем не менее, поскольку термин «емкость аккумулятора» широко распространен и как-то более привычен, будем использовать и его, но с некоторым уточнением, а именно, будем говорить про энергетическую емкость.

Ёмкость энергетическая — энергия, отдаваемая полностью заряженным аккумулятором при разряде до наименьшего допустимого значения.

Используя это понятие, попытаемся приблизительно посчитать и сравнить энергетическую емкость различных типов накопителей энергии.

Энергетическая емкость химических аккумуляторов

Полностью заряженный электрический аккумулятор с заявленной ёмкостью (зарядом) в 1 А·ч теоретически способен обеспечить силу тока 1 ампер в течение одного часа (или, например, 10 А в течение 0,1 часа, или 0,1 А в течение 10 часов). Но слишком большой ток разряда аккумулятора приводит к менее эффективной отдаче электроэнергии, что нелинейно уменьшает время его работы с таким током и может приводить к перегреву. На практике ёмкость аккумуляторов приводят, исходя из 20-часового цикла разряда до конечного напряжения. Для автомобильных аккумуляторов оно составляет 10,8 В. Например, надпись на маркировке аккумулятора «55 А·ч» означает, что он способен выдавать ток 2,75 ампер на протяжении 20 часов, и при этом напряжение на клеммах не опустится ниже 10,8 В.

Производители аккумуляторов часто указывают в технических характеристиках своих изделий запасаемую энергию в Вт·ч (Wh), а не запасаемый заряд в мА·ч (mAh), что, вообще говоря, не правильно. Вычислить запасаемую энергию по запасаемому заряду в общем случае непросто: требуется интегрирование мгновенной мощности, выдаваемой аккумулятором за всё время его разряда. Если большая точность не нужна, можно вместо интегрирования воспользоваться средними значениями напряжения и потребляемого тока и воспользоваться формулой:

То есть запасаемая энергия (в Вт·ч) приблизительно равна произведению запасаемого заряда (в А·ч) на среднее напряжение (в Вольтах): E = q · U. Например, если указано, что емкость (в обычном смысле) 12-вольтового аккумулятора равна 60 А·ч, то запасаемая энергия, то есть его энергетическая ёмкость, составит 720 Вт · часов.

Энергетическая емкость накопителей гравитационной энергии

В любом учебнике физики вы можете прочитать, что работа A, совершаемая некоторой силой F при подъеме тела массы m на высоту h вычисляется по формуле A = m · g · h, где g — ускорение свободного падения. Эта формула имеет место в том случае, когда движение тела происходит медленно и силами трения можно пренебречь. Работа против силы тяжести не зависит от того, как мы поднимаем тело: по вертикали (как гирю в часах), по наклонной плоскости (как при втаскивании санок в гору) или еще каким-либо способом.

Во всех случаях работа A = m · g · h. При опускании тела на первоначальный уровень сила тяжести произведет такую же работу, какая была затрачена силой F на подъем тела. Значит, поднимая тело, мы запасли работу, равную m · g · h, т. е. поднятое тело обладает энергией, равной произведению силы тяжести, действующей на это тело, и высоты, на которую оно поднято. Эта энергия не зависит от того, по какому пути происходил подъем, а определяется лишь положением тела (высотой на которую оно поднято или разностью высот между первоначальным и окончательным положением тела) и называется потенциальной энергией.

Оценим по этой формуле энергетическую емкость массы воды, закачанной в цистерну емкостью 1000 литров, поднятую на 10 метров над уровнем земли (или уровнем турбины гидрогенератора). Будем считать, что цистерна имеет форму куба с длиной ребра 1 м. Тогда, согласно формуле в учебнике Ландсберга, A = 1000 кг · (9,8 м/с2) · 10,5 м = 102900 кг · м2/с2. Но 1 кг · м2/с2 равен 1 джоулю, а переводя в ватт-часы, получим всего 28,583 ватт-часов. То есть, чтобы получить энергетическую емкость, равную емкости обычного электроаккумулятора 720 ватт-часов, нужно увеличить объем воды в цистерне в 25,2 раза.

Цистерна должна будет иметь длину ребра примерно 3 метра. При этом ее энергетическая емкость будет равна 845 ватт-часам. Это больше емкости одного аккумулятора, но зато и объем установки существенно больше, чем размер обычного свинцово-цинкового автомобильного аккумулятора. Это сравнение подсказывает, что имеет смысл рассматривать не запасенную энергию в некоторой системе энергию саму по себе, а по отношению к массе или объему рассматриваемой системы.

Удельная энергетическая емкость

Итак мы пришли к заключению, что энергетическую емкость целесообразно соотносить с массой или объемом накопителя, или собственно носителя, например, воды, залитой в цистерну. Можно рассмотреть два показателя этого рода.

Массовой удельной энергоемкостью будем называть энергетическую емкость накопителя, отнесенную к массе этого накопителя.

Объемной удельной энергоемкостью будем называть энергетическую емкость накопителя, отнесенную к объему этого накопителя.

Рассмотрим еще несколько примеров накопителей энергии и оценим их удельные энергоемкости.

Энергоёмкость теплоаккумулятора

Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании его на 1 °С. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают массовую, объёмную и молярную теплоёмкость.

Массовая удельная теплоёмкость, также называемая просто удельной теплоёмкостью — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях, деленных на килограмм на кельвин (Дж·кг−1·К−1).

Объёмная теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м−3·К−1).

Молярная теплоёмкость — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

Моль — единица измерения количества вещества в Международной системе единиц. Моль есть количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг.

На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP) и при постоянном объёме (CV), вообще говоря, различны.

Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое сопровождается скачкообразным изменением теплоёмкости в конкретной для каждого вещества температурной точке превращения — температура плавления (переход твёрдого тела в жидкость), температура кипения (переход жидкости в газ) и, соответственно, температуры обратных превращений: замерзания и конденсации.

Удельные теплоёмкости многих веществ приведены в справочниках обычно для процесса при постоянном давлении. К примеру, удельная теплоёмкость жидкой воды при нормальных условиях — 4200 Дж/(кг·К); льда — 2100 Дж/(кг·К).

Исходя из приведенных данных можно попытаться оценить теплоемкость водяного теплоаккумулятора (абстрактного). Предположим, что масса воды в нем равна 1000 кг (литров). Нагреваем ее до 80 °C и пусть она отдает тепло, пока не остынет до 30 °C. Если не заморачиваться тем, что теплоемкость различна при разной температуре, можно считать, что теплоаккумулятор отдаст 4200 * 1000 * 50 Дж тепла. То есть энергетическая емкость такого теплоаккумулятора составляет 210 мегаджоулей или 58,333 киловатт-часов энергии.

Если сравнить эту величину с энергетическим зарядом обычного автомобильного аккумулятора (720 ватт-часов), то видим, что для энергетическая емкость рассматриваемого теплоаккумулятора равна энергетической емкости примерно 810 электрических аккумуляторов.

Удельная массовая энергоемкость такого теплоаккумулятора (даже без учета массы сосуда, в котором собственно будет храниться нагретая вода, и массы теплоизоляции) составит 58,3 кВт-ч/1000 кг = 58,3 Вт-ч/кг. Это уже получается поболее, чем массовая энергоемкость свинцово-цинкового аккумулятора, равная, как было подсчитано выше, 39 Вт-ч/кг.

По приблизительным подсчетам теплоаккумулятор сравним с обычным автомобильным аккумулятором и по объёмной удельной энергоёмкости, поскольку килограмм воды — это дециметр объема, следовательно его объемная удельная энергоемкость тоже равна 76,7 Вт-ч/кг., что в точности совпадает с объемной удельной теплоемкостью свинцово-кислотного аккумулятора. Правда, в расчете для теплоаккумулятора мы учитывали только объем воды, хотя нужно было бы учесть еще объем бака и теплоизоляции. Но в любом случае проигрыш будет уже не так велик, как для граыитационного накопителя.

Другие виды накопителей энергии

В статье «Обзор накопителей (аккумуляторов) энергии» приведены расчеты удельных энергоемкостей еще некоторых накопителей энергии. Позаимствуем оттуда некоторые примеры

Конденсаторный накопитель

При емкости конденсатора 1 Ф и напряжении 250 В запасенная энергия составит: E = CU2 /2 = 1 ∙ 2502 /2 = 31.25 кДж

8.69 Вт · час. Если использовать электролитические конденсаторы, то их масса может составить 120 кг. Удельная энергия накопителя при этом 0.26 кДж/кг или 0,072 Вт/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 9 Вт. Срок службы электролитических конденсаторов может достигать 20 лет. Ионисторы по плотности запасаемой энергии приближаются к химическим аккумуляторным батареям. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени.

Гравитационные накопители копрового типа

Вначале поднимаем тело массой 2000 кг на высоту 5 м. Затем тело опускается под действием силы тяжести, вращая электрогенератор. E = mgh

2000 ∙ 10 ∙ 5 = 100 кДж

27.8 Вт · час. Удельная энергетическая ёмкость 0.0138 Вт · час/кг. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 28 Вт. Срок службы накопителя может составлять 20 и более лет.

Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени.

Маховик

где r — плотность материала, из которого изготовлен цилиндр.

Предельная линейная скорость на периферии маховика Vmax (составляет примерно 200 м/с для стали).

Vmax = wmax R или wmax = Vmax /R

Тогда Emax = 0.5 J w2max = 0.25 p r R2 H V2max = 0.25 M V2max

Удельная энергия составит: Emax /M = 0.25 V2max

Для стального цилиндрического маховика максимальная удельная энергоемкость составляет приблизительно 10 кДж/кг. Для маховика массой 100 кг (R = 0.2 м, H = 0.1 м) максимальная накопленная энергия может составлять 0.25 ∙ 3.14 ∙ 8000 ∙ 0.22 ∙ 0.1 ∙ 2002

0.278 кВт · час. При работе накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 280 Вт. Срок службы маховика может составлять 20 и более лет. Достоинства: накопленная энергия может быть использована в течение короткого промежутка времени, характеристики могут быть существенно улучшены.

Супермаховик

Супермахови́к в отличие от обычных маховиков способен за счёт конструктивных особенностей теоретически хранить до 500 Вт·ч на килограмм веса. Однако разработки супермаховиков почему-то остановились.

Пневматический накопитель

В стальной резервуар емкостью 1 м3 закачивается воздух под давлением 50 атмосфер. Чтобы выдержать такое давление, стенки резервуара должны иметь толщину примерно 5 мм. Сжатый воздух используется для выполнения работы. При изотермическом процессе работа A, совершаемая идеальным газом при расширении в атмосферу, определяется формулой:

A = (M / m ) ∙ R ∙ T ∙ ln (V2 / V1 )

где M — масса газа, m — молярная масса газа, R — универсальная газовая постоянная, T — абсолютная температура, V1 — начальный объем газа, V2 — конечный объем газа. С учетом уравнения состояния для идеального газа (P1 ∙ V1 = P2 ∙ V2 ) для данной реализации накопителя V2 / V1 = 50, R = 8.31 Дж/(моль · град), T = 293 0K, M / m

2232, работа газа при расширении 2232 ∙ 8.31 ∙ 293 ∙ ln 50

5.56 кВт · час за цикл. Масса накопителя примерно равна 250 кг. Удельная энергия составит 80 кДж/кг. При работе пневматический накопитель может в течение часа обеспечивать нагрузку не более 5.5 кВт. Срок службы пневматического накопителя может составлять 20 и более лет.

Достоинства: накопительный резервуар может быть расположен под землей, в качестве резервуара могут использоваться стандартные газовые баллоны в требуемом количестве с соответствующим оборудованием, при использовании ветродвигателя последний может непосредственно приводить в действие насос компрессора, имеется достаточно большое количество устройств, напрямую использующих энергию сжатого воздуха.

Сравнительная таблица некоторых накопителей энергии

Все полученные выше значения параметров накопителей энергии сведем в обобщающую таблицу. Но вначале заметим, что удельные энергоемкости позволяют сравнивать накопители с обычным топливом.

Основной характеристикой топлива является его теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выделяющееся при полном его сгорании. Различают теплоту сгорания удельную (МДж/кг) и объемную (МДж/м3). Переводя МДж в кBт-часы получаем:

Как видим, удельные энергоёмкости топлива значительно превосходят энергоемкость накопителей энергии. Поскольку в качестве резервного источника энергии часто используются дизельные генераторы, включим в итоговую таблицу энергоемкость дизельного топлива, которая равна 42624 кДж/кг или 11,84 кВт-часа/кг. И добавим для сравнения еще природный газ и водород, поскольку последний тоже может служить основой для создания накопителей энергии.

Удельная массовая энергоёмкость баллонного газа (пропан-бутан) составляет 36 мДж/кг. или 10 КВт-ч/кг., а у водорода — 33,58 КВт-ч/кг.

В результате получим следующую таблицу с параметрами рассмотренных накопителей энергии (последние две строки в этой таблице добавлены для сравнения с традиционными энерго-носителями):

Приведенные в этой таблице цифры очень приблизительны, в расчетах не учтено множество факторов, например, коэффициэнт полезного действия того генератора, который использует сохраненную энергию, объемы и веса необходимого оборудования и так далее. Тем не менее, эти цифры позволяют, на мой взгляд, дать первоначальную оценку потенциальной энергоемкости различных видов накопителей энергии.

И, как следует из приведенной таблицы, наиболее эффективным видом накопителя представляется баллон с водородом. Если для получения водорода используется «дармовая» (избыточная) энергия из возобновляемых источников, то именно водородный накопитель может оказаться самым перспективным.

Водород может использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания, который будет вращать электрогенератор, либо в водородных топливных ячейках, которые непосредственно производят электроэнергию. Вопрос о том, какой способ выгоднее, требует уже отдельного рассмотрения. Ну, и вопросы безопасности при производстве и использовании водорода могут внести коррективы при рассмотрении целесообразности применения того или иного вида накопителей энергии. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник