Перевести тепловую мощность в электрическую мощность: Таблицы пересчета единиц измерения электроэнергии тепловой мощности

Преобразование электрической энергии в тепловую — Знаешь как

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

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

Скорость преобразования электрической энергии в теп­ловую определяется мощностью:

Р =UI

или, учитывая, что U = Ir, получаем:

P=UI=I²r.

Электрическая энергия, переходящая в тепловую,

W = Pt = Prt.

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

Q = I²rt. 

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

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

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

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

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

Сила тока

I = U : r = 110 : 22 = 5a

Количество тепла, выделенное в приборе,

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

Статья на тему Преобразование электрической энергии в тепловую

Конвертировать Британских тепловых единиц / час в Киловатт (BTU/h → kW)

потребляемая тепловая мощность Q, кВт



потребляемая тепловая мощность Q, кВт

3.4.1 потребляемая тепловая мощность Q, кВт: Количество тепла, потребляемое аппаратом в единицу времени, соответственно объемному и массовому потоку применяется низшая или высшая теплота сгорания.

Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации.
academic.ru.
2015.

• Потребляемая мощность,
• Потребляемый ток контактной машины

Смотреть что такое «потребляемая тепловая мощность Q, кВт» в других словарях:

• мощность — 3.6 мощность (power): Мощность может быть выражена терминами «механическая мощность на валу у соединительной муфты турбины» (mechanical shaft power at the turbine coupling), «электрическая мощность турбогенератора» (electrical power of the… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54788-2011: Кондиционеры абсорбционные и адсорбционные и/или тепловые насосы газовые с номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Часть 1. Безопасность — Терминология ГОСТ Р 54788 2011: Кондиционеры абсорбционные и адсорбционные и/или тепловые насосы газовые с номинальной тепловой мощностью до 70 кВт. Часть 1. Безопасность оригинал документа: 3.1.11 абсорбция (absorption): Процесс, при котором… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ГОСТ Р 54448-2011: Нагреватели трубчатые радиационные газовые с одной горелкой, не предназначенные для бытового применения. Часть 1. Требования безопасности — Терминология ГОСТ Р 54448 2011: Нагреватели трубчатые радиационные газовые с одной горелкой, не предназначенные для бытового применения. Часть 1. Требования безопасности оригинал документа: 3.4.20 аварийное отключение: Процесс, который… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• потери — 3.8 потери: Разность между 100 и восстановленным общим объемом, в процентах. Источник: ГОСТ 2177 99: Нефтепродукты. Методы определения фракционного состава оригинал документа …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• 1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• максимальная — максимальная: Максимально возможная длина ЗО, в пределах которой выполняются требования настоящего стандарта и технических условий (ТУ) на извещатели конкретных типов, Источник: ГОСТ Р 52651 2006: И …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Балаковская АЭС — Балаковская АЭС …   Википедия

• Тепловой насос — Воздушный тепловой насос Тепловой насос  устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой …   Википедия

• Теплоэлектростанция — (Thermal power, ТЭС) Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС, устройство ТЭС Содержание Содержание Определение Градирня Характеристики Классификация Типы… …   Энциклопедия инвестора

• Hydro-Québec — Hydro Québec …   Википедия

Мощности в энергетике

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

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

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

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

За превышение максимальной мощности законодательством предусмотрены серьезные санкции.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

То есть еще раз и грубо:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Исследователи обнаружили, что селенид олова обещает эффективное преобразование отработанного тепла в электрическую энергию

Принцип работы термоэлектрического генератора. Предоставлено: (c) Nature, VOL 508, 327.

(Phys.org) — группа исследователей, работающая в Северо-Западном университете, обнаружила, что селенид олова (SnSe) имеет наивысший КПД Карно для термоэлектрического цикла из когда-либо обнаруженных, что делает его потенциально возможным материалом для использования в производстве электроэнергии из отходящего тепла.В своей статье, опубликованной в журнале Nature , команда описывает работу, которую они провели над SnSe, и то, как их открытие может привести к еще более эффективным материалам. Джозеф Хереманс кратко излагает историю термоэлектрических исследований в сопутствующей статье News & Views и предлагает некоторые соображения о том, почему SnSe может быть настолько эффективным и как он может привести к открытию еще лучших материалов.

Поскольку планета продолжает испытывать воздействие глобального потепления, ученые всего мира отчаянно ищут альтернативные способы производства электроэнергии. Одна из таких возможностей — преобразовать отработанное тепло промышленных процессов в электричество.Для этого необходимо сконструировать и использовать термоэлектрический генератор. Такие генераторы работают, используя разницу температур, испытываемых одним материалом. Два термоэлектрических полупроводника подвергаются температурному градиенту и соединяются между собой проводящими пластинами. Однако до сих пор этот процесс не оказался достаточно эффективным, чтобы оправдать затраты на строительство и использование таких генераторов, несмотря на удвоение эффективности всего за последние пятнадцать лет — с zT 1 до 2.

Повышение эффективности произошло в основном благодаря исследовательской работе, связанной с нанотехнологиями, а используемые материалы, как правило, были основаны на теллуриде свинца. Сложность поиска лучших материалов ограничивается необходимыми двойными свойствами: низкой теплопроводностью и высокой электропроводностью. SnSe использовался учеными для различных целей, но из-за его жестких связей и искаженной решетки не рассматривался как возможность. Но это произошло потому, что другие не приняли во внимание низкую ангармоничность соединения.Когда команда из Northwestern проверила его как возможный материал для использования в термоэлектрическом генераторе, они обнаружили, что он имеет самый высокий zT из когда-либо обнаруженных, 2,6.

SnSe — это кристаллический материал с наименьшей теплопроводностью в мире. Тепло не может хорошо проходить через этот материал из-за его очень «мягкой» слоистой структуры, напоминающей гармошку, которая плохо передает вибрации. Это напоминает нам телерекламу постно-педического матраса, где можно подпрыгивать с одной стороны матраса, а на расстоянии нескольких футов стакан вина не чувствует вибраций.Аналогично SnSe может нагреваться с одной стороны, а другая сторона остается холодной. Холодная сторона не чувствует вибрации (также известной как фононы). В SnSe это означает, что все тепло должно уходить на другую сторону кристалла, «катаясь» на электронных носителях, а не на колебаниях решетки. Таким образом, горячие носители могут вырабатывать полезную электроэнергию во время транспортировки. Это обеспечивается высокой термоэдс SnSe. Плохая способность переносить тепло через его решетку обеспечивает рекордно высокую эффективность термоэлектрического преобразования.Предоставлено: Лидун Чжао.

Очевидно, что повышение эффективности приветствуется, но его все еще недостаточно, чтобы произвести революцию в этой области — что могло бы быть открытием другого материала с еще более высокой эффективностью — чего-то похожего на SnSe.

Термоэлектрические материалы могут быть намного эффективнее

Дополнительная информация:
Сверхнизкая теплопроводность и высокая термоэлектрическая добротность в кристаллах SnSe, Nature 508, 373–377 (17 апреля 2014 г.) DOI: 10.1038 / природа13184

Аннотация

Термоэлектрический эффект обеспечивает прямое и обратимое преобразование между тепловой и электрической энергией и обеспечивает жизнеспособный способ выработки электроэнергии из отходящего тепла. Эффективность термоэлектрических материалов определяется безразмерной добротностью ZT (где Z — добротность, а T — абсолютная температура), которая определяет эффективность Карно для преобразования тепла. Улучшения выше обычно высокого порогового значения 2.5 имеют важное значение для коммерческого использования1, 2, особенно для соединений, не содержащих Pb и Te. Здесь мы сообщаем о беспрецедентном значении ZT 2,6 ± 0,3 при 923 К, реализованном в монокристаллах SnSe, измеренном вдоль оси b орторомбической элементарной ячейки при комнатной температуре. Этот материал также показывает высокое значение ZT, равное 2,3 ± 0,3, вдоль оси c, но значительно уменьшенное значение ZT, равное 0,8 ± 0,2, вдоль оси a. Мы связываем удивительно высокое ZT вдоль оси b со сверхнизкой решеточной теплопроводностью SnSe.Слоистая структура SnSe происходит из искаженной структуры каменной соли и имеет аномально высокие параметры Грюнайзена, которые отражают ангармоническую и анизотропную связь. Исключительно низкую решеточную теплопроводность (0,23 ± 0,03 Вт · м − 1 · K − 1 при 973 K) в SnSe мы связываем с ангармонизмом. Эти результаты подчеркивают альтернативные стратегии наноструктурирования для достижения высоких термоэлектрических характеристик.

Пресс-релиз

© 2014 Phys.орг

Ссылка :
Исследователи считают, что селенид олова перспективен для эффективного преобразования отработанного тепла в электрическую энергию (2014, 17 апреля)
получено 4 сентября 2020
с https: // физ.org / news / 2014-04-tin-selenide-effectively-electric-energy.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Фотоэлектрические (PV) — электрические расчеты

Фотоэлектрические (PV) элементы (иногда называемые солнечными элементами) преобразуют солнечную энергию в электрическую. С каждым годом устанавливается все больше и больше фотоэлектрических систем. С помощью этого растущего приложения для каждого практикующего специалиста будет хорошей идеей иметь представление о расчетах, связанных с фотоэлементами.

Существует огромное количество фотоэлементов, в которых используются различные материалы. На очень простом уровне фотоэлектрические элементы функционируют, используя солнечную энергию для генерации электронно-дырочных пар, которые затем разделяются и протекают во внешней цепи в виде тока.Изучение физики того, как работает нынешнее поколение, не является целью этой заметки, скорее мы рассмотрим электрические расчеты, связанные с фактическим применением реальных систем.

Электрические параметры

Фотоэлементы производятся как модули для использования в установках. Электрически важными параметрами для определения правильной установки и производительности являются:

• Максимальная мощность — это максимальная выходная мощность фотоэлектрического модуля (см. Кривую IV ниже)
• Напряжение холостого хода — выходное напряжение фотоэлемента с протекает ток без нагрузки
• Ток короткого замыкания — ток, который будет протекать, если выход PV для продажи был закорочен
• Максимальное напряжение точки питания — уровень напряжения на кривой ВАХ, обеспечивающий максимальную мощность
• Максимальный ток точки питания — уровень ток на кривой IV, обеспечивающий максимальную мощность
• КПД — мера количества солнечной энергии, преобразованной в пиковую электрическую энергию

Параметры фотоэлементов измеряются при определенных стандартных условиях испытаний (STC).

STC обычно принимается равным 1000 Вт / м ² , 25 ° C и 1,5 AM (воздушная масса).

Максимальная выходная мощность — это пиковая мощность, которую солнечный элемент может выдавать в STC. Хотя обычно фотоэлектрические установки оценивают на основе этого значения, маловероятно, что эти уровни мощности будут достигнуты на практике.

Список используемых символов см. В конце примечания.

Расчет мощности системы

Пример расчета

120 солнечных модулей, каждый мощностью 250 Вт _p и площадью 1.67 м ² подключены для формирования фотоэлектрической системы. Эффективность системы составляет 0,75, а среднегодовая солнечная радиация составляет 1487 кВтч / м2. Рассчитайте ожидаемое годовое производство энергии. Используя приведенные выше уравнения:

Если коэффициент коррекции ориентации и наклона Солнца равен 1,1, какова будет выходная мощность:

Номинальная максимальная мощность ( кВт, _p ) мощности солнечной батареи. массив из n модулей, каждый с максимальной мощностью Wp в STC, определяется как:

— пиковая номинальная мощность, исходя из 1 кВт / м ² излучения в STC

Доступное солнечное излучение ( E _ma ) меняется в зависимости от времени года и погодных условий.Однако, исходя из среднегодовой радиации для местоположения и принимая во внимание эффективность ( η ) ячейки, мы можем оценить средний выход энергии фотоэлектрической системы:

— средняя энергия, произведенная в год, кВтч

Примечание: E _ma дается в таблицах для конкретного местоположения и горизонтальной плоскости.

Чтобы получить ожидаемую солнечную радиацию, необходимы некоторые исследования (Интернет или местные метеорологические отделы).Если вы используете программное обеспечение для выполнения расчетов, эта информация обычно предоставляется как часть программы.

Общий КПД (η) солнечной установки (потери затенения, потери инвертора, потери на отражение, потери температуры и т. Д.) В хорошо спроектированной системе будут находиться в диапазоне от 0,75 до 0,85.

Приведенный выше расчет выполняется на годовой основе, но его можно легко выполнить для любого периода времени (часы, день, месяц и т. Д.), Заменив годовое значение средней солнечной радиацией за период.

Для максимальной мощности любое солнечное излучение должно падать на фотоэлектрическую панель под углом 90 °. В зависимости от того, где на поверхности земли, ориентация и наклон для достижения этого различаются. Программное обеспечение обычно используется для расчета этого или использования поправочных коэффициентов из соответствующего местоположения.

Температура

По мере увеличения температуры фотоэлементов мощность падает. Это учитывается в общей эффективности системы (η) за счет использования коэффициента температурного снижения η _t и определяется по формуле:

Примечание: Температурный коэффициент мощности (ϒ) обычно равен 0 .005 для кристаллического кремния

Эффективность и производительность

Эффективность: измеряет количество солнечной энергии, падающей на фотоэлектрический элемент, которая преобразуется в электрическую

На измерение эффективности фотоэлектрического элемента влияют несколько факторов, в том числе:

• длина волны — PV элементы по-разному реагируют на световые волны разной длины, производя электричество разного качества
• материалы — разные фотоэлектрические материалы ведут себя по-разному
• температура — элементы работают лучше при более низких температурах, с понижением эффективности при более высоких температурах
• отражение — любой отраженный свет уменьшается эффективность ячейки
• сопротивление — электрическое сопротивление ячейки создает потери, влияющие на эффективность

Лучшие исследования эффективности ячейки
Источник изображения: Национальная лаборатория возобновляемой энергии
(NREL)

Изготовленные фотоэлементы или модули обычно сортируются с помощью процесса биннинга по различным уровням эффективности.Более эффективные элементы будут иметь большую электрическую мощность и, следовательно, более высокую стоимость.

Благодаря последним достижениям в солнечных технологиях, фотоэлементы начинают приближаться к теоретическому максимальному пределу для полупроводниковых устройств. Изображение сбоку (щелкните, чтобы увеличить версию) показывает достижимый диапазон эффективности для различных технологий ячеек.

В лаборатории эффективность измеряется при стандартных условиях с помощью ВАХ. Кривые ВАХ получают путем изменения внешнего сопротивления от нуля (короткое замыкание) до бесконечности (разомкнутая цепь).На рисунке показана типичная ВАХ.

Фотоэлемент, I-V и кривые мощности

Мощность, отдаваемая фотоэлементом, является произведением напряжения ( В, ) и тока ( I ). И в условиях разомкнутой, и в замкнутой цепи подаваемая мощность равна нулю. В какой-то момент между ними (около точки колена) передаваемая мощность максимальна.

Примечание: максимальная величина тока, которую может выдать фотоэлемент, — это ток короткого замыкания.Учитывая линейность тока в диапазоне напряжений от нуля до максимального напряжения питания, использование тока короткого замыкания для определения размеров кабеля и системы является разумным.

Коэффициент заполнения

Одним из способов измерения производительности солнечного элемента является коэффициент заполнения. Это отношение максимальной мощности к произведению напряжения холостого хода и тока короткого замыкания:

Чем выше коэффициент заполнения, тем лучше.Как правило, коммерческие фотоэлементы имеют коэффициент заполнения более 0,7. Ячейки с коэффициентом меньше указанного не рекомендуется для практического применения в крупных проектах по производству электроэнергии.

Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)

Кривая ВАХ фотоэлектрического модуля может быть сгенерирована по эквивалентной схеме (см. Следующий раздел). Неотъемлемой частью создания кривой I-V является текущий Ipv, генерируемый каждой фотоэлектрической ячейкой.

Ток элемента зависит от количества световой энергии (освещенности), падающей на фотоэлектрический элемент, и температуры элемента.

По мере уменьшения освещенности не только уменьшается мощность, но и точка пиковой мощности перемещается влево. Точно так же, когда температура ячейки увеличивается, выходная мощность снижается, и точка максимальной мощности снова смещается влево.

Поскольку точка максимальной мощности является переменной величиной, зависящей от солнечного излучения и температуры элемента, современные инверторы имеют механизмы, отслеживающие это и всегда доставляющие максимально возможную мощность от фотоэлектрического элемента. Это называется отслеживанием точки максимальной мощности (MPPT).

Примечание. Системы управления , используемые для выполнения MPPT, изменяют операцию вокруг текущей рабочей точки, чтобы увидеть, сместилась ли точка максимальной мощности. Затем они соответствующим образом корректируют рабочие точки.

Схема эквивалента фотоэлементов

Чтобы понять производительность фотоэлектрических модулей и массивов, полезно рассмотреть эквивалентную схему. Обычно используется показанный ниже.

Эквивалентная схема фотоэлектрического модуля

Из эквивалентной схемы мы получаем следующие основные уравнения:

— ток нагрузки в амперах

— напряжение на шунтирующих ветвях

— ток через шунтирующий резистор

ток через диод определяется уравнением Шокли:

и

Объединение приведенных выше уравнений дает характеристическое уравнение фотоэлемента (модуля):

Примечание: характеристические уравнения могут использоваться для определения выходного напряжения и ток.К сожалению, дать эти напряжение и ток такими, как они есть, нет аналитического решения. Обычно для решения уравнения используются численные методы.

При установленных пределах легко использовать уравнение для определения напряжения холостого хода и тока короткого замыкания. В условиях разомкнутой цепи I = 0, и уравнение сводится к:

Обычно R _sh является высоким по сравнению с напряжением холостого хода, и последним членом можно пренебречь.Пренебрежение термином и перестановка уравнения дает:

Аналогично для тока короткого замыкания мы можем установить выходное напряжение равным нулю, давая:

Предположение, что R _sh много выше рупий и что I _или меньше по сравнению с I . При этих предположениях последними двумя членами можно пренебречь, давая:

Последовательное сопротивление ( Rs ), шунтирующее сопротивление ( R _sh ) и обратное напряжение насыщения ( I _o ). ) зависят от площади фотоэлемента.Как правило, чем больше ячейка, тем больше будет I _o (большая площадь диодного перехода) и чем меньше будет R _s и R _sh .

Характеристическое уравнение можно использовать для оценки влияния различных параметров на производительность фотоэлемента или модуля:

• температура ( T ) — влияет на элемент, являясь частью экспоненциального члена и значения обратного напряжения насыщения.По мере увеличения температуры, в то время как экспонента будет уменьшаться, обратное напряжение насыщения будет расти экспоненциально. Следующим эффектом является снижение напряжения холостого хода ячейки. Обычно напряжение снижается на 0,35–0,5% на каждый градус повышения температуры.
• последовательное сопротивление ( R _s ) — увеличение имеет аналогичный эффект от температуры, так как напряжение холостого хода начинает падать. Очень высокие значения Rs дополнительно уменьшат доступный ток короткого замыкания.
• шунтирующее сопротивление ( R _sh ) — уменьшение обеспечивает больший путь для шунтирующего тока, снова понижая напряжение элемента.

Список символов

См. Также

.

Новое твердотельное кремниевое устройство может однажды стать источником энергии для космических полетов — ScienceDaily

Преобразовать электрическую энергию в тепло очень просто. Это регулярно происходит в вашем тостере, то есть если вы регулярно готовите тосты. Напротив, преобразовать тепло в электрическую энергию не так-то просто.

Исследователи из Sandia National Laboratories разработали крошечное устройство на основе кремния, которое может использовать то, что ранее называлось отработанным теплом, и превращать его в источник постоянного тока. Их продвижение было недавно опубликовано в Physical Review Applied .

«Мы разработали новый метод по существу рекуперации энергии из отработанного тепла. Автомобильные двигатели выделяют много тепла, и это тепло — пустая трата, не так ли? Представьте, если бы вы могли преобразовать это тепло двигателя в электрическую энергию для гибридного автомобиля. Это — первый шаг в этом направлении, но предстоит еще многое сделать », — сказал Пол Дэвидс, физик и главный исследователь исследования.

«В ближайшее время мы собираемся создать компактный инфракрасный источник питания, возможно, чтобы заменить радиоизотопные термоэлектрические генераторы.«Генераторы, называемые РИТЭГами, используются для таких задач, как питание датчиков для космических миссий, которые не получают достаточного количества прямого солнечного света для питания солнечных батарей.

Устройство

Davids изготовлено из обычных и широко распространенных материалов, таких как алюминий, кремний и диоксид кремния — или стекло — в сочетании очень необычным образом.

Кремниевое устройство улавливает, направляет и преобразует тепло в энергию

Устройство меньше ногтя на мизинце, примерно 1/8 на 1/8 дюйма, вдвое меньше десятицентовика и металлически блестит.Верх сделан из алюминия, на котором протравлены полосы, примерно в 20 раз меньше ширины человеческого волоса. Этот рисунок, хотя и слишком мал, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом, служит антенной для улавливания инфракрасного излучения.

Между алюминиевым верхом и кремниевым днищем находится очень тонкий слой диоксида кремния. Толщина этого слоя составляет около 20 атомов кремния, что в 16000 раз тоньше человеческого волоса. Алюминиевая антенна с рисунком и травлением направляет инфракрасное излучение в этот тонкий слой.

Инфракрасное излучение, захваченное диоксидом кремния, создает очень быстрые электрические колебания, примерно 50 триллионов раз в секунду. Это асимметрично перемещает электроны вперед и назад между алюминием и кремнием. Этот процесс, называемый выпрямлением, генерирует чистый постоянный электрический ток.

Команда называет свое устройство инфракрасной ректенной, портмоне выпрямительной антенны. Это твердотельное устройство без движущихся частей, которые могут заклинивать, сгибаться или ломаться, и ему не нужно напрямую касаться источника тепла, что может вызвать термическое напряжение.

При производстве инфракрасных ректенн используются стандартные масштабируемые процессы

Поскольку команда делает инфракрасную ректенну с использованием тех же процессов, которые используются в индустрии интегральных схем, она легко масштабируется, сказал Джошуа Шэнк, инженер-электрик и первый автор статьи, который тестировал устройства и моделировал физику, лежащую в основе, в то время как он был докторантом Сандии. парень.

Он добавил: «Мы сознательно сосредоточились на распространенных материалах и процессах, которые можно масштабировать.Теоретически эти ректенны может изготавливать любое коммерческое предприятие по производству интегральных схем ».

Нельзя сказать, что создание текущего устройства было легким. Роб Джареки, инженер-технолог, который руководил разработкой процессов, сказал: «Под капотом огромная сложность, и для создания устройств требуются всевозможные технологические приемы».

Одна из самых больших производственных проблем заключалась в том, чтобы вставить небольшое количество других элементов в кремний или легировать его так, чтобы он отражал инфракрасный свет, как металл, сказал Яреки.«Обычно кремний не до смерти допируют, не пытаются превратить его в металл, потому что для этого есть металлы. В данном случае нам нужно было добавить в него как можно больше примесей, не повредив материал».

Устройства были произведены в Комплексе инженерии микросистем, науки и приложений Sandia. Команда получила патент на инфракрасную ректенну и подала несколько дополнительных патентов.

Версия инфракрасной ректенны, о которой команда сообщила в Physical Review Applied , вырабатывает мощность 8 нановатт на квадратный сантиметр от специальной тепловой лампы при 840 градусах.Для контекста, типичный калькулятор на солнечной энергии потребляет около 5 микроватт, поэтому для питания калькулятора им потребуется лист инфракрасных ректенн немного больше, чем стандартный лист бумаги. Итак, у команды есть много идей для будущих улучшений, чтобы сделать инфракрасную ректенну более эффективной.

Дальнейшая работа по повышению эффективности инфракрасной ректенны

Эти идеи включают создание двухмерных x верхней диаграммы ректенны вместо одномерных полос, чтобы поглощать инфракрасный свет во всех поляризациях; перепроектирование выпрямительного слоя в двухполупериодный выпрямитель вместо текущего полуволнового выпрямителя; и изготовление инфракрасной ректенны на более тонкой кремниевой пластине для минимизации потерь мощности из-за сопротивления.

Благодаря улучшенной конструкции и большей эффективности преобразования выходная мощность на единицу площади увеличится. Дэвидс считает, что через пять лет инфракрасная ректенна может стать хорошей альтернативой РИТЭГам для компактных источников питания.

Шэнк сказал: «Нам нужно продолжать совершенствоваться, чтобы быть сопоставимыми с РИТЭГами, но ректенны будут полезны для любого приложения, где вам нужно что-то для надежной работы в течение длительного времени, и где вы не можете пойти и просто изменить Однако мы не собираемся быть альтернативой солнечным панелям в качестве источника энергии в масштабе сети, по крайней мере, в ближайшем будущем.«

Дэвидс добавил: «Мы устранили эту проблему, и теперь мы приближаемся к точке, где мы видим относительно большой выигрыш в преобразовании энергии, и я думаю, что есть путь вперед в качестве альтернативы термоэлектрикам. . Приятно дойти до этого момента. Было бы здорово, если бы мы смогли увеличить масштаб и изменить мир ».

Исследование финансировалось программой Sandia’s Laboratory Directed Research and Development.

.

Тепловые характеристики и экономический анализ угольной электростанции мощностью 210 МВт

В этом документе представлены тепловые и экономические показатели угольной электростанции мощностью 210 МВт, расположенной в Северной Индии. Анализ используется для прогнозирования расхода угля, общего теплового КПД, массового расхода пара через котел и чистой приведенной стоимости (NPV) установки для данной нагрузки. Термодинамический анализ проводился с использованием уравнений массы и энергии с последующими эмпирическими корреляциями. Прогнозируемый массовый расход пара, расход угля и тепловой КПД хорошо согласуются с рабочими данными станции.Экономический анализ включает в себя операционную деятельность, такую ​​как стоимость оборудования, стоимость топлива, стоимость эксплуатации и технического обслуживания, выручка и чистая приведенная стоимость завода. С экономической точки зрения влияние избыточности насоса для отбора конденсата на чистую приведенную стоимость оказывается более чувствительным, чем избыточность питающего насоса котла.

1. Введение

Работа тепловой электростанции основана на цикле Ренкина, где тепловой КПД цикла может быть термодинамически улучшен за счет увеличения средней температуры подводимого тепла, то есть за счет внедрения систем нагрева питательной воды.Многие исследователи [1–3] сообщили об увеличении теплового КПД за счет равного деления общей энтальпии с помощью нагревателей питательной воды. В [4] было предложено, что термодинамические характеристики электростанции цикла Ренкина могут быть улучшены за счет уменьшения объемного расхода пара. Позже исследователи попытались повысить эффективность установки за счет увеличения давления пара, что привело к ухудшению качества пара на выходе из турбины. Для преодоления этих проблем после выхлопа турбины высокого давления был введен повторный нагрев пара, что привело к снижению содержания влаги в выхлопе турбины низкого давления.Было исследовано влияние давления повторного нагрева на эффективность цикла [5]. Они сообщили о лучшей производительности паровой электростанции при оптимальном давлении повторного нагрева. Все модификации / улучшения в цикле Ренкина (например, нагрев и повторный нагрев питательной воды) приводят к существенному повышению эффективности цикла. Исследование [6] по анализу энергии паровой электростанции Хамедан мощностью 250 МВт показало, что потери энергии в основном происходят в конденсаторе.

В прошлом экономический анализ завода проводился на основе первоначальных капитальных вложений, эксплуатационных расходов, годовой выручки и полученной прибыли.Чистая приведенная стоимость растений оценивалась в литературе [7]. Оборудование включает паровую турбину, бойлер, генераторы и другие вспомогательные компоненты, такие как насосы, конденсаторы и так далее. Исследователи сообщили о значительной работе по экономическому анализу с использованием метода чистой текущей стоимости в различных перерабатывающих отраслях. Был изучен анализ чувствительности увеличения мощности парогазовой электростанции (100–600 МВт) относительно экономических показателей [8]. Экономическая осуществимость и финансовый риск заводов по производству топлива из отходов (RDF) были вместо этого оценены на основе индекса чистой приведенной стоимости в диапазоне мощности 25–200 т / ч, сравнивая либо отдельные заводы по производству RDF, либо объекты, объединяющие также производство компоста. и / или производство электроэнергии [9].Подход чистой приведенной стоимости (NPV) был реализован для определения экономичных объемов производства для ненадежной производственной системы на бесконечном горизонте планирования [10]. Возможность использования биомассы для производства электроэнергии на установках сжигания и газификации была исследована и оценена [11]. Обсуждалось исследование экономической целесообразности строительства угольной электростанции мощностью 560 МВт в Турции с использованием теории реальных вариантов [12]. Параметрическое исследование, касающееся использования технологий комбинированного цикла для производства электроэнергии и анализа затрат и выгод, было выполнено с использованием алгоритма оптимизации независимых производителей электроэнергии, в котором стоимость единицы электроэнергии рассчитывалась независимыми производителями энергии на Кипре [13].Были представлены данные о производительности, стоимости и выбросах для угольных и газовых электростанций, основанные на информации, полученной в результате исследований, недавно проведенных в рамках программы НИОКР МЭА по парниковым газам крупными инженерными подрядчиками и лицензиарами процессов [14]. Представлена ​​новая методология проектирования электростанций, сочетающая в себе преимущества термодинамики, экономики и математической оптимизации [15]. Чтобы учесть стоимость требуемых инвестиций, общие капитальные затраты должны быть рассчитаны на ежегодной основе.Годовая стоимость состоит из процентов, накопленных на инвестиции, амортизации, технического обслуживания, страхования и налогов. Срок службы оборудования со временем снижается, и с этим связана его амортизационная стоимость, которая теряет ценность [16].

В данной работе представлен тепловой и экономический анализ тепловой электростанции с использованием термодинамического анализа и экономический анализ на основе подхода чистой приведенной стоимости. Прогнозируемые результаты согласуются с эксплуатационными данными завода.

2. Угольная электростанция

Принципиальная схема энергоблока мощностью 210 МВт угольной электростанции показана на Рисунке 1.На электростанциях осуществляется несколько физических, химических и механических процессов для преобразования энергии, хранящейся в ископаемом топливе, в электрическую. Это преобразование энергии разделено на несколько этапов. Тепловая электростанция (рис. 5) использует уголь в качестве сырья для преобразования его в механическую энергию за счет расширения пара под высоким давлением в подходящем первичном двигателе, называемом паровой турбиной. Генератор вместе с турбиной вырабатывает электрическую энергию. Уголь, полученный с угольных шахт в железнодорожных вагонах, механически разгружается вагоноопрокидывающим устройством и транспортируется ленточным конвейером в бункеры сырого угля котла.Дробленый уголь, когда он не требуется для бункеров сырого угля, подается в зону хранения угля через ленточный конвейер и телескопический желоб. Количество угля из угольных бункеров в угольную мельницу регулируется с помощью цепного питателя сырого угля, в котором уголь измельчается в мелкий порошок. Затем пылевидный уголь всасывается паровентилятором и, наконец, хранится в бункерах для пылевидного угля. Затем пылевидный уголь подается в топку котла, которая состоит из стенок водяных труб, по которым циркулирует вода.Эта химически очищенная вода, протекающая через стенки топки котла, испаряется при высокой температуре в пар, получая тепло топки. Этот пар дополнительно нагревается в пароперегревателе (SH). Перегретый пар, производимый в пароперегревателе, поступает в Турбину высокого давления (ТДВ). После расширения в HPT холодный пар вторичного нагрева разделяется на два потока, один направляется на повторный нагрев в подогреватель (RH), а другой направляется в подогреватель питательной воды высокого давления (HP-1). Затем пар проходит через турбину среднего давления (IPT) и турбину низкого давления (LPT) соответственно.Поступающий поток пара к IPT из HPT после RH делится на три потока. Один направляется в нагреватель питательной воды среднего давления (HP-2), а два других — в деаэратор (DR) и LPT соответственно. Точно так же поступающий поток пара к LPT из IPT делится на четыре потока, и из этих четырех потоков три потока направляются в нагреватель питательной воды низкого давления (LP-1, LP-2 и LP-3), а один поток направляется. в сторону конденсатора соответственно. Пар после выполнения полезной работы в турбине конденсируется в конденсаторе.Конденсат направляется насосами для отвода конденсата (CEP) в охладитель пара сальника (GSC), дренажный охладитель (DC), а остаток направляется в нагреватели питательной воды низкого давления. Так как отводимый пар при конденсации переохлаждается, используется дренажный охладитель (DC). От выхода последнего подогревателя питательной воды низкого давления (LP-1) конденсат поступает в кожух деаэратора. Питательный насос котла (BFP) подает это количество конденсата из деаэратора (DR) в нагреватели питательной воды низкого давления и нагреватели питательной воды высокого давления соответственно.Насос питания котла (BFP) — многоступенчатый насос, предназначенный для перекачки питательной воды (FW) в экономайзер. Предусмотрено три насоса по 50% от общей мощности, из которых два насоса работают параллельно, а третий будет резервным. После ТН-1 конденсат проходит через экономайзер (ЭКО) и попадает в корпус котла. Таким образом, цикл завершен.

3. Термодинамическое моделирование

Для математического моделирования каждого компонента использовались уравнения баланса энергии и массы.Эмпирические зависимости также были получены на основе термодинамических соотношений.

3.1. Нагреватель питательной воды высокого давления (HP-1)

Нагреватель питательной воды высокого давления принимает перегретый пар, отводимый из турбины в состоянии 1, пар сначала охлаждается, затем конденсируется и, наконец, переохлажден, тогда как питательная вода нагревается, как показано на рисунке 2. Принципиальная схема подогревателя питательной воды высокого давления «ТН-1» (для) представлена ​​на рисунке 3.

Баланс масс:

Энергетический баланс:

.