Site Loader

Содержание

Электрический ток и его мощность

Электрическая энергия является наиболее распространенным видом энергии и по праву может считаться основой современной цивилизации. Она нашла широкое применение в быту и во всех отраслях народного хозяйства. Трудно перечислить все наименования электробытовых приборов: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, телевизоры, магнитофоны, осветительные приборы и т.д. Нельзя представить промышленность без электрической энергии. В сельском хозяйстве применение электричества непрерывно расширяется: кормление и поение животных, уход за ними, отопление и вентиляция, инкубаторы, калориферы, сушилки и т.д.

Электрический ток и его мощность

Современная наука еще не может до конца объяснить природу электричества. Нам, впрочем, вполне достаточно представления о том, что электрический ток — это направленное движение электронов в проводнике. И что этот самый ток может совершать работу, например, вращать электродвигатель, нагревать электроплитку, давать свет. Эта работа является следствием того, что под действием электрического поля происходит перенос, перемещение электронов в проводнике, что тоже означает совершение некоторой работы.

Как вы помните, электрический ток характеризуется двумя основными параметрами: напряжением и силой тока.

Напряжение есть разность потенциалов между двумя полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи.

Сила тока — это количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды.

Легко заметить, что оба термина «напряжение» и «сила тока» не являются первичными, они определяются через другие понятия, в данном случае — «потенциал» и «количество электричества». Но мы снова не будем углубляться в физические теории, ограничившись приведенными определениями, приняв их за первичные. В конце концов, нам важно только научиться применять эти понятия на практике.

Вы, конечно, знаете еще со школы, напряжение принято обозначать буквой U и единицей измерения напряжения является вольт (В). Сила тока измеряется в амперах (А) и обозначается латинской буквой I.

Как уже было сказано в предыдущей статье, способность производить работу характеризуется величиной, которая называется энергией. А отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени называется мощностью. Поскольку ток тоже может совершать работу, понятие мощности применимо и в этом случае.

Мощность постоянного электрического тока обозначается буквой P и вычисляется по формуле P=U*I, то есть является произведением напряжения на силу тока. То есть чем больше напряжение и сила тока, тем больше совершается работы в единицу времени, то есть больше мощность электрического тока. Мы не будем заниматься выяснением того, почему это именно так, примем это утверждение на веру (оно обосновано в физике и вы можете при желании найти это обоснование).

Единицей электрической мощности является ватт (Вт).

Один ватт — это мощность, которую развивает электрический ток величиной в один ампер при напряжении в один вольт.

Более крупными единицами мощности являются:

  • 1 киловатт (кВт) = 1000 Вт.
  • 1 мега ватт (МВт) = 1000 кВт.

Более мелкие единицы:

  • 1 милливатт (мвт) = 10-3 Вт;
  • 1 микроватт (мквт) = 10-6 Вт.

Мощность будет нам встречаться при оценке солнечных батарей, ветро-генераторов и других устройств, способных производить электрический ток.

Электрическая цепь

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрические цепи подразделяют на линейные и нелинейные. Линейные цепи — это такие, которые состоят только из линейных элементов — проводников, сопротивлений, конденсаторов, катушек индуктивности без ферромагнитных сердечников. У линейных элементов электрическое сопротивление постоянно и ток находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению, что выражается известным законом Ома:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка цепи,

I=U/R.

Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Величину R принято называть электрическим сопротивлением. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А. Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры. То есть большинство реальных электрических цепей являются нелинейными.

Нелинейные цепи содержат элементы, электрическое сопротивление которых существенно зависит от тока или напряжения, в результате чего ток не находится в прямо пропорциональной зависимости по отношению к напряжению. Зависимость тока от напряжения в нелинейных цепях выражается так называемой вольт-амперной характеристикой, получаемой экспериментально и изображаемой некоторым графиком в системе координат «ток-напряжение».

Нелинейные элементы (усилители, генераторы и т.п.) придают электрическим цепям свойства, недостижимые в линейных цепях (стабилизация напряжения или тока, усиление постоянного тока и др.).

Мощность переменного тока

Закон Ома в той форме, как он был сформулирован ваше (I=U/R), справедлив только для цепей постоянного тока. Следовательно и формула мощности тока P=I*U, тоже действует только для цепей постоянного тока. На практике наибольшее значение имеет расчёт мощности в цепях переменного синусоидального напряжения и тока.

Мощность в цепи переменного тока выражается комплексным числом вида P+i*Q. При этом его действительная часть называется активной мощностью, мнимая часть реактивной мощностью.

Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока

Единицей измерения активной мощности является по прежнему ватт, а единицей измерения реактивной мощности — вольт-ампер реактивный (VAr, ВАр, вар).

Но практическое значение имеет полная мощность, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии.

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S=U*I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: S = sqrt [P

2 + Q2], где P — активная мощность, Q — реактивная мощность, sqrt — символ квадратного корня.

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А).

Электрическая мощность. Мощность электрического тока. « ЭлектроХобби

В этой теме хотелось бы раскрыть понятие электрической мощности в простой и понятной форме. И, пожалуй, прежде чем говорить об электрической мощности, сперва следует определиться с понятием мощности в общем смысле. Обычно, когда люди говорят о мощности, они подразумевают некую «силу», которой обладает тот или иной предмет (мощный электродвигатель) либо действие (мощный взрыв). Но как мы знаем из школьной физики, сила и мощность — это разные понятия, но зависимость у них есть.

Первоначально мощность (N), это характеристика, относящаяся к определённому событию (действию), а если оно привязано к некоторому предмету, то с ним также условно соотносят понятие мощности. Любое физическое действие подразумевает воздействие силы. Сила (F), с помощью которой был пройден определённый путь (S) будет равняться совершенной работе (А). Ну, а работа, проделанная за определённое время (t) и будет приравниваться к мощности.

Мощность — это физическая величина, которая равна отношению совершенной работы, что выполняется за некоторый промежуток времени, к этому же промежутку времени. Поскольку работа является мерой изменения энергии, то ещё можно сказать так: мощность — это скорость преобразования энергии системы.

Разобравшись с понятием механической мощности, перейдём к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как Вы должны знать  U — это работа, выполняемая при перемещении одного кулона, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность или мощность электрического тока.

Анализируя приведённую формулу, можно сделать очень простой вывод: поскольку электрическая мощность «P» в одинаковой степени зависит от тока «I» и от напряжения

«U», то, следовательно, одну и ту же электрическую мощность можно получить либо при большом токе и малом напряжении, или же, наоборот, при большом напряжении и малом токе (Это используется при передачи электроэнергии на удалённые расстояния от электростанций к местам потребления, путём трансформаторного преобразования на повышающих и понижающих электроподстанциях).

Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 вольта на 1 ампер. В быту и на производстве мощность удобней измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».

Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.

P.S. Говоря об электрической мощности электротехнических устройств мы должны помнить, что она в них ограничивается номинальными и максимальными значениями тока и напряжения, а эти ограничения уже зависят от материала, рабочих частот, технологии изготовления и прочих факторов.

Мощность в физике — обозначение, формулы и примеры

Определение мощности

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Мощность в физике — это количество работы, которая совершается за единицу времени.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике данная величина тоже связана со скоростью, а конкретно — с тем, как быстро передается ток по участку цепи. Исходя из этого, мы можем рассмотреть еще одно определение.

Мощность — это скалярная физическая величина, которая характеризует скорость передачи энергии от системы к системе или скорость преобразования, изменения, потребления энергии.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Вид деятельности

Мощность, Вт

Неспешная ходьба

60–65

Бег со скоростью 9 км/ч

750

Плавание со скоростью 50 м/мин

850

Игра в футбол

930

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

Единицы измерения

Вт

1 ватт

1

1 киловатт

103

1 мегаватт

106

1 эрг в секунду

10-7

1 метрическая лошадиная сила

735,5

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

Основная формула:

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — напряжение, U — сила тока.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: человек развивает мощность 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока пройдет через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Вопросы для самопроверки

  1. Что характеризует механическая мощность?

  2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

  3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

  4. Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

  5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

  6. Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

  7. Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

  8. Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

  9. Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

  10. Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

Понятие мощности электрического тока — Блог о строительстве

Вопрос о том, что такое мощность электрическоготока, не самый простой.

Если быть уж абсолютно точным, он очень непростой. Но это одно из основных понятий как физики, так и других научных дисциплин, связанных с электричеством. В повседневной жизни нам также часто приходится пользоваться этим понятием.

Не вдаваясь в подробное выяснение, что такое электрический токи какова его природа, для понимания связанных с ним процессов воспользуемся аналогией с ручьем.

Вода протекает от более высоко расположенного участка вниз. Для электрического тока ситуация примерно такая же, он протекает от точки с высоким потенциалом к точке с низким потенциалом. Величина разности потенциалов называется напряжением, обозначается буквой U и измеряется в единицах, именуемых вольт.

Вернемся опять к ручью. При протекании воды с высоты в низину происходит перенос определённого ее количества с одного места на другое.

При протекании тока происходит примерно то же самое: определённое количество электричества переносится с одного места на другое. Для измерения этого процесса существует термин сила тока, определяется он как количество электричества, прошедшее в единицу времени через сечение проводника.По аналогии с ручьем это означает, какое количество воды прошло через выбранный участок за единицу времени. Обозначается сила тока символом I, для ее измерения существует специальная единица – ампер.

Вот эти два понятия – электрическое напряжениеи сила тока – выступают как основные характеристики электрического тока.

Вода, протекая сверху вниз, несёт с собой определённую энергию.

Попадая, например, на лопатки турбины, она будет вызывать вращение последней и совершать определенную работу. Точно так же электрический ток может совершать работу. Эта работа, выполняемая за одну секунду, и есть мощность электрического тока.Принято ее обозначать буквой P, и измеряется она в ваттах.

Работа, выполняемая водой при падении, определяется ее количеством, попадающим на лопатки турбины, и высотой, с которой она падает. Чем больше воды и чем больше высота, с которой она падает, тем большая выполняется работа.

Точно так же, чем больше напряжение (разность высот для воды) и сила тока (т. е. количество воды), тем больше выполняемая работа и, значит, мощность электрического тока.

Если попытаться формализовать это понятие, то все можно выразить простой формулой:

P=I*U,

где: P – мощность электрического тока, в ваттах;

I – сила тока, в амперах;

U – напряжение, в вольтах.

Вот это и есть основная формула, по которой можно определить мощность электрического тока.

Однако электрический ток протекает не где-то в абстрактных условиях, а в реальных цепях, у которых есть свои характеристики. В частности, у проводника есть сопротивление, а напряжение U и сила тока I связаны между собой в цепи, где протекает постоянный ток через сопротивление по закону Ома. Так что мощность в цепи постоянного токапри необходимости можно выразить через сопротивление, или учесть характеристики цепи в выражении для мощности через ток и напряжение, связанные законом Ома.

Вследствие того, что цепь обладает сопротивлением, не вся энергия используется на выполнение полезной работы. Часть ее теряется при прохождении по цепи. Поэтому поступающая энергия, т.

е. мощность источника энергии должна быть больше той мощности, которая необходима для выполнения определённой работы. Должен выполняться так называемый энергетический баланс – мощность, отдаваемая источником, должна быть равна мощности потребляемойнагрузки и мощности, теряемой в проводнике электрического тока.

Примерно так можно получить общее представление о том, что такое мощность электрического тока, как она определяется, от чего зависит.

Мощность электрического тока — это количество работы, которая выполняется за определенный период.

Так как работа представляет параметр изменения энергии, то мощность можно назвать характеристикой скорости передачи либо преобразования электроэнергии. С мощностью электротока человеку приходится сталкиваться и в быту и на производстве, где применяются электрические приборы. Каждый из них потребляет электроток, поэтому при их использовании всегда необходимо учитывать возможности этих приборов, в том числе заложенные в них технические характеристики.

Мощность электрического прибора имеет важнейшее значение, ведь данный показатель используется не только для расчета электрической проводки, автоматов и предохранителей, но и для решения других задач.

Чем мощность электрического прибора будет больше, тем за более короткое время он сможет осуществить необходимую работу. Если сравнить между собой электрическую плитку, тепловую электропушкуили электрокамин, то у них у всех разные показатели мощности. То есть они будут обогревать площадь помещения за совершенно разное время.

Виды

Мощность электрического тока также может быть вычислена по формуле:

P=A/t, которая характеризует интенсивность передачи электроэнергии, то есть работа, совершаемая током по перемещению зарядов за определенный период времени.

Здесь A– это работа, t— время, за которое работа была выполнена.

Мощность может быть двух видов: реактивной и активной.

При активной мощности осуществляется преобразование мощности электротока в энергию движения, тепла, света и иные виды. Данный перевод тока в указанные виды невозможно выполнить обратно.

Активная мощность измеряется в ваттах. Один ватт равняется один Вольт умноженный на один ампер. Для бытового и производственного применения задействуются показатели на порядок больших значений: это мегаватты в киловатты.

Реактивная мощность электрического тока представляет электронагрузку, создаваемую в приборах посредством емкостной и (или) индуктивной нагрузкой.

В случае переменного тока, указанный параметр характеризуется формулой:

Q=UIsinφ

Здесь синус φвыражается сдвигом фаз, который образуется между снижением напряжения и действующим электротоком. Значение угла может находиться в пределах от 0 до 90 градусов или от 0 до -90 градусов.

Параметр Qхарактеризует реактивную мощность, ее можно измерить в вольт-амперах. При помощи указанной формулы можно быстро определить мощность электротока.

Реактивные и активные показатели мощности можно продемонстрировать на обычном примере: Прибор может одновременно иметь нагревающие элементы: электрический двигательи ТЭН.

На изготовление ТЭНов применяется материал, который обладает большим сопротивлением, вследствие чего при прохождении по нему тока, электроэнергия становится тепловой. В данном случае довольно-таки точно характеризуется активная мощность электротока. Если брать за основу электродвигатель то внутри него располагается обмотка из меди, которая обладает индуктивностью, что, как правило, также вызывает эффект самоиндукции.

Эффект самоиндукции обеспечивает некоторое возвращение электроэнергии непосредственно в электросеть. Данную энергию можно охарактеризовать определенным смещением в показателях по электротоку и напряжению, что приводит к нежелательным последствиям на сеть в качестве определенных перегрузок. Подобными показателями выделяются и конденсаторы вследствие собственной емкости в момент, когда весь собранный заряд направляется обратно.

В данном случае происходит смещение тока и напряжения, но в обратном перемещении.

Энергия индуктивности и емкости, которые смещаются по фазе относительно параметров электрической сети и называется реактивной электромощностью. Именно обратный эффект к сдвигу фазы позволяет осуществить компенсирование мощности реактивного параметра. В результате повышается качество и эффективность электрического снабжения.

Полная мощность электрического тока характеризуется величиной, которая соответствует произведению тока и напряжения и связана с активной и реактивной мощностью следующим уравнением:

S=˅P2+Q2

Где S– полная мощность, вычисляемая корнем из произведений квадратов активной и реактивной мощностей.

Для простоты восприятия активная мощность есть там, где присутствует активная нагрузка, к примеру, спиральные нагреватели, сопротивление проводов и тому подобное. Реактивная мощность наблюдается там, где имеется реактивная нагрузка, то есть элементы индуктивности и емкости, к примеру, конденсаторы.

Принцип действия

Когда заряд движется по проводнику, то электромагнитное полевыполняет над ним работу. Данная величина характеризуется напряжением.

Заряды направляются в сторону снижения потенциалов, однако для поддержания указанного процесса необходим некоторый источник энергии. Напряжение по своему показателю соответствует работе поля, которое необходимо для перемещения единичного заряда Кулона на рассматриваемом участке. При перемещении заряда возникают явления, при которых электроэнергия может приходить в другие виды энергии.

Для доставки электроэнергии от электростанции до конечного потребителя необходимо выполнить определенную работу. Для создания требуемого напряжения, то есть возможности выполнения работы электротока по перемещению заряда, применяется трансформатор. Данное устройство производит увеличение показателя напряжения.

Полученный ток под высоким напряжением, иногда достилающим 10 тысяч Вольт, движется по высоковольтным проводам. При достижении места назначения, он попадает на трансформатор, который уменьшает напряжение до промышленных или бытовых показателей. Далее ток направляется на производства, в квартиры и дома.

Применение

Одним из основных элементов электроцепи является приемник электроэнергии. Именно электрические приемники служат для преобразования электроэнергии в другие виды энергии:

Указанные преобразования возможны лишь в том случае, если ток проходит через сопротивление необходимого уровня.

То есть при перемещении зарядов по проводнику наблюдается потеря энергии, что как раз и вызвано наличием сопротивления. Если рассматривать это дело на атомарном уровне, то электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки. Это приводит к возбуждению и теп­ловому движению, вследствие чего происходит потеря энергии.

Особенности

Мощность электрического тока влияет на то, как быстро прибор сможет выполнить работу, то есть за определенное время.

К примеру, дорогой обогреватель, имеющий в 2 раза большую мощность, обогреет помещение быстрее, чем два дешевых, с меньшей в 2 раза мощностью. Получается, что выгоднее купить агрегат, имеющий большую мощность, чтобы быстрее обогреть холодное помещение. Но, в то же время, такой агрегат будет тратить существенно больше энергии, чем его более дешевый аналог.

Потребляемая мощность всех приборов в доме учитывается и при подборе проводки для прокладки в доме.

Если не учитывать этого и в последующем включить в сеть слишком много приборов, то это вызовет перегрузку сети. Проводка не сможет выдержать мощность электрического тока всех приборов, что приведет к плавлению изоляции, замыканию и самовоспламенению проводки. В результате может начаться пожар, который может привести к непоправимым последствиям.

Поэтому так важно знать мощности электрических приборов, чтобы правильно подобрать сечение и материал проводов или не допускать одновременного включения в сеть приборов, имеющих большую мощность.

В качества примера можно привести следующие показатели:

    Сетевой роутер требует 10-20 Вт.Бытовой сварочный аппарат имеет мощность 1500-5500 Вт.Стиральная машина потребляет мощность 350-2000 Вт.Электрическая плитка имеет мощность 1000-2000 Вт.Холодильник бытовой потребляет мощность 15-700 Вт.Монитор жидкокристаллический имеет мощность 2-40 Вт.Монитор с электролучевой трубкой потребляет 15-200 Вт.Системный блок ПК потребляет 100-1200 Вт.Электрический пылесос имеет мощность 100-3000 Вт.Лампа накаливания бытовая – 25-200 Вт.Электрический утюг – 300-2000 Вт.

Интересные особенности

Мощность электрического тока раньше благодаря Джеймсу Уатту измерялась в лошадиных силах.

Однако в конце девятнадцатого века было решено присвоить мощности название Ватт, чтобы увековечить имя известного ученого и изобретателя. На тот период это случилось впервые, когда единице измерения присвоили имя ученого. Именно с этого времени пошла традиция присвоения имен ученых единицам измерения.

Мощность молнии составляет порядка один ТераВатт, при этом происходит ее преобразование в световую и тепловую энергию.

Температура внутри молнии при этом составляет 25 тысяч градусов. Молния способна ударять в одно и то же место. А согласно статистике молния попадает в мужчин примерно в 5 раз больше, чем в представителей женского пола.

Похожие темы:

Обычно электрический токсравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

Мощность электрического токаэто количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт(Вт).

Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

P = I*U. (1)

Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

U=IR

и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

Тогда формула (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

или

Р = I2*R. (2)

Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

P= I2*R = (0,5)2*5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I*U=U2/R (3)

Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт

Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Содержание:

Прежде чем рассматривать электрическую мощность, следует определиться, что же представляет собой мощность вообще, как физическое понятие.

Обычно, говоря об этой величине, подразумевается определенная внутренняя энергия или сила, которой обладает какой-либо объект. Это может быть мощность устройства, например, двигателя или действия (взрыв). Ее не следует путать с силой, поскольку это различные понятия, хотя и находящиеся в определенной зависимости между собой.

Любые физические действия совершаются под влиянием силы. С ее помощью проделывается определенный путь, то есть выполняется работа. В свою очередь, работа А, проделанная в течение определенного времени t, составит значение мощности, выраженное формулой: N = A/t (Вт = Дж/с).

Другое понятие мощности связано со скоростью преобразования энергии той или иной системы. Одним из таких преобразований является мощность электрического тока, с помощью которой также выполняется множество различных работ. В первую очередь она связана с электродвигателями и другими устройствами, выполняющими полезные действия.

 

Что такое мощность электрического тока

Мощность тока связана сразу с несколькими физическими величинами. Напряжение (U) представляет собой работу, затрачиваемую на перемещение 1 кулона.

Сила тока (I) соответствует количеству кулонов, проходящих за 1 секунду. Таким образом, ток, умноженный на напряжение (I x U), соответствует полной работе, выполненной за 1 секунду. Полученное значение и будет мощностью электрического тока.

Приведенная формула мощности тока показывает, что мощность находится в одинаковой зависимости от силы тока и напряжения.Отсюда следует, что одно и то же значение этого параметра можно получить за счет большого тока и малого напряжения и, наоборот, при высоком напряжении и малом токе. Это свойство позволяет передавать электроэнергию на дальние расстояния от источника к потребителям. В процессе передачи ток преобразуется с помощью трансформаторов, установленных на повышающих и понижающих подстанциях.Существует два основных вида электрической мощности – активная и реактивная.

В первом случае происходит безвозвратное превращение мощности электрического тока в механическую, световую, тепловую и другие виды энергии.Для нее применяется единица измерения – ватт. 1Вт = 1В х 1А. На производстве и в быту используются более крупные значения – киловатты и мегаватты.К реактивной мощности относится такая электрическая нагрузка, которая создается в устройствах за счет индуктивных и емкостных колебаний энергии электромагнитного поля.

В переменном токе эта величина представляет собой произведение, выраженное следующей формулой: Q = U х I х sin(угла).Синус угла означает сдвиг фаз между рабочим током и падением напряжения. Q является реактивной мощностью, измеряемой в Вар – вольт-ампер реактивный. Данные расчеты помогают эффективно решить вопрос, как найти мощность электрического тока, а формула, существующая для этого, позволяет быстро выполнить вычисления.

Обе мощности можно наглядно рассмотреть на простом примере.Какое-либо электротехническое устройство оборудовано нагревательными элементами – ТЭНами и электродвигателем.

Для изготовления ТЭНов используется материал, обладающий высоким сопротивлением, поэтому при прохождении по нему тока, вся электрическая энергия преобразуется в тепловую. Данный пример очень точно характеризует активную электрическую мощность.Что касается электродвигателя, то внутри него расположена медная обмотка, обладающая индуктивностью, которая, в свою очередь, обладает эффектом самоиндукции. Благодаря этому эффекту, происходит частичный возврат электричества обратно в сеть.

Возвращаемая энергия характеризуется небольшим смещением в параметрах напряжения и тока, оказывая негативное влияние на электрическую сеть в виде дополнительных перегрузок.Такие же свойства имеют и конденсаторы из-за своей электрической емкости, когда накопленный заряд отдается обратно.Здесь также смещаются значения тока и напряжения, только в противоположном направлении. Данная энергия индуктивности и емкости, со смещением по фазе относительно значений действующей электросети, как раз и есть реактивная электрическая мощность. Благодаря противоположному эффекту индуктивности и емкости в отношении сдвига фазы, становится возможным выполнить компенсацию реактивной мощности, повышая, тем самым, эффективность и качество электроснабжения.

По какой формуле вычисляется мощность электрического тока

Правильное и точное решение вопроса чему равна мощность электрического тока, играет решающую роль в деле обеспечения безопасной эксплуатации электропроводки, предупреждения возгораний из-за неправильно выбранного сечения проводов и кабелей. Мощность тока в активной цепи зависит от силы тока и напряжения. Для измерения силы тока существует прибор – амперметр.

Однако не всегда возможно воспользоваться этим прибором, особенно когда проект здания еще только составляется, а электрической цепи просто не существует. Для таких случаев предусмотрена специальная методика проведения расчетов. Силу тока можно определить по формуле при наличии значений мощности, напряжения сети и характера нагрузки.

Существует формула мощности тока, применительно к постоянным значениям силы тока и напряжения: P = U x I.При наличии сдвига фаз между силой тока и напряжением, для расчетов используется уже другая формула: P = U x I х cos φ. Кроме того, мощность можно определить заранее путем суммирования мощности всех приборов, которые запланированы к вводу в эксплуатацию и подключению к сети.

Эти данные имеются в технических паспортах и руководствах по эксплуатации устройств и оборудования.Таким образом, формула определения мощности электрического тока позволяет вычислить силу тока для однофазной сети: I = P/(U x cos φ), где cos φ представляет собой коэффициент мощности.При наличии трехфазной электрической сети сила тока вычисляется по такой же формуле, только к ней добавляется фазный коэффициент 1,73: I = P/(1,73 х U x cos φ). Коэффициент мощности полностью зависит от характера планируемой нагрузки. Если предполагается использовать лишь лампы освещения или нагревательные приборы, то он будет составлять единицу.

При наличии реактивных составляющих в активных нагрузках, коэффициент мощности уже считается как 0,95.Данный фактор обязательно учитывается в зависимости от того, какой тип электропроводки используется. Если приборы и оборудование обладают достаточно высокой мощностью, то коэффициент составит 0,8.

Это касается сварочных аппаратов, электродвигателей и других аналогичных устройств.Для расчетов при наличии однофазного тока значение напряжения принимается 220 вольт. Если присутствует трехфазный ток, расчетное напряжение составит 380 вольт. Однако с целью получения максимально точных результатов, необходимо использовать в расчетах фактическое значение напряжения, измеренное специальными приборами.

От чего зависит мощность тока

Мощность тока, различных приборов и оборудования зависит сразу от двух основных величин – силы токаи напряжения. Чем выше ток, тем больше значение мощности, соответственно, при повышении напряжения, мощность также возрастает. Если напряжение и сила тока увеличиваются одновременно, то мощность электрического тока будет возрастать как произведение той и другой величины: N = I x U.

Очень часто возникает вопрос, в чем измеряется мощность тока?Основной единицей измерения этой величины является 1 ватт(Вт). Таким образом, 1 ватт является мощностью устройства, потребляющего ток силой в 1 ампер, при напряжении 1 вольт. Подобной мощностью обладает, например, лампочка от обычного карманного фонарика.Расчетное значение мощности позволяет точно определить расход электрической энергии.

Для этого необходимо взять произведение мощности и времени.Сама формула выглядит так: W = IUt где W является расходом электроэнергии, произведение IU – мощностью, а t – количеством отработанного времени. Например, чем больше продолжается работа электрического двигателя, тем большая работа им совершается. Соответственно возрастает и потребление электроэнергии.

Источники:

  • fb.ru
  • electrosam.ru
  • www.sxemotehnika.ru
  • electric-220.ru

Мощность и ее единицы измерения. Определение единицы измерения мощности тока

С понятием мощность (М) связана продуктивность работы того или иного механизма, машины или двигателя. М можно определить как объём работы, выполненный в единицу времени. То есть М равна отношению работы к затраченному времени на её выполнение. В общепринятой международной системе единиц (СИ) единой единицей измерения М является ватт. Наряду с этим до сих пор альтернативным показателем М остаётся по-прежнему лошадиная сила (л.с.). Во многих странах мира принято измерять М двигателей внутреннего сгорания в л.с., а М электродвигателей – в ваттах.

Разновидности ЕИМ

По мере развития научно-технического прогресса появлялось большое количество разнообразных единиц измерения мощности (ЕИМ). Среди них на сегодня востребованы такие, как Вт, кгсм/с, эрг/с и л.с. Чтобы не вносить путаницу при переходе из одной системы измерения в другую, была составлена следующая таблица ЕИМ, в чём измеряется реальная мощность.

Таблицы соотношений между ЕИМ

ЕИМ Вт кгсм/с эрг/с л.9 1

Измерение М в механике

Все тела в реальном мире приводятся в движение приложенной к ним силой. Воздействие на тело одного или нескольких векторов называют механической работой (Р). Например, сила тяги автомобиля приводит его в движение. Этим самым совершается механическая Р.

С научной точки зрения Р является физическая величина «А», определяемая произведением величины силы «F», расстояния перемещения тела «S» и косинуса угла между векторами этих двух величин.

Формула работы выглядит так:

A = F х S х cos (F, S).

М «N» в данном случае будет определяться отношением величины работы к периоду времени «t», в течение которого силы воздействовали на тело. Следовательно, формула, определяющая М, будет такой:

Механическая М двигателя

Физическая величина М в механике характеризует возможности различных двигателей. В автомобилях М двигателя определяется объёмом камер сгорания жидкого топлива. М мотора – это работа (количество вырабатываемой энергии) в единицу времени. Двигатель во время своего функционирования преобразует один вид энергии в другой потенциал. В данном случае мотор переводит тепловую энергию от сгорания топлива в кинетическую энергию крутящего движения.

Важно знать! Основным показателем М двигателя является максимальный крутящий момент.

Именно крутящий момент создаёт силу тяги мотора. Чем выше этот показатель, тем больше М агрегата.

В нашей стране М силовых агрегатов рассчитывают в лошадиных силах. Во всём мире происходит тенденция расчёта М в Вт. Сейчас уже силовую характеристику указывают в документации сразу в двух измерениях в л.с. и киловаттах. В какой единице измерять М, определяет сам производитель силовых электрических и механических установок.

М электричества

Электрическая М характеризуется скоростью преобразования электрической энергии в механическую, тепловую или световую энергию. Согласно Международной системе СИ, ватт – эта ЕИМ, в чём измеряется полная мощность электричества.

Все мы ежедневно сталкиваемся с электроприборами, кажется, без них наша жизнь останавливается. И у каждого из них в технической инструкции указана мощность. Сегодня мы разберемся что же это такое, узнаем виды и способы расчета.

Электроприборы, подключаемые к электросети работают в цепи переменного тока, поэтому мы будем рассматривать мощность именно в этих условиях. Однако, сначала, дадим общее определение понятию.

Мощность — физическая величина, отражающая скорость преобразования или передачи электрической энергии.

В более узком смысле, говорят, что электрическая мощность – это отношение работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

Если перефразировать данное определение менее научно, то получается, что мощность – это некое количество энергии, которое расходуется потребителем за определенный промежуток времени. Самый простой пример – это обычная лампа накаливания. Скорость, с которой лампочка превращает потребляемую электроэнергию в тепло и свет, и будет ее мощностью. Соответственно, чем выше изначально этот показатель у лампочки, тем больше она будет потреблять энергии, и тем больше отдаст света.

Поскольку в данном случае происходит не только процесс преобразования электроэнергии в некоторую другую (световую, тепловую и т.д. ), но и процесс колебания электрического и магнитного поля, появляется сдвиг фазы между силой тока и напряжением, и это следует учитывать при дальнейших расчетах.

При расчете мощности в цепи переменного тока принято выделять активную, реактивную и полную составляющие.

Понятие активной мощности

Активная “полезная” мощность — это та часть мощности, которая характеризует непосредственно процесс преобразования электрической энергии в некую другую энергию. Обозначается латинской буквой P и измеряется в (Вт ).

Рассчитывается по формуле: P = U⋅I⋅cosφ,

где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, cos φ – косинус угла сдвига фазы между напряжением и током.

ВАЖНО! Описанная ранее формула подходит для расчета цепей с , однако, мощные агрегаты обычно используют сеть с напряжением 380В. В таком случае выражение следует умножить на корень из трех или 1.73

Понятие реактивной мощности

Реактивная “вредная” мощность — это мощность, которая образуется в процессе работы электроприборов с индуктивной или емкостной нагрузкой, и отражает происходящие электромагнитные колебания. Проще говоря, это энергия, которая переходит от источника питания к потребителю, а потом возвращается обратно в сеть.

Использовать в дело данную составляющую естественно нельзя, мало того, она во многом вредит сети питания, потому обычно его пытаются компенсировать.

Обозначается эта величина латинской буквой Q.

ЗАПОМНИТЕ! Реактивная мощность измеряется не в привычных ваттах (Вт ), а в вольт-амперах реактивных (Вар ).

Рассчитывается по формуле:

Q = U⋅I⋅sinφ ,

где U и I – среднеквадратичное значение напряжения и силы тока цепи соответственно, sinφ – синус угла сдвига фазы между напряжением и током.

ВАЖНО! При расчете данная величина может быть как положительной, так и отрицательной – в зависимости от движения фазы.

Емкостные и индуктивные нагрузки

Главным отличием реактивной (емкостной и индуктивной ) нагрузки – наличие, собственно, емкости и индуктивности, которые имеют свойство запасать энергию и позже отдавать ее в сеть.

Индуктивная нагрузка преобразует энергию электрического тока сначала в магнитное поле (в течение половины полупериода ), а далее преобразует энергию магнитного поля в электрический ток и передает в сеть. Примером могут служить асинхронные двигатели, выпрямители, трансформаторы, электромагниты.

ВАЖНО! При работе индуктивной нагрузки кривая тока всегда отстает от кривой напряжения на половину полупериода.

Емкостная нагрузка преобразует энергию электрического тока в электрическое поле, а затем преобразует энергию полученного поля обратно в электрический ток. Оба процесса опять же протекают в течение половины полупериода каждый. Примерами являются конденсаторы, батареи, синхронные двигатели.

ВАЖНО! Во время работы емкостной нагрузки кривая тока опережает кривую напряжения на половину полупериода.

Коэффициент мощности cosφ

Коэффициент мощности cosφ (читается косинус фи )– это скалярная физическая величина, отражающая эффективность потребления электрической энергии. Проще говоря, коэффициент cosφ показывает наличие реактивной части и величину получаемой активной части относительно всей мощности.

Коэффициент cosφ находится через отношение активной электрической мощности к полной электрической мощности.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! При более точном расчете следует учитывать нелинейные искажения синусоиды, однако, в обычных расчетах ими пренебрегают.

Значение данного коэффициента может изменяться от 0 до 1 (если расчет ведется в процентах, то от 0% до 100% ). Из расчетной формулы не сложно понять, что, чем больше его значение, тем больше активная составляющая, а значит лучше показатели прибора.

Понятие полной мощности. Треугольник мощностей

Полная мощность – это геометрически вычисляемая величина, равная корню из суммы квадратов активной и реактивной мощностей соответственно. Обозначается латинской буквой S.

S = U⋅I

ВАЖНО! Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА ).

Треугольник мощностей – это удобное представление всех ранее описанных вычислений и соотношений между активной, реактивной и полной мощностей.

Катеты отражают реактивную и активную составляющие, гипотенуза – полную мощность. Согласно законам геометрии, косинус угла φ равен отношению активной и полной составляющих, то есть он является коэффициентом мощности.


Как найти активную, реактивную и полную мощности. Пример расчета

Все расчеты строятся на указанных ранее формулах и треугольнике мощностей. Давайте рассмотрим задачу, наиболее часто встречающуюся на практике.

Обычно на электроприборах указана активная мощность и значение коэффициента cosφ. Имея эти данные несложно рассчитать реактивную и полную составляющие.

Для этого разделим активную мощность на коэффициент cosφ и получим произведение тока и напряжения. Это и будет полной мощностью.

Как измеряют cosφ на практике

Значение коэффициента cosφ обычно указано на бирках электроприборов, однако, если необходимо измерить его на практике пользуются специализированным прибором – фазометром . Также с этой задачей легко справится цифровой ваттметр.

Если полученный коэффициент cosφ достаточно низок, то его можно компенсировать практически. Осуществляется это в основном путем включения в цепь дополнительных приборов.

  1. Если необходимо скорректировать реактивную составляющую, то следует включить в цепь реактивный элемент, действующий противоположно уже функционирующему прибору. Для компенсации работы асинхронного двигателя, для примера индуктивной нагрузки, в параллель включается конденсатор. Для компенсации синхронного двигателя подключается электромагнит.
  2. Если необходимо скорректировать проблемы нелинейности в схему вводят пассивный корректор коэффициента cosφ, к примеру, это может быть дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой.

Мощность – это один из важнейших показателей электроприборов, поэтому знать какой она бывает и как рассчитывается, полезно не только школьникам и людям, специализирующимся в области техники, но и каждому из нас.

Из письма клиента:
Подскажите, ради Бога, почему мощность ИБП указывается в Вольт-Амперах, а не в привычных для всех киловаттах. Это сильно напрягает. Ведь все уже давно привыкли к киловаттам. Да и мощность всех приборов в основном указана в кВт.
Алексей. 21 июнь 2007

В технических характеристиках любого ИБП указаны полная мощность [кВА] и активная мощность [кВт] – они характеризуют нагрузочную способность ИБП. Пример, см. фотографии ниже:

Мощность не всех приборов указана в Вт, например:

  • Мощность трансформаторов указывается в ВА:
    http://www.mstator.ru/products/sonstige/powertransf (трансформаторы ТП: см приложение)
    http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ: см приложение)
  • Мощность конденсаторов указывается в Варах:
    http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39: см приложение)
    http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК: см приложение)
  • Примеры других нагрузок — см. приложения ниже.

Мощностные характеристики нагрузки можно точно задать одним единственным параметром (активная мощность в Вт) только для случая постоянного тока, так как в цепи постоянного тока существует единственный тип сопротивления – активное сопротивление.

Мощностные характеристики нагрузки для случая переменного тока невозможно точно задать одним единственным параметром, так как в цепи переменного тока существует два разных типа сопротивления – активное и реактивное. Поэтому только два параметра: активная мощность и реактивная мощность точно характеризуют нагрузку.

Принцип действия активного и реактивного сопротивлений совершенно различный. Активное сопротивление – необратимо преобразует электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, световую и т.д.) – примеры: лампа накаливания, электронагреватель (параграф 39, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Реактивное сопротивление – попеременно накапливает энергию затем выдаёт её обратно в сеть – примеры: конденсатор, катушка индуктивности (параграф 40,41, Физика 11 класс В.А. Касьянов М.: Дрофа, 2007).

Дальше в любом учебнике по электротехнике Вы можете прочитать, что активная мощность (рассеиваемая на активном сопротивлении) измеряется в ваттах, а реактивная мощность (циркулирующая через реактивное сопротивление) измеряется в варах; так же для характеристики мощности нагрузки используют ещё два параметра: полную мощность и коэффициент мощности. Все эти 4 параметра:

  1. Активная мощность: обозначение P , единица измерения: Ватт
  2. Реактивная мощность: обозначение Q , единица измерения: ВАр (Вольт Ампер реактивный)
  3. Полная мощность: обозначение S , единица измерения: ВА (Вольт Ампер)
  4. Коэффициент мощности: обозначение k или cosФ , единица измерения: безразмерная величина

Эти параметры связаны соотношениями: S*S=P*P+Q*Q, cosФ=k=P/S

Также cosФ называется коэффициентом мощности (Power Factor PF )

Поэтому в электротехнике для характеристики мощности задаются любые два из этих параметров так как остальные могут быть найдены из этих двух.

Например, электромоторы, лампы (разрядные) — в тех. данных указаны P[кВт] и cosФ:
http://www.mez.by/dvigatel/air_table2.shtml (двигатели АИР: см. приложение)
http://www.mscom.ru/katalog.php?num=38 (лампы ДРЛ: см. приложение)
(примеры технических данных разных нагрузок см. приложение ниже)

То же самое и с источниками питания. Их мощность (нагрузочная способность) характеризуется одним параметром для источников питания постоянного тока – активная мощность (Вт), и двумя параметрами для ист. питания переменного тока. Обычно этими двумя параметрами являются полная мощность (ВА) и активная (Вт). См. например параметры ДГУ и ИБП.

Большинство офисной и бытовой техники, активные (реактивное сопротивление отсутствует или мало), поэтому их мощность указывается в Ваттах. В этом случае при расчёте нагрузки используется значение мощности ИБП в Ваттах. Если нагрузкой являются компьютеры с блоками питания (БП) без коррекции входного коэффициента мощности (APFC), лазерный принтер, холодильник, кондиционер, электромотор (например погружной насос или мотор в составе станка), люминисцентные балластные лампы и др. – при расчёте используются все вых. данные ибп: кВА, кВт, перегрузочные характеристики и др.

См. учебники по электротехнике, например:

1. Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

2. Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

3. Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

Так же см. AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance http://en.wikipedia.org
(перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Приложение

Пример 1: мощность трансформаторов и автотрансформаторов указывается в ВА (Вольт·Амперах)

http://metz.by/download_files/catalog/transform/tsgl__tszgl__tszglf.pdf (трансформаторы ТСГЛ)


АОСН-2-220-82
Латр 1.25 АОСН-4-220-82
Латр 2.5 АОСН-8-220-82





АОСН-20-220



АОМН-40-220




http://www.gstransformers.com/products/voltage-regulators.html (ЛАТР / лабораторные автотрансформаторы TDGC2)

Пример 2: мощность конденсаторов указывается в Варах (Вольт·Амперах реактивных)

http://www.elcod.spb.ru/catalog/k78-39.pdf (конденсаторы K78-39)


http://www.kvar.su/produkciya/25-nizkogo-napraygeniya-vbi (конденсаторы УК)

Пример 3: технические данные электромоторов содержат активную мощность (кВт) и cosФ

Для таких нагрузок как электромоторы, лампы (разрядные), компьютерные блоки питания, комбинированные нагрузки и др. — в технических данных указаны P [кВт] и cosФ (активная мощность и коэффициент мощности) или S [кВА] и cosФ (полная мощность и коэффициент мощности) .

http://www.weiku.com/products/10359463/Stainless_Steel_cutting_machine.html
(комбинированная нагрузка – станок плазменной резки стали / Inverter Plasma cutter LGK160 (IGBT)

http://www.silverstonetek.com.tw/product.php?pid=365&area=en (блок питания ПК)

Дополнение 1

Если нагрузка имеет высокий коэффициент мощности (0.8 … 1.0), то её свойства приближаются к активной нагрузке. Такая нагрузка является идеальной как для сетевой линии, так и для источников электроэнергии, т.к. не порождает реактивных токов и мощностей в системе.

Поэтому во многих странах приняты стандарты нормирующие коэффициент мощности оборудования.

Дополнение 2

Оборудование однонагрузочное (например, БП ПК) и многосоставное комбинированное (например, фрезерный промышленный станок, имеющий в составе несколько моторов, ПК, освещение и др.) имеют низкие коэффициенты мощности (менее 0.8) внутренних агрегатов (например, выпрямитель БП ПК или электромотор имеют коэффициент мощности 0.6 .. 0.8). Поэтому в настоящее время большинство оборудования имеет входной блок корректора коэффициента мощности. В этом случае входной коэффициент мощности равен 0.9 … 1.0, что соответствует нормативным стандартам.

Дополнение 3. Важное замечание относительно коэффициента мощности ИБП и стабилизаторов напряжения

Нагрузочная способность ИБП и ДГУ нормирована на стандартную промышленную нагрузку (коэффициент мощности 0.8 с индуктивным характером). Например, ИБП 100 кВА / 80 кВт. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 80 кВт, или смешанную (активно-реактивную) нагрузку максимальной мощности 100 кВА с индуктивным коэффициентом мощности 0.8.

В стабилизаторах напряжения дело обстоит иначе. Для стабилизатора коэффициент мощности нагрузки безразличен. Например, стабилизатор напряжения 100 кВА. Это означает, что устройство может питать активную нагрузку максимальной мощности 100 кВт, или любую другую (чисто активную, чисто реактивную, смешанную) мощностью 100 кВА или 100 кВАр с любым коэффициентом мощности емкостного или индуктивного характера. Обратите внимание, что это справедливо для линейной нагрузки (без высших гармоник тока). При больших гармонических искажениях тока нагрузки (высокий КНИ) выходная мощность стабилизатора снижается.

Дополнение 4

Наглядные примеры чистой активной и чистой реактивных нагрузок:

  • К сети переменного тока 220 VAC подключена лампа накаливания 100 Вт – везде в цепи есть ток проводимости (через проводники проводов и вольфрамовый волосок лампы). Характеристики нагрузки (лампы): мощность S=P~=100 ВА=100 Вт, PF=1 => вся электрическая мощность активная, а значит она целиком поглащается в лампе и превращается в мощность тепла и света.
  • К сети переменного тока 220 VAC подключен неполярный конденсатор 7 мкФ – в цепи проводов есть ток проводимости, внутри конденсатора идёт ток смещения (через диэлектрик). Характеристики нагрузки (конденсатора): мощность S=Q~=100 ВА=100 ВАр, PF=0 => вся электрическая мощность реактивная, а значит она постоянно циркулирует от источника к нагрузке и обратно, опять к нагрузке и т.д.
Дополнение 5

Для обозначения преобладающего реактивного сопротивления (индуктивного либо ёмкостного) коэффициенту мощности приписывается знак:

+ (плюс) – если суммарное реактивное сопротивление является индуктивным (пример: PF=+0.5). Фаза тока отстаёт от фазы напряжения на угол Ф.

— (минус) – если суммарное реактивное сопротивление является ёмкостным (пример: PF=-0,5). Фаза тока опережает фазу напряжения на угол Ф.

Дополнение 6

Дополнительные вопросы

Вопрос 1:
Почему во всех учебниках электротехники при расчете цепей переменного тока используют мнимые числа / величины (например, реактивная мощность, реактивное сопротивление и др.), которые не существуют в реальности?

Ответ:
Да, все отдельные величины в окружающем мире – действительные. В том числе температура, реактивное сопротивление, и т.д. Использование мнимых (комплексных) чисел – это только математический приём, облегчающий вычисления. В результате вычисления получается обязательно действительное число. Пример: реактивная мощность нагрузки (конденсатора) 20кВАр – это реальный поток энергии, то есть реальные Ватты, циркулирующие в цепи источник–нагрузка. Но что бы отличить эти Ватты от Ваттов, безвозвратно поглащаемых нагрузкой, эти «циркулирующие Ватты» решили называть Вольт·Амперами реактивными .

Замечание:
Раньше в физике использовались только одиночные величины и при расчете все математические величины соответствовали реальным величинам окружающего мира. Например, расстояние равно скорость умножить на время (S=v*t). Затем с развитием физики, то есть по мере изучения более сложных объектов (свет, волны, переменный электрический ток, атом, космос и др.) появилось такое большое количество физических величин, что рассчитывать каждую в отдельности стало невозможно. Это проблема не только ручного вычисления, но и проблема составления программ для ЭВМ. Для решения данное задачи близкие одиночные величины стали объединять в более сложные (включающие 2 и более одиночных величин), подчиняющиеся известным в математике законам преобразования. Так появились скалярные (одиночные) величины (температура и др.), векторные и комплексные сдвоенные (импеданс и др.), векторные строенные (вектор магнитного поля и др.), и более сложные величины – матрицы и тензоры (тензор диэлектрической проницаемости, тензор Риччи и др.). Для упрощения рассчетов в электротехнике используются следующие мнимые (комплексные) сдвоенные величины:

  1. Полное сопротивление (импеданс) Z=R+iX
  2. Полная мощность S=P+iQ
  3. Диэлектрическая проницаемость e=e»+ie»
  4. Магнитная проницаемость m=m»+im»
  5. и др.

Вопрос 2:

На странице http://en.wikipedia.org/wiki/Ac_power показаны S P Q Ф на комплексной, то есть мнимой / несуществующей плоскости. Какое отношение это все имеет к реальности?

Ответ:
Проводить расчеты с реальными синусоидами сложно, поэтому для упрощения вычислений используют векторное (комплексное) представление как на рис. выше. Но это не значит, что показанные на рисунке S P Q не имеют отношения к реальности. Реальные величины S P Q могут быть представлены в обычном виде, на основе измерений синусоидальных сигналов осциллографом. Величины S P Q Ф I U в цепи переменного тока «источник-нагрузка» зависят от нагрузки. Ниже показан пример реальных синусоидальных сигналов S P Q и Ф для случая нагрузки состоящей из последовательно соединённых активного и реактивного (индуктивного) сопротивлений.

Вопрос 3:
Обычными токовыми клещами и мультиметром измерен ток нагрузки 10 A, и напряжение на нагрузке 225 В. Перемножаем и получаем мощность нагрузки в Вт: 10 A · 225В = 2250 Вт.

Ответ:
Вы получили (рассчитали) полную мощность нагрузки 2250 ВА. Поэтому ваш ответ будет справедлив только, если ваша нагрузка чисто активная, тогда действительно Вольт·Ампер равен Ватту. Для всех других типов нагрузок (например электромотор) – нет. Для измерения всех характеристик любой произвольной нагрузки необходимо использовать анализатор сети, например APPA137:

См. дополнительную литературу, например:

Евдокимов Ф. Е. Теоретические основы электротехники. — М.: Издательский центр «Академия», 2004.

Немцов М. В. Электротехника и электроника. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Частоедов Л. А. Электротехника. — М.: Высшая школа, 1989.

AC power, Power factor, Electrical resistance, Reactance
http://en.wikipedia.org (перевод: http://electron287.narod.ru/pages/page1.html)

Теория и расчёт трансформаторов малой мощности Ю.Н.Стародубцев / РадиоСофт Москва 2005 г. / rev d25d5r4feb2013

Если вам нужно единицы измерения мощности привести в одну систему, вам пригодится наш перевод мощности – конвертер онлайн. А ниже вы сможете почитать, в чем измеряется мощность.

Мощность — физическая величина , равная отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени.

В чем измеряется мощность?

Единицы измерения мощности, которые известны каждому школьнику и являются принятыми в международном сообществе – ватты. Названы так в честь ученого Дж. Уатта. Обозначаются латинской W или вт.

1 Ватт – единица измерения мощности, при которой за секунду происходит работа, равная 1 джоулю. Ватт равен мощности тока, сила которого 1 ампер, а напряжение – 1 вольт. В технике, как правило, применяются мегаватты и киловатты. 1 киловатт равен 1000 ватт.
Измеряется мощность и в эрг в секунду. 1 эрг в сек. Равен 10 в минус седьмой степени ватт. Соответственно, 1 ватт равен 10 в седьмой степени эрг/сек.

А еще единицей измерения мощности считается внесистемная «лошадиная сила». Она была введена в оборот еще в восемнадцатом веке и продолжает до сих пор применяться в автомобилестроении. Обозначается она так:

  • Л.С. (в русском),
  • HP (в английском).
  • PS (в немецком),
  • CV (во французском).

При переводе мощности помните, что в рунете существует невообразимая путаница при конверте лошадиных сил в ватты. В России, странах СНГ и некоторых других государствах 1 л.с. равняется 735, 5 ватт. В Англии и Америке 1 hp равняется 745, 7 ватт.

Здравствуйте! Для вычисления физической величины, называемой мощностью, пользуются формулой, где физическую величину — работу делят на время, за которое эта работа производилась.

Выглядит она так:

P, W, N=A/t, (Вт=Дж/с).

В зависимости от учебников и разделов физики, мощность в формуле может обозначаться буквами P, W или N.

Чаще всего мощность применяется, в таких разделах физики и науки, как механика, электродинамика и электротехника. В каждом случае, мощность имеет свою формулу для вычисления. Для переменного и постоянного тока она тоже различна. Для измерения мощности используют ваттметры.

Теперь вы знаете, что мощность измеряется в ваттах. По-английски ватт — watt, международное обозначение — W, русское сокращение — Вт. Это важно запомнить, потому что во всех бытовых приборах есть такой параметр.

Мощность — скалярная величина, она не вектор, в отличие от силы, которая может иметь направление. В механике, общий вид формулы мощности можно записать так:

P=F*s/t, где F=А*s,

Из формул видно, как мы вместо А подставляем силу F умноженную на путь s. В итоге мощность в механике, можно записать, как силу умноженную на скорость. К примеру, автомобиль имея определенную мощность, вынужден снижать скорость при движении в гору, так как это требует большей силы.

Средняя мощность человека принята за 70-80 Вт. Мощность автомобилей, самолетов, кораблей, ракет и промышленных установок, часто, измеряют в лошадиных силах . Лошадиные силы применяли еще задолго до внедрения ватт. Одна лошадиная сила равна 745,7Вт. Причем в России принято что л. с. равна 735,5 Вт.

Если вас вдруг случайно спросят через 20 лет в интервью среди прохожих о мощности, а вы запомнили, что мощность — это отношение работы А, совершенной в единицу времени t. Если сможете так сказать, приятно удивите толпу. Ведь в этом определении, главное запомнить, что делитель здесь работа А, а делимое время t. В итоге, имея работу и время, и разделив первое на второе, мы получим долгожданную мощность.

При выборе в магазинах, важно обращать внимание на мощность прибора. Чем мощнее чайник, тем быстрее он погреет воду. Мощность кондиционера определяет, какой величины пространство он сможет охлаждать без экстремальной нагрузки на двигатель. Чем больше мощность электроприбора, тем больше тока он потребляет, тем больше электроэнергии потратит, тем больше будет плата за электричество.

В общем случае электрическая мощность определяется формулой:

где I — сила тока, U-напряжение

Иногда даже ее так и измеряют в вольт-амперах, записывая, как В*А. В вольт-амперах меряют полную мощность, а чтобы вычислить активную мощность нужно полную мощность умножить на коэффициент полезного действия(КПД) прибора, тогда получим активную мощность в ваттах.

Часто такие приборы, как кондиционер, холодильник, утюг работают циклически, включаясь и отключаясь от термостата, и их средняя мощность за общее время работы может быть небольшой.

В цепях переменного тока, помимо понятия мгновенной мощности, совпадающей с общефизической, существуют активная, реактивная и полная мощности. Полная мощность равна сумме активной и реактивной мощностей.

Для измерения мощности используют электронные приборы — Ваттметры. Единица измерения Ватт, получила свое название в честь изобретателя усовершенствованной паровой машины , которая произвела революцию среди энергетических установок того времени. Благодаря этому изобретению развитие индустриального общества ускорилось, появились поезда, пароходы, заводы, использующие силу паровой машины для передвижения и производства изделий.

Все мы много раз сталкивались с понятием мощности. Например, разные автомобили характеризуются разной мощностью двигателя. Также, электроприборы могут иметь различную мощность, даже если они имеют одинаковое предназначение.

Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость работы.

Соответственно, механическая мощность — это физическая величина, характеризующая скорость механической работы:

Т. е. мощность — это работа в единицу времени.

Мощность в системе СИ измеряется в ваттах: [N ] = [Вт].

1 Вт — это работа в 1 Дж, совершенная за 1 с.

Существуют и другие единицы измерения мощности, например, такие, как лошадиная сила:

Именно в лошадиных силах чаще всего измеряется мощность двигателя автомобилей.

Давайте вернемся к формуле для мощности: Формула, по которой вычисляется работа, нам известна: Поэтому мы можем преобразовать выражение для мощности:

Тогда в формуле у нас образуется отношение модуля перемещения к промежутку времени. Это, как вы знаете, скорость:

Только обратите внимание, что в получившейся формуле мы используем модуль скорости, поскольку на время мы поделили не само перемещение, а его модуль. Итак, мощность равна произведению модуля силы, модуля скорости и косинуса угла между их направлениями.

Это вполне логично: скажем, мощность поршня можно повысить за счет увеличения силы его действия. Прикладывая бо́льшую силу, он будет совершать больше работы за то же время, то есть увеличит мощность. Но даже если оставить силу постоянной, и заставить поршень двигаться быстрее, он, несомненно, увеличит работу, совершаемую в единицу времени. Следовательно, увеличится мощность.

Примеры решения задач.

Задача 1. Мощность мотоцикла равна 80 л.с. Двигаясь по горизонтальному участку, мотоциклист развивает скорость равную 150 км\ч. При этом, двигатель работает на 75% от своей максимальной мощности . Определите силу трения, действующую на мотоцикл.


Задача 2. Истребитель, под действием постоянной силы тяги, направленной под углом 45° к горизонту, разгоняется от 150 м/с до 570 м/с. При этом, вертикальная и горизонтальная скорость истребителя увеличиваются на одинаковое значение в каждый момент времени. Масса истребителя равна 20 т. Если истребитель разгонялся в течение одной минуты, то какова мощность его двигателя?



В чем разница кВт и кВа ?

Вольт-ампер (ва) — это единица полной мощности переменного тока, обозначается ВА или VA. Полная мощность переменного тока определяется как произведение действующих значений тока в цепи (в амперах) и напряжения на её зажимах (в вольтах).
Ватт (вт) — единица мощности. Названа в честь шотландско-ирландского изобретателя-механика Джеймса Уатта, обозначается вт или W. Ватт -это мощность, при которой за 1 сек совершается работа, равная 1 джоулю. Ватт как единица электрической (активной) мощности равен мощности не изменяющегося электрического тока силой 1 ампер при напряжении 1 вольт.
При выборе стабилизатора или электростанции следует помнить, что кВА — это полная потребляемая мощность, а кВт — это активная (затраченная на совершение полезной работы) мощность. Полная мощность – это сумма реактивной и активной мощностей. Зачастую разные потребители имеют разное соотношение полной и активной мощности. Поэтому для определения суммарной мощности всех потребителей необходимо сложение полных мощностей оборудования, а не активных мощностей.

Номинальная мощность

В электротехнической промышленности принято мощность большинства потребителей определять в Ваттах. Это так называемая активная мощность – мощность, выделяющаяся на чисто резистивной нагрузке(Нагреватели,телевизоры,лампочки и т.п.). Активная мощность целиком идет на полезную работу (нагрев, механическое движение), и обычно именно ее понимают под потребляемой мощностью.Если потребитель активный (чайник, лампа накаливания, ТЭН), то другой информации о нем не требуется, на таких потребителях пишут (как правило) номинальную мощность в Вт, номинальное напряжение и все. Здесь нет вопросов о косинусе «фи», т.к. этот «фи» (угол между током и напряжением данных потребителей) равен нулю, косинус нуля равен 1, — отсюда, Активная мощность («P») равна произведению тока через потребитель и напряжению на потребителе, умноженному на этот пресловутый косинус «фи», т.е. P = I*U*Сos (fi) = P = I*U*1 = P=I*U.
Простой пример для тена с cos фи=1:
Полная мощность S=10 кВА cos фи=1
Тогда активная мощность P=10*1=10 кВт

У потребителей, имеющих в своем составе не только активное сопротивление, но и любое реактивное (индуктивность, емкость), принято писать на шильдике величину «P» в Ваттах, а так же указывать величину косинуса «фи». Величина косинуса «фи» определяется параметрами самих этих потребителей, а точнее — соотношением их активных и реактивных сопротивлений.
Например, обычный электродвигатель имеет на бирке: P=5кВт, Сos(fi)=0.8. Это значит следующее: Данный двигатель при работе (в номинальном режиме) потребляет полную Полную мощность (сумму активной и реактивной мощностей). Активную мощность «S» равную P/Cos(fi)=5/0,8= 6,25 кВа и Реактивную мощность «Q» в размере U*I/Sin(fi).
Для нахождения номинального тока двигателя нужно его Полную мощность «S» и разделить на рабочее напряжение (220), впрочем, ток указывается, как правило, на шильдике. Может появиться вопрос, почему же на генераторах (трансформаторах, стабилизаторах напряжения) указывается мощность в ВА (вольт-амперах)? А как ее еще указать? Допустим, что на стабилизаторе напряжения указана мощность 10000 Ва. Это должно значить, что, если я подцеплю кучу ТЭНов к данному трансформатору, то мощность, отдаваемая трансформатором в ТЭНы (в номинальном режиме работы трансформатора) не может превышать 10000 Вт. Вроде все сходится. А если я захочу нагрузить стабилизатор напряжения катушкой индуктивности или электродвигателем с Сos(fi)=0.8? (кучей катушек)? И данный стабилизатор будет отдавать мощность уже 8000 Вт?а при Сos(fi)=0.85 -8500 Вт. Тогда надпись на шильдике 10000 Ва будет уже не правомерной. Поэтому, мощность генераторов (трансформаторов и стабилизаторов напряжения) может определяться только в Полной мощности (в нашем случае 1000 кВА), а как ты ее (Полную мощность) будешь использовать — твое дело.
[i]Теперь можно перейти к подбору
стабилизатора напряжения, электростанции,
источника бесперебойного питания, инвертора.[/i]

Коэффициент мощности, косинус «фи»

Это отношение средней мощности переменного тока к произведению действующих значений напряжения и тока. Наибольшее значение коэффициента мощности равно 1. В случае синусоидального переменного тока, коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между синусоидами напряжения и тока и определяется параметрами цепи: Сos ф = r/Z, где ф («фи») — угол сдвига фаз, r — активное сопротивление цепи, Z — полное сопротивление цепи. Коэффициент мощности может отличаться от 1 и в цепях с чисто активными сопротивлениями, если в них содержатся нелинейные участки. В этом случае коэффициент мощности уменьшается вследствие искажения формы кривых напряжения и тока.
Коэффициент мощности электрической цепи — это косинус фазового угла между основаниями кривых напряжения и тока. Согласно другому определению, коэффициент мощности — это соотношение активной и полной энергий. Коэффициент мощности (Сos φ = Активная мощность/Полная мощность = P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой.
Коэффициент мощности — комплексный показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.
Типовые значения коэффициента мощности:
— 1.00 — идеальное значение;
— 0.95 — хороший показатель;
— 0.90 — удовлетворительный показатель;
— 0.80 — средний показатель современных электродвигателей;
— 0.70 — низкий показатель;
— 0.60 — плохой показатель.

Мощность электрического тока: особенности, формулы расчета

Мощность электрического тока является величиной, которая характеризует его свойства. Она определяется силой тока и напряжением. Единицей измерения является Ватт, в честь первооткрывателя этой величины. Обозначается она буквами Вт, в английском языке буквой W. В формулах эта характеристика имеет другое условное обозначение – латинская буква Р. Измеряется мощность тока ваттметром. Найти мощности нужно умножив силу тока на напряжение, то есть амперы на вольты получаем Ватты.

В статье будет рассказано подробно, о том, что такое мощность, как ее можно определить, от чего зависит и на что влияет. В качестве дополнения, материал содержит несколько видеоматериалов и один скачиваемый файл с подробным описанием этой характеристики.

Что такое мощность в электричестве

Механическая мощность как физическая величина равна отношению выполненной работы к некоторому промежутку времени. Поскольку понятие работы определяется количеством затраченной энергии, то и мощность допустимо представить как скорость преобразования энергий. Разобрав составляющие механической мощности, рассмотрим из чего складывается электрическая. Напряжение — выполняемая работа по перемещению одного кулона электрического заряда, а ток — количество проходящих кулонов за одну секунду. Произведение напряжения на ток показывает полный объем работы, выполненной за одну секунду.

Мощность электрического тока – количественная мера тока, характеризующая его энергетические свойства. Определяется основными параметрами – силой тока и напряжением. Измеряется мощность электрического тока прибором, который называется Ваттметр. Единица измерения — Ватт (Вт).

Проанализировав полученную формулу, можно заключить, что силовой показатель зависит одинаково от тока и напряжения. То есть, одно и тоже значение возможно получить при низком напряжении и большом тока, или при высоком напряжении и низком токе. Пользуясь зависимостью мощности от напряжения и силы тока, инженеры научились передавать электричество на большие расстояния путем преобразования энергии на понижающих и повышающих трансформаторных подстанциях.

Наука подразделяет электрическую мощность на:

  • активную. Подразумевает преобразование мощности в тепловую, механическую и другие виды энергии. Показатель выражают в Ваттах и вычисляют по формуле U*I;
  • реактивную. Эта величина характеризует электрические нагрузки, создаваемые в устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля. Показатель выражается как вольт-ампер реактивный и представляет собой произведение напряжения на силу тука и угол сдвига.

Для простоты понимания смысла активной и реактивной мощности, обратимся к нагревательному оборудованию, где электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Материал в тему: что такое электрическая цепь.

Как измерить мощность

Знать силовые характеристики бытового оборудования необходимо всегда. Это требуется для расчета сечения проводки, учета расхода электроэнергии или электрификации дома. До начала монтажных работ такую информацию можно получить только путем сложения показателей мощности каждого отдельного устройства, добавив 10% запаса.

Определить потребляемую нагрузку дома поможет счетчик. Прибор показывает сколько киловатт было потрачено за один час работы оборудования. И для того чтобы убедиться в правильности показаний, владелец квартиры может проверить точность устройства с помощью электронных средств измерения. Сюда относится амперметр, вольтметр или мультиметр.

Также существуют ваттметры и варметры, которые показывают результаты измерений в ваттах. Во время снятия показания включенной оставить только активную нагрузку как лампочки и нагреватели. Далее померить токовое напряжение. В конце сверить показания счетчика с полученным результатом вычислений.

Мощность электрического тока расчет и формулы

Для вычисления мощности тока в ваттах, силу тока в амперах умножаем на напряжение в вольтах. Обозначить мощность электрического тока латинским символом P, то приведенное выше правило можно записать в виде математической формулы P = I × U (1).

Воспользуемся этой формулой на практике. Необходимо вычислить, какая мощность электрического тока требуется для накала нити лампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА. Р= 0,075 А × 4 В = 0,3 Вт Мощность электрического тока можно определить и другим способом. Например, нам известны сила тока и сопротивление цепи, а напряжение величина неизвестная, тогда мы воспользуемся соотношением из закона Ома: U=I × R Подставим правую часть формулы (1) IR вместо напряжения U. P = I× U = I×IR или Р = I2×R.

Рассмотрим пример расчета: какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него идет ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), вычислим:. P= I2 × R = 0,52×5 =0,25×5 = 1,25 Вт. Кроме того, мощность электрического тока можно рассчитать если известны напряжение и сопротивление, а сила тока величина неизвестна.

Для этого вместо силы тока I в формулу подставляется отношение U/R и тогда формула приобретает следующий вид: Р = I × U=U2/R (3) Разберем очередной практический пример с использованием этой формулы, при 2,5 вольта падения напряжения на реостате сопротивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет определяться: Р = U2/R=(2,5)2/5=1,25 Вт; Выводы: Для нахождения мощности необходимо знать любые две из величин, из закона Ома. Мощность электрического тока равна работе тока, производимой в течение времени. P = A/t

Основные электротехнические формулы

Работа электрического тока

Проходя по цепи, ток совершает работу. Как например, водный поток направить течь, на лопасти генератора, то пон будет совершать работу, вращая лопасти. Так же и ток совершает работу, двигаясь по проводнику. И эта работа тем выше, чем больше величина сила тока и напряжения. Работа электрического тока, совершаемая на участке цепи, прямо пропорциональна силе тока, напряжению и времени действия тока. Работа электрического тока обозначается латинским символом A. Так как, произведение I×U есть мощность, то формулу работы электрического тока можно записать: A = P×t

Единицей измерения работы электрического тока, является ватт в секундах или в джоулях. Поэтому, если мы хотим вычислить, какую работу осуществил ток, идя по цепи в течение временного интервала, мы должны умножить мощность на время Рассмотрим практический пример, через реостат с сопротивлением 5 Ом идет ток силой 0,5 А. Нужно вычислить, какую работу совершит ток в течение четырех часов. Работа в течение одной секунды будет: P=I2R = 0,52×5= 0,25×5 =1,25 Вт,

Тогда за 4 часа t=14400 секунд. Следовательно: А = Р×t= 1,25×14 400= 18 000 вт-сек. Ватт-секунда или один джоуль считаетсяя слишком малой велечиной для измерения работы. Поэтому на практике применяют единицу, называемую ватт-час (втч). Один ватт-час это эквивалентно 3 600 Дж. В электротехнике используются и еще большие единицы, гектоваттчас (гвтч) и киловаттчас (квтч): 1 квтч =10 гвтч =1000 втч = 3600000 Дж, 1 гвтч =100 втч = 360 000 Дж, 1 втч = 3 600 Дж.

Мощность электрического тока

Как рассчитать сопротивление и мощность

Допустим, требуется подобрать токоограничивающий резистор для блока питания схемы освещения. Нам известно напряжение питания бортовой сети «U», равное 24 вольта и ток потребления «I» в 0,5 ампера, который нельзя превышать. По выражению (9) закона Ома вычислим сопротивление «R». R=24/0,5=48 Ом. На первый взгляд номинал резистора определен. Однако, этого недостаточно. Для надежной работы семы требуется выполнить расчет мощности по току потребления.

Согласно действию закона Джоуля — Ленца активная мощность «Р» прямо пропорционально зависит от тока «I», проходящего через проводник, и приложенного напряжения «U». Эта взаимосвязь описана формулой Р=24х0,5=12 Вт.

Проведенный расчет мощности резистора по току его потребления показывает, что в выбираемой схеме надо использовать сопротивление величиной 48 Ом и 12 Вт. Резистор меньшей мощности не выдержит приложенных нагрузок, будет греться и со временем сгорит. Этим примером показана зависимость того, как на мощность потребителя влияют ток нагрузки и напряжение в сети.

Интересно почитать: все о законе Ома.

Мощность тока

Разобравшись с понятием механической мощности, перейдём к рассмотрению электрической мощности (мощность электрического тока). Как Вы должны знать  U — это работа, выполняемая при перемещении одного кулона, а ток I — количество кулонов, проходящих за 1 сек. Поэтому произведение тока на напряжение показывает полную работу, выполненную за 1 сек, то есть электрическую мощность или мощность электрического тока.

Активная электрическая мощность (это мощность, которая безвозвратно преобразуется в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую и т.д.) имеет свою единицу измерения — Вт (Ватт). Она равна произведению 1 вольта на 1 ампер. В быту и на производстве мощность удобней измерять в кВт (киловаттах, 1 кВт = 1000 Вт). На электростанциях уже используются более крупные единицы — мВт (мегаватты, 1 мВт = 1000 кВт = 1 000 000 Вт).

Реактивная электрическая мощность — это величина, которая характеризует такой вид электрической нагрузки, что создаются в устройствах (электрооборудовании) колебаниями энергии (индуктивного и емкостного характера) электромагнитного поля. Для обычного переменного тока она равна произведению рабочего тока I и падению напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = U*I*sin(угла). Реактивная мощность имеет свою единицу измерения под названием ВАр (вольт-ампер реактивный). Обозначается буквой «Q».

Простым языком активную и реактивную электрическую мощность на примере можно выразить так: у нас имеется электротехническое устройство, которое имеет нагревательные тэны и электродвигатель. Тэны, как правило, сделаны из материала с высоким сопротивлением. При прохождении электрического тока по спирали тэна, электрическая энергия полностью преобразуется в тепло. Такой пример характерен активной электрической мощности.

Электродвигатель этого устройства внутри имеет медную обмотку. Она представляет собой индуктивность. А как мы знаем, индуктивность обладает эффектом самоиндукции, а это способствует частичному возврату электроэнергии обратно в сеть. Эта энергия имеет некоторое смещение в значениях тока и напряжения, что вызывает негативное влияние на электросеть (дополнительно перегружая её).

Расчетные формулы мощности тока

Похожими способностями обладает и ёмкость (конденсаторы). Она способна накапливать заряд и отдавать его обратно. Разница ёмкости от индуктивности заключается в противоположном смещении значений тока и напряжения относительно друг друга. Такая энергия ёмкости и индуктивности (смещённая по фазе относительно значения питающей электросети) и будет, по сути, являться реактивной электрической мощностью.

Более подробно о свойствах реактивной мощности мы поговорим в соответствующей статье, а в завершении этой темы хотелось сказать о взаимном влиянии индуктивности и ёмкости. Поскольку и индуктивность, и ёмкость обладают способностью к сдвигу фазы, но при этом каждая из них делает это с противоположным эффектом, то такое свойство используют для компенсации реактивной мощности (повышение эффективности электроснабжения). На этом и завершу тему, электрическая мощность, мощность электрического тока.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Более подробно о мощности тока рассказано в материале  Мощность переменного тока. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. А также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electricalschool.info

www.ruselectronic.com

www.electrohobby.ru

www.remont220.ru

www.texnic.ru

www.nado5.ru

www.meanders.rul

Предыдущая

ТеорияКак устроен трехфазный выпрямитель

Следующая

ТеорияЧто такое шаговое напряжение и чем оно опасно

Как рассчитать ватт (мощность)

Часто говорят, что мощность прибора (в ваттах) равна току (в амперах), умноженному на напряжение (в вольтах).

Хотя это верно для упрощенных цепей или цепей постоянного тока (DC), это не относится к электросети, которую мы используем каждый день.

Согласно этому общепринятому мнению или «практическому правилу» вы рассчитываете кажущуюся мощность, а не реальную мощность.

Как НЕ рассчитывать мощность — Полная мощность (ВА)

Ампер (А) x Вольт (В) = Вольт-Ампер (ВА)

Формулу выше можно использовать для расчета полной потребляемой мощности в вольт-амперах (ВА).Это уравнение даст вам приблизительное представление об использовании мощности в ваттах, но это не совсем правильно. Для этого нужно учитывать коэффициент мощности .

Как рассчитать мощность — Реальная мощность (Вт)

Амперы (А) x Вольт (В) x Коэффициент мощности = Ватты (Вт)

Эта формула учитывает коэффициент мощности и показывает точное энергопотребление (за которое выставлен счет).

Что такое коэффициент мощности? Коэффициент мощности

— это мера эффективности, с которой электрическое устройство преобразует вольтамперы в ватты.Коэффициент мощности представлен в виде безразмерного числа от 0 до 1.

Чем ближе число к единице, тем «лучше» коэффициент мощности. Чем выше коэффициент мощности, тем эффективнее используется электроэнергия. Резистивные нагрузки, такие как большинство электрических нагревателей, будут иметь коэффициент мощности 1, поскольку они преобразуют всю подаваемую электрическую мощность в тепло. Оборудование с двигателями, такое как холодильники и кондиционеры, будет иметь меньший коэффициент мощности.

Как это относится к ваттам и мощности?

Коэффициент мощности имеет решающее значение, если вы хотите узнать фактическое энергопотребление устройства.Ниже показано, как коэффициент мощности используется с нашим измерителем мощности для расчета реального энергопотребления небольшого телевизора.

Более крупным предприятиям необходимо иметь коэффициент мощности, близкий к «единице» (1), так как с них может взиматься плата, если они имеют низкий коэффициент мощности. Это связано с тем, что коммунальное предприятие должно подавать на объект больше тока (в амперах), чем требуется. При этом они несут больше потерь при передаче. Хорошая новость заключается в том, что предприятия могут предпринять шаги для увеличения коэффициента мощности.

Пример — расчет фактической мощности телевизора

На этикетке соответствия на этом телевизоре указана потребляемая мощность 130 Вт .

Проблема в том, что на этикетках соответствия часто указывается максимальная мощность , а не фактическая мощность. Единственный способ узнать реальную мощность — измерить ее с помощью подключаемого измерителя мощности. В течение двух часов измеритель мощности показал потребляемую мощность от 70 до 110 Вт — существенно меньше, чем указано на этикетке.

Такой ваттметр рассчитает фактическую мощность.

В какой-то момент измеритель мощности показал, что телевизор использует 243 вольта и 0.421 ампер. Если мы будем следовать общепринятому мнению и просто умножим Вольт и Ампер без коэффициента мощности, мы получим полную потребляемую мощность следующим образом: —

  • Ампер (А) X Вольт (В) = ВА
  • 243 В x 0,421 A = 102,3 ВА

… затем ложно представить его как 102,3 Вт

Когда мы добавляем в расчет коэффициент мощности, мы получаем совсем другую цифру. Поскольку в то время измеритель мощности показал коэффициент мощности 0,65, расчет будет:

  • Амперы (А) x Вольт (В) x Коэффициент мощности = Ватты (Вт)
  • 234 В x 0.421 A x 0,65 = 66,5 Вт

Надеюсь, теперь вы понимаете, почему так важно делать правильный расчет.

К счастью, наши подключаемые измерители мощности сделают эти расчеты за вас. Наш измеритель мощности отображает реальную мощность (ватты), а также амперы (A), вольт (V) и коэффициент мощности, чтобы вы могли проверить расчет, если вам нужно.

Подключаемый измеритель мощности Reduction Revolution — наш самый дешевый и самый популярный вариант. Power Mate Lite (на фото выше) — это высокоточная модель, используемая профессиональными энергоаудиторами.

См. Также: наш бесплатный онлайн-калькулятор эксплуатационных расходов.

Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative

Корректировка коэффициента мощности с помощью конденсаторов

Описание:

Коэффициент мощности — это соотношение (фазы) тока и напряжения в электрических распределительных системах переменного тока. В идеальных условиях ток и напряжение «синфазны», а коэффициент мощности равен «100%». При наличии индуктивных нагрузок (двигателей) коэффициент мощности менее 100% (обычно может составлять от 80 до 90%).

Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электричества, вызывает протекание более сильного тока в линиях распределения электроэнергии, чтобы обеспечить заданное количество киловатт сверх электрической нагрузки.

Эффекты?

Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.

Мощность генерирующих и распределительных систем, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).

кВА = НАПРЯЖЕНИЕ X АМПЕР X 1.73 (трехфазная система) / 1,000

При единичном коэффициенте мощности (100%) для выработки 2,000 кВт потребуется 2 000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети. Однако если коэффициент мощности упадет до 85%, потребуется 2 353 кВА мощности. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующую и распределительную мощность.

Перегрузки с низким коэффициентом мощности генерирующие, распределительные и сети с превышением кВА.

Если вы владеете большим зданием, вам следует подумать о корректировке низкого коэффициента мощности по одной из следующих причин или по обеим этим причинам:

  • Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
  • В пользу восстановить мощность (кВА) перегруженных фидеров в здании или строительном комплексе.

Есть несколько методов коррекции более низкого коэффициента мощности. Обычно используются: емкость.

Конденсаторные батареи

Самым практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, поскольку влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.

Вариант номинальной мощности конденсатора в кВАр показывает, сколько реактивной мощности будет выдавать конденсатор. Так как этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости снижает чистую потребляемую реактивную мощность на ту же величину.Конденсатор на 15 кВАр, например, нейтрализует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.

Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются в каждую часть неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными щитами) или в основных службах.

Электричество и хранение энергии — Всемирная ядерная ассоциация

(обновлено в августе 2021 г.)

  • Накопление электроэнергии в больших масштабах стало основным объектом внимания, поскольку прерывистые возобновляемые источники энергии стали более распространенными.
  • Насосный накопитель хорошо налажен. Разрабатываются и другие мегаваттные технологии. Они могут обеспечить диспетчерскую мощность в соответствии с требованиями спроса.
  • Хранилище, дополняющее периодически возобновляемые источники энергии, если они должны заменить емкость базовой нагрузки, должно удовлетворять спрос в течение многих дней, а не просто часов.
  • На бытовом уровне, за счетчиком, продвигается аккумуляторное хранилище в дополнение к солнечным фотоэлектрическим установкам. Это снижает потребность в сети, особенно во время вечерних пиков нагрузки.

Быстрое увеличение во многих частях мира генерирующих мощностей за счет периодически возобновляемых источников энергии, особенно ветра и солнца, привело к сильному стимулу к развитию накопления энергии для производства электроэнергии в больших масштабах. Из-за (желаемой или навязанной) растущей годовой доли электроэнергии, поступающей от возобновляемых технологий, подверженной естественным колебаниям потоков энергии (например, солнечные фотоэлектрические и ветровые), характеризующиеся относительно низкими коэффициентами нагрузки, объединенные установленные мощности этих технологий в будущем ожидается, что они будут намного больше, чем обычная / обычная пиковая потребляемая электрическая мощность.*

* «Прискорбной привычки в некоторых кругах слепо использовать слово« мощность »как синоним« электричества »следует избегать в контексте хранения. «Энергия» заряжается или разряжается в запоминающем устройстве, но сохраняется «энергия» ». — Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии на 2020 год, Международное энергетическое агентство и Агентство по ядерной энергии.

Степень развития накопления электроэнергии будет определять степень, в которой эти прерывистые возобновляемые источники могут вытеснить диспетчерские источники, время от времени забирая излишки электроэнергии и преодолевая разрывы в периодической работе.Есть вопросы масштаба — мощности и энергоемкости — которые указаны ниже в отдельных случаях. Также некоторая запасенная энергия обычно должна быть доступна в виде электричества в течение нескольких дней и недель, хотя есть много возможностей для краткосрочного хранения в течение нескольких минут и часов. Экономическая эффективность является ключевым моментом, поэтому для сравнения различных технологий накопления электроэнергии в различных приложениях и услугах необходимо четко определить как ценность, так и стоимость.

Электричество не может храниться ни в каком масштабе, но оно может быть преобразовано в другие формы энергии, которые могут храниться и позже преобразовываться в электричество по запросу.Системы хранения электроэнергии включают аккумулятор, маховик, сжатый воздух и гидроаккумулятор. Любые системы ограничены в общем количестве энергии, которое они могут хранить. Их энергоемкость выражается в мегаватт-часах (МВтч), а мощность или максимальная выходная мощность в данный момент времени выражается в мегаваттах электроэнергии (МВт или МВтэ). Системы накопления электроэнергии могут быть спроектированы для предоставления вспомогательных услуг системе передачи, включая регулирование частоты, и сегодня это основная роль сетевых аккумуляторов.

Конечно, очень эффективное хранение энергии достигается в ископаемом топливе и ядерном топливе до того, как из них будет произведена электроэнергия. Хотя здесь основное внимание уделяется хранению за генерацией, особенно из периодически возобновляемых источников, при любом надлежащем рассмотрении этого вопроса необходимо также охватывать ядерное топливо для выработки электроэнергии как более экономичный вариант с относительно небольшими потребностями в материалах.

Накопительное хранилище включает перекачку воды вверх в водохранилище, из которого она может быть выпущена по запросу для выработки гидроэлектроэнергии.Эффективность двойного процесса составляет около 70%. В середине 2016 года гидроаккумулирующие гидроаккумуляторы составляли 95% мировых запасов электроэнергии, а в 2014 г. было добавлено 72% мощностей гидроаккумуляторов. Преимущество гидроаккумуляторов в том, что они являются долгосрочными в случае необходимости. Однако, по данным МЭА, аккумуляторные батареи широко используются, и к концу 2020 года их мощность составила около 15,5 ГВт, подключенных к электрическим сетям. В 2014 году накопители энергии в масштабах зданий стали определяющей тенденцией в области энергетических технологий. Этот рынок вырос на 50% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, при этом литий-ионные батареи широко используются, но батареи с проточными окислительно-восстановительными элементами являются многообещающими.Такое хранилище может использоваться для снижения спроса на сеть, в качестве резервного или для арбитража цен.

Проекты и оборудование гидроаккумуляторов имеют длительный срок службы — номинально 50 лет, но потенциально более длительный по сравнению с батареями — от 8 до 15 лет. Гидроаккумулятор лучше всего подходит для обеспечения пиковой нагрузки системы, состоящей в основном из ископаемого топлива и / или ядерной генерации. Он не очень подходит для замены периодической, внеплановой и непредсказуемой генерации.

В отчете Всемирного энергетического совета, опубликованном в январе 2016 года, прогнозировалось значительное снижение стоимости большинства технологий хранения энергии с 2015 по 2030 год.Наибольшее снижение стоимости продемонстрировали аккумуляторные технологии, за которыми следуют тепловые, скрытые тепловые и суперконденсаторы. Аккумуляторные технологии показали снижение со 100-700 евро / МВтч в 2015 году до 50-190 евро / МВтч в 2030 году — снижение более чем на 70% верхнего предела затрат в следующие 15 лет. По данным WEC, натрий-сера, свинцово-кислотная и литий-ионная технологии являются лидерами. В отчете моделируется хранение, относящееся как к ветровым, так и к солнечным электростанциям, и оценивается результирующая приведенная стоимость хранения (LCOS) для конкретных станций.В нем отмечается, что коэффициент нагрузки и среднее время разряда при номинальной мощности являются важными определяющими факторами LCOS, а частота цикла становится второстепенным параметром. Для хранения, связанного с солнечной батареей, использовалось ежедневное хранение с шестичасовым временем разряда при номинальной мощности. Для хранения, связанного с ветром, использовался вариант двухдневного хранения с 24-часовым разрядом при номинальной мощности. В первом случае наиболее конкурентоспособная технология хранения имела LCOS в размере 50-200 евро / МВтч. В последнем случае приведенные затраты были выше и зависели от количества циклов разряда в год, и «несколько технологий оказались привлекательными.«

После двухлетнего исследования, проведенного Комиссией по коммунальным предприятиям Калифорнии, в 2010 году штат принял закон, требующий хранения 1325 МВт электроэнергии (за исключением крупномасштабных гидроаккумуляторов) к 2024 году. В 2013 году крайний срок был перенесен на 2020 год, после чего имелся 35 Всего МВт. Законодательство определяет мощность, а не емкость накопителя (МВтч), предполагая, что основной целью является регулирование частоты. Заявленная цель закона состоит в повышении надежности сети за счет обеспечения управляемой мощности от увеличивающейся доли солнечных и ветровых входов, замены вращающегося резерва, обеспечения контроля частоты и снижения требований к пиковой мощности (уменьшение пиковой мощности).Системы хранения могут быть связаны либо с системами передачи или распределения, либо находиться за счетчиком. Основное внимание уделяется аккумуляторным системам хранения энергии (BESS). Энергетический арбитраж может увеличить доход, покупая в непиковый период и продавая при пиковом спросе. Южная Калифорния, Эдисон в 2014 году объявила о планах по хранению электроэнергии на 260 МВт, чтобы компенсировать закрытие АЭС Сан-Онофре мощностью 2150 МВт (эл.). Хотя 1,3 ГВт в контексте потребности штата в 50 ГВт не обеспечат большой управляемой мощности, это стало основным стимулом для коммунальных предприятий.

Орегон последовал за Калифорнией и в 2015 году установил требование для более крупных коммунальных предприятий (PGE и PacifiCorp) о закупке не менее 5 МВтч хранилищ к 2020 году, а PGE предложила 39 ГВт в нескольких местах стоимостью от 50 до 100 миллионов долларов. В июне 2017 года Массачусетс поставил цель хранилища 200 МВтч к 2020 году. В ноябре 2017 года Нью-Йорк принял решение установить цель хранилища на 2030 год.

В США имеется около 30 ГВт гидроаккумулирующих мощностей, а к марту 2019 года было развернуто 900 МВт аккумуляторных аккумуляторов.Ожидалось, что к 2020 году эта цифра вырастет до 1000 МВт, а к 2023 году — до 2500 МВт, при этом ожидается, что затраты упадут до 200 долларов США за кВт · ч хранимой энергии, что составляет половину стоимости 2016 года. Около 2,5% поставляемой электроэнергии в США проходит через хранилища (по сравнению с примерно 10% в Европе и 15% в Японии).

В начале 2016 года Национальная электросеть Великобритании активно откликнулась на тендер на усиленную частотную характеристику (EFR) мощностью 200 МВт. Он предлагал четырехлетние контракты на мощность, способную обеспечить 100% выходную активную мощность за секунду или меньше регистрации отклонения частоты.Было предложено около 888 МВт емкости аккумуляторных батарей, 150 МВт межсетевого взаимодействия, 100 МВт ответной реакции со стороны спроса и 50 МВт мощности маховика. Все, кроме трех, были связаны с аккумулятором. В августе были объявлены выигравшие тендеры — восемь выбранных тендеров мощностью от 10 до 49 МВт (всего 201 МВт) общей стоимостью 66 миллионов фунтов стерлингов. Выигрышные предложения варьировались от 7 до 12 фунтов стерлингов за МВт EFR / ч, в среднем 9,44 £ / МВт EFR / ч. Также ожидается, что батареи станут основным выбором для стабильной частотной характеристики, немного медленнее, чем EFR.

В Великобритании хранилище рассматривается как генерация для целей лицензирования, но при подключении к распределительной сети оно должно соответствовать двум различным методикам подключения и тарификации: одна половина подключается по запросу, а другая — по генерации. Предлагается единая методология подключения к хранилищу, и Департамент бизнеса, энергетики и промышленной стратегии и регулирующий орган в области энергетики Ofgem стремятся определить «хранилище электроэнергии» в юридических и нормативных терминах, чтобы ускорить развертывание.Промышленная организация Electricity Storage Network поддерживает этот шаг.

Правительство Великобритании заявило, что при реагировании на спрос поставщики должны иметь более легкий доступ к ряду рынков, чтобы они могли честно конкурировать с крупными производителями, включая балансирующий рынок, вспомогательные услуги и рынок мощности. Существует озабоченность по поводу того, должны ли поставщики хранилищ и реагирования на спрос иметь доступ к таким же длительным рыночным контрактам на мощность, что и новые дизельные генераторы. В этой области реакция должна длиться более часа, а батареи менее экономичны.

В ноябре 2016 года Европейская комиссия признала накопление энергии ключевым инструментом гибкости, который потребуется в будущем. Было предложено новое определение хранения электроэнергии, включающее «откладывание количества электроэнергии, которая была произведена до момента использования, либо в качестве конечной энергии, либо преобразована в другой энергоноситель», например, газ. Это привело к тому, что концепции преобразования энергии в газ (P2G) были включены в нормативное определение хранения энергии, так что избыточная энергия от прерывистых возобновляемых источников энергии может быть преобразована путем электролиза в водород, который может быть добавлен в обычную газораспределительную сеть (до 20%, хотя и значительно). менее разрешено в большинстве стран) или продается напрямую.Таким образом, электролизеры могут предоставлять дополнительные сетевые услуги, за которые им платят. Изменение определения P2G с простой нагрузки на хранилище имеет последствия как для электросетей, так и для снижения выбросов CO 2 из газа. Электролизеры P2G можно рассматривать как часть сети, а не просто конечных пользователей.

Компания ITM Power, которая разрабатывает электролизеры для систем P2G, предлагает построить в Великобритании ряд заправочных станций водородом для автомобилей на топливных элементах, которые будут выполнять некоторую функцию балансировки сети.В марте 2017 года их работало четыре, при этом производство водорода было рассчитано на поглощение избыточной энергии из сети. Правительство Великобритании хочет к 2020 году 65 водородных заправочных станций. Каждая из них имеет мощность от 200 до 250 кВт, поэтому необходимо несколько из них, чтобы иметь возможность участвовать в торгах на улучшенную частотную характеристику (минимум 3 МВт).

Электролизеры с полимерными электролитными мембранами (PEM)

теперь доступны по цене около 1 миллиона евро за МВт, занимают меньшую площадь и имеют более быстрый отклик, чем альтернативы, что позволяет балансировать сеть и аккумулировать энергию.В 2015 году в Германии было сокращено производство электроэнергии из возобновляемых источников на 4,7 ТВт-ч.

Масштабное хранение водорода и его передача на большие расстояния предусматриваются путем преобразования в аммиак, который на практике является более энергоемким.

Для получения дополнительной информации см. Веб-сайт Ассоциации хранения энергии или Европейскую ассоциацию хранения энергии (EASE).

Гидроаккумулятор

В некоторых местах гидроаккумулятор используется для выравнивания суточной генерирующей нагрузки путем перекачки воды на высокую водохранилище в непиковые часы и в выходные дни, используя избыточную мощность базовой нагрузки от недорогих угольных или ядерных источников.В часы пик эта вода может быть выпущена через турбины в нижний резервуар для выработки гидроэлектроэнергии, преобразовывая потенциальную энергию в электричество. Реверсивные агрегаты насос-турбина / мотор-генератор могут работать как насосы, так и турбины *. Системы гидроаккумуляции могут быть эффективными в удовлетворении изменений пикового спроса из-за быстрого увеличения или уменьшения объемов производства и прибыльными из-за разницы между пиковыми и внепиковыми оптовыми ценами. Основная проблема, помимо воды и высоты, — это эффективность в оба конца, которая составляет около 70%, поэтому на каждый входной МВтч только 0.Восстановлено 7 МВтч. Кроме того, в относительно небольшом количестве мест есть возможности для установки гидроаккумулирующих плотин вблизи мест, где требуется электроэнергия.

* Турбины Фрэнсиса широко используются для гидроаккумуляции, но имеют предел гидравлического напора около 600 м.

Большая часть гидроаккумулирующих мощностей связана с установленными гидроэлектростанциями на реках, где вода перекачивается обратно на высокие водохранилища. Такие гидроэлектростанции с плотиной могут быть дополнены речной гидроаккумулирующей системой. Для этого требуются пары небольших резервуаров на холмистой местности, соединенных трубой с насосом и турбиной.

Эта схема проекта Гордон Бьютт типична для водохранилища с гидроаккумулятором (Гордон Бьютт)

Международная ассоциация гидроэнергетики имеет инструмент отслеживания, который отображает местоположение и мощность существующих и планируемых проектов гидроаккумуляции.

Насосные хранилища используются с 1920-х годов, и сегодня по всему миру установлено около 160 ГВт гидроаккумуляторов, в том числе 31 ГВт в США, 53 ГВт в Европе и Скандинавии, 27 ГВт в Японии и 23 ГВт в Китае.Это составляет около 500 ГВт-ч, которые могут храниться — это около 95% крупномасштабных хранилищ электроэнергии в мире в середине 2016 года и 72% этой мощности, которая была добавлена ​​в 2014 году. IRENA сообщает, что 96 ТВт-ч было использовано из гидроаккумулирующих хранилищ в 2015. В отчете World Energy Outlook 2016 Международного энергетического агентства, согласно прогнозам , к 2040 году будет добавлено 27 ГВт гидроаккумулирующих мощностей, в основном в Китае, США и Европе.

Для речных гидроцилиндров парные водохранилища обычно должны иметь перепад высот не менее 300 метров.Заброшенные подземные шахты имеют некоторый потенциал в качестве участков. В испанском регионе Леон Navaleo планирует построить гидроаккумуляторную систему на бывшей угольной шахте с напором 710 м и мощностью 548 МВт, возвращая в сеть 1 ТВт-час в год.

В отличие от ветровой и солнечной энергии, поступающей в энергосистему, гидроэнергетика является синхронной и поэтому обеспечивает вспомогательные услуги в сети передачи, такие как регулирование частоты и обеспечение реактивной мощности. В проекте гидроаккумулирующего хранилища обычно требуется от 6 до 20 часов хранения в гидравлическом резервуаре для эксплуатации, по сравнению с гораздо меньшим сроком для аккумуляторов.В гидроаккумулирующих системах обычно хранится более 100 МВтч энергии.

Накопительный гидроаккумулятор лучше всего подходит для обеспечения пиковой нагрузкой системы, состоящей в основном из ископаемого топлива и / или ядерной генерации при низких затратах. Он гораздо менее подходит для замены периодической, внеплановой генерации, такой как ветер, когда доступность избыточной энергии нерегулярна и непредсказуема.

Крупнейшее гидроаккумулирующее предприятие находится в Вирджинии, США, мощностью 3 ГВт и 30 ГВт-ч накопленной энергии.Однако полезные объекты могут быть совсем небольшими. Они также не должны быть дополнительными к основным гидроэлектрическим схемам, но могут использовать любую разницу в высоте между верхним и нижним резервуарами более 100 метров, если не слишком далеко друг от друга. На Окинаве морская вода перекачивается в резервуар на вершине утеса. В Австралии заброшенный подземный рудник рассматривался как нижний резервуар. Израиль планирует построить систему с двумя резервуарами Kokhav Hayarden мощностью 344 МВт.

В Монтане, США, в проекте гидроаккумулирующей гидроаккумулирующей станции Gordon Butte мощностью 4 x 100 МВт в центральной части штата будет использоваться избыточная мощность ветряных турбин штата мощностью 665 МВт, хотя это менее предсказуемо, чем непиковая мощность. предназначен для питания базовой нагрузки.Absaroka Energy построит надземный резервуар на высоте 312 метров над нижним резервуаром с 2018 года. Ожидается, что компания будет поставлять 1300 ГВтч в год в дополнение к ветровым и вспомогательным услугам.

Ожидается, что в 2018 году в Германии будет введен в эксплуатацию ветро- и гидроэнергетический проект Gaildorf около Мюнстера. Он включает 13,6 МВтэ ветряных турбин и 16 МВтэ гидроаккумулирующих мощностей.

Аккумуляторные системы хранения энергии

Батареи накапливают и выделяют энергию электрохимически.Требования к аккумулятору: высокая плотность энергии, высокая мощность, длительный срок службы (циклы заряда-разряда), высокая эффективность в оба конца, безопасность и конкурентоспособная стоимость. Другими переменными являются продолжительность разряда и скорость заряда. Среди этих критериев делаются различные компромиссы, подчеркивая ограничения аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) по сравнению с управляемыми источниками генерации. Также возникает вопрос об отдаче вложенной энергии (EROI), который остро относится к тому, как долго батарея находится в эксплуатации и как ее эффективность в оба конца сохраняется в течение этого периода.

Батареям требуется система преобразования энергии (PCS), включая инвертор, для подключения к нормальной системе переменного тока. Это добавляет около 15% к базовой стоимости батареи.

Различные мегаваттные проекты доказали, что батареи хорошо подходят для сглаживания колебаний мощности ветряных и солнечных систем в течение нескольких минут и даже часов для кратковременной интеграции этих возобновляемых источников энергии в сеть. Они также показали, что батареи могут реагировать быстрее и точнее, чем обычные ресурсы, такие как прядильные резервы и пиковые установки.В результате большие аккумуляторные батареи становятся предпочтительной технологией стабилизации для кратковременной интеграции возобновляемых источников энергии. Это функция мощности, а не в первую очередь накопления энергии. Спрос на него намного ниже, чем на накопление энергии — Калифорнийский ISO оценил его пиковую потребность в регулировании частоты на 2018 год в 2000 МВт из всех источников.

Некоторые аккумуляторные установки заменяют вращающийся резерв на кратковременное резервное копирование, поэтому работают как виртуальные синхронные машины с использованием инверторов, формирующих сетку.

Интеллектуальные сети Большое внимание уделяется хранению аккумуляторов в связи с интеллектуальными электросетями. Интеллектуальная сеть — это электросеть, которая оптимизирует энергоснабжение за счет использования информации как о спросе, так и о предложении. Он делает это с помощью сетевых функций управления устройствами с коммуникационными возможностями, такими как интеллектуальные счетчики.

Литий-ионные батареи в 2015 году составили 51% от недавно объявленной емкости системы накопления энергии (ESS) и 86% от развернутой мощности ESS.В 2015 году в мире было объявлено о введении около 1 653 МВт новых мощностей ESS, из которых чуть более одной трети поступит из Северной Америки. Литий-ионные батареи — самая популярная технология для распределенных систем хранения энергии (Navigant Research). Литий-ионные аккумуляторы имеют КПД постоянного тока в оба конца 95%, снижаясь до 85%, когда ток преобразуется в переменный ток для сети. У них есть цикл 2000-4000 и срок службы 10-20 лет, в зависимости от использования.

На бытовом уровне за счетчиком * продвигается аккумуляторная батарея.Между солнечными фотоэлектрическими батареями и батареями существует очевидная совместимость, поскольку они являются постоянным током. В Германии, где коэффициент мощности солнечных батарей составляет в среднем 10,7%, 41% новых солнечных фотоэлектрических установок в 2015 году были оборудованы резервными аккумуляторными батареями, по сравнению с 14% в 2014 году. Это увеличение как для бытовых, так и для подключенных к сети фотоэлектрических модулей. систем, поощряется Банком развития KfW, который организует государственные займы под низкие проценты и помощь в окупаемости, покрывающую до 25% необходимых инвестиционных затрат. KfW требует, чтобы для потребления и хранения на месте использовалось достаточное количество фотоэлектрической электроэнергии, чтобы не более половины выработки доходило до сети передачи.Таким образом, утверждается, что сеть может выдерживать от 1,7 до 2,5 раз больше обычной солнечной мощности без перегрузки. В 2016 году в Германии было зарегистрировано 200 МВт-ч установленной емкости хранения.

* Фотоэлектрические панели для домашних хозяйств и малых предприятий не являются частью системы распределения, но в основном являются внутренними по отношению к помещениям, при этом большая часть вырабатываемой энергии используется там, а часть, возможно, экспортируется в систему через счетчик, который первоначально измерял мощность, потребляемую из сети для зарядки для.

Более одной трети «аккумуляторных батарей» мощностью 1,5 ГВт в 2015 году составляли литий-ионные батареи, а 22% — натриево-серные батареи. Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) оценивает, что миру требуется 150 ГВт аккумуляторных батарей, чтобы достичь желаемой цели IRENA по выработке 45% электроэнергии из возобновляемых источников к 2030 году. В Великобритании требуется около 2 ГВт для быстрого регулирования частоты в 45 Система GWe, и National Grid тратит на это от 160 до 170 миллионов фунтов стерлингов в год. В Германии установленная аккумуляторная батарея общего пользования увеличилась с примерно 120 МВт в 2016 году до примерно 225 МВт в 2017 году.

Большой BESS — это литий-ионная система Toshiba мощностью 40 МВт / 20 МВтч на подстанции Ниси-Сендай компании Tohoku Electric Power Company в Японии, введенная в эксплуатацию в начале 2015 года, и San Diego Gas & Electric имеет литий-ионную систему мощностью 30 МВт / 120 МВтч. BESS в Эскондидо, Калифорния. Также STEAG Energy Services запустила программу литий-ионных аккумуляторов мощностью 90 МВт в Германии (см. Ниже), а Эдисон строит объект мощностью 100 МВт в Лонг-Бич, Калифорния.

В Южной Австралии литий-ионная система Tesla 100 МВт / 129 МВтч была установлена ​​рядом с ветряной электростанцией Neoen в Хорнсдейле (309 МВт (эл.)) Недалеко от Джеймстауна — Hornsdale Power Reserve (HPR).Около 70 МВт мощности передано по контракту с правительством штата для обеспечения стабильности сети и безопасности системы, включая вспомогательные услуги управления частотой (FCAS) через платформу Tesla Autobidder в сроки от шести секунд до пяти минут. Остальные 30 МВт мощности предназначены для хранения на три часа и используются Neoen для переключения нагрузки для соседней ветряной электростанции. Он доказал свою способность очень быстро реагировать на FCAS, обеспечивая до 8 МВт в течение примерно 4 секунд, прежде чем более медленный FCAS отключится, когда частота упадет ниже 49.8 Гц. В 2020 году проект был расширен на 50 МВт / 64,5 МВтч за 79 миллионов австралийских долларов, так что теперь он обеспечивает примерно половину виртуальной инерции, необходимой в штате для FCAS.

Существует несколько типов литий-ионных аккумуляторов, некоторые с высокой плотностью энергии и быстрой зарядкой для автомобилей (электромобилей), другие, такие как литий-фосфат железа (LiFePO 4 , сокращенно LFP), более тяжелые, менее энергоемкие. плотный и с более длительным жизненным циклом. Концепции длительного хранения включают в себя перепрофилирование использованных аккумуляторов электромобилей — вторичных аккумуляторов.

Натрий-серные (NaS) батареи используются уже 25 лет и хорошо зарекомендовали себя, хотя и дороги. Они также должны работать при температуре около 300 ° C, что означает некоторое потребление электроэнергии в простое. Система Vaca-Dixon NaS BESS PG&E 2 МВт / 14 МВт-ч стоила около 11 миллионов долларов (5500 долларов за кВт, по сравнению с примерно 200 долларами за кВт, которые PG&E оценили как безубыточные затраты в 2015 году). Срок службы около 4500 циклов. Эффективность приема-передачи в 18-месячном испытании составила 75%. Блок мощностью 4,4 МВт / 20 МВтч строится компанией EWE в Вареле в Нижней Саксонии на севере Германии для ввода в эксплуатацию в конце 2018 года.(Это часть установки с литий-ионной батареей 7,5 МВт / 2,5 МВтч, стоимость всей установки составляет 24 миллиона евро.)

Батареи проточных элементов окислительно-восстановительного потенциала (RFB), разработанные в 1970-х годах, содержат два жидких электролита, разделенных мембраной, чтобы получить положительные и отрицательные полуэлементы, каждая с электродом, обычно углеродным. В водных системах перепад напряжения составляет от 0,5 до 1,6 вольт. Они заряжаются и разряжаются за счет обратимой реакции восстановления-окисления через мембрану. В процессе зарядки ионы окисляются на положительном электроде (высвобождение электронов) и восстанавливаются на отрицательном электроде (захват электронов).Это означает, что электроны перемещаются от активного материала (электролита) положительного электрода к активному материалу отрицательного электрода. При разряде процесс меняется на противоположный, и энергия высвобождается. Активные материалы представляют собой окислительно-восстановительные пары, , то есть химических соединений, которые могут поглощать и выделять электроны.

Ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи (VRFB или V-flow) используют ванадий с несколькими степенями окисления для хранения и высвобождения заряда. Они подходят для больших стационарных применений с длительным сроком службы (прибл.15 000 циклов, или «бесконечный»), полный разряд и низкая стоимость киловатт-часа по сравнению с литий-ионными при ежедневном или более частом циклировании. Батареи V-flow становятся более рентабельными, чем больше продолжительность хранения — часто около четырех часов — и тем выше потребность в мощности и энергии. Говорят, что экономический масштаб кроссовера составляет около 400 кВт · ч, выше которого они более экономичны, чем литий-ионные. Кроме того, они работают при температуре окружающей среды, поэтому менее подвержены возгоранию, чем литий-ионные. По стоимости и масштабу у VRFB есть основные сетевые и отраслевые приложения — до проектов ГВтч, а не МВтч.

С помощью RFB можно отдельно масштабировать энергию и мощность. Мощность определяет размер ячейки или количество ячеек, а энергия определяется количеством носителя для хранения энергии. Модули мощностью до 250 кВт с возможностью сборки до 100 МВт. Это позволяет лучше адаптировать проточные окислительно-восстановительные батареи к конкретным требованиям, чем другие технологии. Теоретически не существует ограничений на количество энергии, и часто конкретные инвестиционные затраты снижаются с увеличением отношения энергия / мощность, поскольку носитель энергии обычно имеет сравнительно низкие затраты.

Модельная «пиковая» электростанция в Китае имеет солнечные фотоэлектрические установки мощностью 100 МВт и VRFB мощностью 100 МВт / 500 МВт-ч.

Общий вывод испытания PG&E заключался в том, что если батареи должны использоваться для энергетического арбитража, их следует размещать вместе с ветряными или солнечными фермами — часто вдали от основного центра нагрузки. Однако, если они будут использоваться для регулирования частоты, их лучше размещать поблизости от городских или промышленных центров нагрузки. Поскольку поток доходов от управления частотой намного лучше, чем арбитраж, коммунальные предприятия обычно предпочитают центр города, а не удаленные места для активов, которыми они владеют.

Стоимость литий-ионных аккумуляторов

упала на две трети в период с 2000 по 2015 год, примерно до 700 долларов за кВт · ч, что обусловлено рынком транспортных средств, и к 2025 году прогнозируется дальнейшее снижение стоимости вдвое. такая же ставка, а в 2015 г. добавила около 15% к стоимости аккумуляторов для приложений, не относящихся к транспортным средствам.

Материалы литий-ионных аккумуляторов

Поскольку использование литий-ионных батарей увеличилось, а прогнозы на будущее еще больше увеличились, внимание переключилось на источники материалов.

Литий — довольно распространенный элемент, и в 2017 году около 39% мировых поставок приходилось на батареи. Большая часть поставок поступает из Австралии и Южной Америки. См. Также сопутствующий информационный документ о литии.

Электродные материалы литий-ионных аккумуляторов также пользуются спросом, особенно кобальт, никель, марганец и графит.

Графит в основном производится в Китае — 1,8 миллиона тонн в 2015 году из примерно 2.Всего 1 миллион тонн.

Кобальт в основном добывается в Конго (ДРК) — 83 529 тонн в 2015 году, за ней следуют Новая Каледония (11 200 тонн), Китай (9600 тонн), Канада (7500 тонн), Австралия (6000 тонн) и Филиппины ( 4000 т). Ресурсы в основном находятся в ДРК и Австралии.

Никель производится во многих странах с широко разбросанными ресурсами.

Переработка этих материалов из старых батарей стоит дорого.

Литий-ионные батареи можно разделить на категории по химическому составу их катодов. Различное сочетание минералов приводит к существенно разным характеристикам батареи:

  • Литий-никель-кобальт-алюминиевый оксидный аккумулятор (NCA) — диапазон удельной энергии (200–250 Втч / кг), высокая удельная мощность, срок службы от 1000 до 1500 полных циклов. Используется в некоторых электромобилях премиум-класса (, например, Tesla), но дороже, чем другие химические продукты.
  • Литий-никель-марганцево-оксидно-оксидный (NMC) аккумулятор — диапазон удельной энергии (140-200 Втч / кг), срок службы 1000-2000 полных циклов. Чаще всего используются аккумуляторные батареи в электрических и гибридных электромобилях. Более низкая плотность энергии, чем у NCA, но более длительный срок службы.
  • Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LFP) — диапазон удельной энергии (90–140 Втч / кг), срок службы 2000 полных циклов. Низкая удельная энергия — ограничение для использования в электромобилях большой дальности. Может быть предпочтительным для стационарных приложений хранения энергии или транспортных средств, где размер и вес батареи менее важны.Сообщается, что он менее подвержен тепловому неуправлению и возгоранию.
  • Литий-оксидно-марганцевый аккумулятор (LMO) — диапазон удельной энергии (100-140 Вт · ч / кг), срок службы 1000-1500 циклов. Безкобальтовая химия рассматривается как преимущество. Используется в электрических велосипедах и некоторых коммерческих автомобилях.

Суперконденсаторы

Конденсатор накапливает энергию за счет статического заряда, в отличие от электрохимической реакции. Суперконденсаторы очень большие и используются для накопления энергии, подвергаясь частым циклам зарядки и разрядки при высоком токе и короткой продолжительности.Они эволюционировали и перешли в аккумуляторную технологию с использованием специальных электродов и электролита. Они работают от 2,5-2,7 вольт и заряжаются менее чем за десять секунд. Разряд составляет менее 60 секунд, и напряжение постепенно падает. Удельная энергия суперконденсаторов составляет до 30 Втч / кг, что намного меньше, чем у литий-ионной батареи.

Стабилизаторы синхронные вращающиеся

Чтобы компенсировать отсутствие синхронной инерции в генерирующей установке, когда существует высокая зависимость от источников ветра и солнца, к системе могут быть добавлены синхронные конденсаторы (синконы), также известные как вращающиеся стабилизаторы.Они используются для управления частотой и напряжением, когда необходимо повысить стабильность сети из-за высокой доли переменного возобновляемого источника. Они обеспечивают надежную синхронную инерцию и могут помочь стабилизировать отклонения частоты за счет выработки и поглощения реактивной мощности. Они не являются накопителями энергии в обычном смысле и описаны на информационной странице «Возобновляемые источники энергии и электричество».

Аккумуляторные системы по всему миру

Европа

Общая установленная мощность аккумуляторов, не связанных с гидроаккумулятором, в Европе достигла 2.По данным Европейской ассоциации накопителей энергии, 7 ГВтч на конец 2018 года и, по прогнозам, к концу 2020 года составят 5,5 ГВтч. Сюда входят бытовые системы, на которые приходится более одной трети добавлений 2019-20 годов. EDF планирует к 2035 году иметь 10 ГВт аккумуляторных батарей по всей Европе. В марте 2020 года Total запустила проект литий-ионных аккумуляторов 25 МВт / 25 МВт-ч в Мардике недалеко от Дюнкерка, который станет «крупнейшим во Франции».

Первый из шести запланированных литий-ионных энергоблоков STEAG мощностью 15 МВт в программе стоимостью 100 млн. Евро и мощностью 90 МВт был запущен в июне 2016 года на угольном предприятии в Люнене в Германии.Чтобы иметь право на коммерческую эксплуатацию, батареи должны отвечать на автоматические вызовы в течение 30 секунд и быть способными работать не менее 30 минут.

В Германии RWE инвестировала 6 миллионов евро в литий-ионную аккумуляторную систему 7,8 МВт / 7 МВтч на своей электростанции Herdecke недалеко от Дортмунда, где коммунальное предприятие эксплуатирует гидроаккумулирующую станцию. Работает с 2018 года.

В Германии в 2015 году в Фельдхайме, Бранденбург, была введена в эксплуатацию литий-ионная аккумуляторная система емкостью 10 МВт / 10,8 МВтч.Он имеет 3360 литий-ионных модулей от LG Chem в Южной Корее. Батарейный блок стоимостью 13 миллионов евро хранит электроэнергию, вырабатываемую местной ветряной электростанцией мощностью 72 МВт, и был построен для стабилизации энергосистемы TSO 50Hertz Transmission. Он также участвует в еженедельных торгах на получение первичного контрольного резерва.

RWE планирует установить литий-ионную батарею мощностью 45 МВт на своем Лингене и батарею мощностью 72 МВт на электростанциях Верне-Герштайн к концу 2022 года, в основном для FCAS. Компания Siemens планирует установить аккумуляторную батарею на 200 МВт / 200 МВт-ч в Вунзиделе в Баварии для хранения энергии и управления пиковыми нагрузками.

Голландское коммунальное предприятие Eneco и Mitsubishi, известное как EnspireME, установили литий-ионную батарею 48 МВт / 50 МВтч в Ярделунде на севере Германии. Батарея предназначена для обеспечения первичного резерва в сети и повышения стабильности сети в регионе с множеством ветряных турбин и проблемами с перегрузкой сети.

Сообщается, что

немецких операторов аккумуляторных систем, которые еженедельно выставляются на первичный резервный рынок, получили среднюю цену 17,8 евро / МВтч за 18 месяцев до ноября 2016 года.

В Испании Acciona ввела в эксплуатацию ветряную электростанцию ​​с BESS в мае 2017 года. Завод Acciona оснащен двумя системами литий-ионных аккумуляторов Samsung, одна из которых вырабатывает 1 МВт / 390 кВтч, а другая — 0,7 МВт / 700 кВтч, подключенная к 3 МВт. ветряк и по сети. Оба, похоже, имеют частотную характеристику как часть своей роли.

В мае 2016 года Fortum в Финляндии заключила контракт с французской компанией по производству аккумуляторов Saft на поставку системы накопления энергии на литий-ионных аккумуляторах мощностью 2 миллиона евро для своей электростанции Суоменоя в рамках крупнейшего пилотного проекта BESS в странах Северной Европы.Он будет иметь номинальную мощность 2 МВт и сможет хранить 1 МВт-ч электроэнергии, которая будет предложена TSO для регулирования частоты и сглаживания мощности. Это похоже на систему, действующую во французском регионе Об, соединяющую две ветряные электростанции общей мощностью 18 МВт. С 2012 года Saft развернула аккумуляторные батареи мощностью более 80 МВт.

В Великобритании в августе 2019 года было зарегистрировано, что в эксплуатации находится аккумуляторная батарея мощностью 475 МВт. В этом случае 11 проектов варьировались от 10 до 87 МВт, большинство из которых имеют контракты с улучшенной частотной характеристикой.

Компания возобновляемых источников энергии RES обеспечивает 55 МВт динамической частотной характеристики от литий-ионного аккумулятора до National Grid.ВИЭ уже эксплуатирует более 100 МВт / 60 МВтч аккумуляторных батарей, в основном в Северной Америке.

В марте 2020 года финская компания Wartsila выиграла контракт на поставку двух литий-ионных батарей мощностью 50 МВт для компании EDF Pivot Power, поскольку она приступает к программе хранения 2 ГВт для сети сетевых батарей для вспомогательных сетевых услуг и зарядки электромобилей. Третья батарея мощностью 50 МВт в Саутгемптоне была произведена компанией Downing LLP. EDF Energy Renewables имеет проект по хранению аккумуляторов мощностью 49 МВт для National Grid на площадке EDF Energy в Вест-Бертоне в Северном Йоркшире.

Заместитель государственного секретаря Великобритании по вопросам энергетики Эмбер Радд посетила предприятие Leighton Buzzard в 2014 году (UK Power Networks)

В Северной Ирландии американский производитель AES завершил строительство массива накопителей энергии 10 МВт / 5 МВт-ч на своей электростанции Килрут в Каррикфергусе. Система состоит из более чем 53 000 литий-ионных батарей, размещенных в 136 отдельных узлах с системой управления, которая реагирует на изменения в сети менее чем за секунду. Это самая большая передовая система хранения энергии в Соединенном Королевстве и Ирландии и единственная такая система в масштабе передачи согласно AES.Компания хочет построить массив хранения мощностью до 100 МВт, обеспечивая экономию системы в размере 8,5 миллионов фунтов стерлингов в год, «заменяя неуместные резервные тепловые электростанции и способствуя более полной интеграции существующих возобновляемых источников энергии».

В Великобритании, на Оркнейских островах, работает система хранения литий-ионных аккумуляторов мощностью 2 МВт / 500 кВтч. На этой электростанции в Киркволле используются батареи Mitsubishi в двух транспортных контейнерах по 12,2 метра, и она накапливает энергию от ветряных турбин.

В Сомерсете компания Cranborne Energy Storage имеет литий-ионную систему хранения Tesla Powerpack мощностью 250 кВт / 500 кВтч, связанную с солнечной фотоэлектрической установкой мощностью 500 кВт.Tesla утверждает, что блоки питания могут быть сконфигурированы для подачи мощности и мощности в сеть в качестве отдельного актива, предлагая услуги регулирования частоты, напряжения и вращающегося резерва. Стандартный промышленный блок питания Tesla составляет 50 кВт / 210 кВтч с КПД в оба конца 88%.

В Великобритании компания Statoil заказала проект литий-ионной аккумуляторной системы мощностью 1 МВтч, Batwind, в качестве берегового хранилища для морского проекта Hywind мощностью 30 МВт в Петерхеде, Шотландия. С 2018 года он должен хранить избыточную продукцию, снижать затраты на балансировку и позволять проекту регулировать собственное энергоснабжение и фиксировать пиковые цены посредством арбитража.

Северная Америка

В ноябре 2016 года компания Pacific Gas & Electricity Co (PG&E) сообщила о 18-месячном демонстрационном проекте по изучению производительности аккумуляторных систем хранения, участвующих в рынках электроэнергии Калифорнии. В рамках проекта, начатого в 2014 году, использовались натриево-серные аккумуляторные батареи компании PG&E мощностью 2/14 МВт / ч Vaca-Dixon и 4 МВт Yerba Buena для предоставления энергии и вспомогательных услуг на рынках независимого системного оператора Калифорнии (CAISO), контролируемых CAISO на этом оптовом рынке. .Пилотный проект Yerba Buena BESS стоимостью 18 миллионов долларов был запущен PG&E в 2013 году при поддержке Калифорнийской энергетической комиссии в размере 3,3 миллиона долларов. Vaca-Dixon BESS связана с солнечной электростанцией PG&E в округе Солано.

Отчет PG&E показал, что батареи все еще далеки от рентабельности, даже если предположить, что срок службы батареи составляет 20 лет. Используемая для энергетического арбитража (взимание платы при низкой цене и разгрузка при высокой цене), установка на 6 МВтэ едва покрывала операционные расходы. Достигнутый запас в стоимости арбитража мощности был израсходован на 25% потерь мощности между циклами из-за неэффективности зарядки и разрядки, а также на энергию, необходимую для поддержания рабочих температур (300 ° C) батарей.Было подтверждено оптимальное использование BESS в качестве частотного регулирования, при этом батареи поддерживались наполовину заряженными и готовыми к зарядке или разрядке в соответствии с требованиями для компенсации несоответствий между генерацией и нагрузкой. Время ответа очень быстрое и, следовательно, очень ценно для CAISO (или любого TSO). При использовании полностью для регулирования частоты хранилище мощностью 2 МВт принесло почти 35 000 долларов в месяц — лучше, чем при альтернативном использовании, но все же невысоко окупаемость инвестиций в размере 11 миллионов долларов. Оперативный контроль оказался чрезвычайно сложным.PG&E сообщила Ассамблее Калифорнии: «С законопроектом 2514 о собрании Калифорнии и его требованиями о закупке коммунальными предприятиями 1,3 гигаватт накопителей энергии, налогоплательщики Калифорнии могут рассчитывать заплатить миллиарды долларов за развертывание и эксплуатацию этих ресурсов».

В 2017 году PG&E будет использовать батарею Yerba Buena для другой демонстрации технологии, включающей координацию сторонних распределенных энергоресурсов (DER), таких как солнечная энергия для жилых и коммерческих помещений, с использованием интеллектуальных инверторов и аккумуляторов, контролируемых с помощью распределенного управления энергоресурсами. система (ДЕРМС).

В августе 2015 года GE заключила контракт на строительство литий-ионной аккумуляторной батареи 30 МВт / 20 МВт-ч для Coachella Energy Storage Partners (CESP) в Калифорнии, в 160 км к востоку от Сан-Диего. Объект мощностью 33 МВт был завершен ZGlobal в ноябре 2016 года и будет способствовать гибкости сети и повышению надежности в сети Imperial Irrigation District, обеспечивая линейное изменение мощности солнечной энергии, частотное регулирование, балансировку мощности и возможность запуска с нуля для соседней газовой турбины.

San Diego Gas & Electric имеет литий-ионную BESS мощностью 30 МВт / 120 МВт-ч в Эскондидо, построенную AES Energy Storage и состоящую из 24 контейнеров, вмещающих 400 000 батарей Samsung в почти 20 000 модулей.Он будет обеспечивать вечерний пиковый спрос и частично заменяет хранилище газа в каньоне Алисо в 200 км к северу, которое пришлось закрыть в начале 2016 года из-за крупной утечки. (Он использовался для выработки газа при пиковой нагрузке.)

Аккумуляторный комплекс SDG&E мощностью 30 МВт в Эскондидо, Калифорния. (Фото: San Diego Gas & Electric)

Южная Калифорния Эдисон строит аккумуляторную установку мощностью 100 МВт / 400 МВтч, которая будет введена в эксплуатацию в 2021 году и будет включать 80 000 литий-ионных батарей в контейнерах.Еще один крупный предложенный проект SCE — это хранилище мощностью 20 МВт / 80 МВтч для компании AltaGas Pomona Energy на ее заводе, работающем на природном газе в Сан-Габриэле.

Крупный проект — проект по хранению литий-ионных аккумуляторов 8 МВт / 32 МВтч в Южной Калифорнии, Эдисон, стоимостью 50 миллионов долларов США, в сочетании с ветряной электростанцией мощностью 4500 МВт с использованием 10872 модулей по 56 ячеек каждый от LG Chem, которые могут обеспечивать мощность 8 МВт в течение четырех часов. . В 2016 году Tesla заключила контракт на поставку литий-ионной аккумуляторной системы мощностью 20 МВт / 80 МВт-ч для подстанции Мира Лома в Южной Калифорнии в Эдисоне, чтобы удовлетворить суточный пиковый спрос.

Очень большая аккумуляторная система была одобрена для газовой электростанции Moss Landing Vistra в округе Монтерей, Калифорния. В конечном итоге это может составить 1500 МВт / 6000 МВтч, начиная с 182,5 МВт / 730 МВтч в 2021 году. Он будет использовать мегапакеты мощностью 256 Тесла’3 МВтч. В остальном планы предварительные. Vistra планирует 300 МВт / 1200 МВтч в другом месте.

Сообщается, что

Tesla планирует вывести 50 ГВтч в сети к началу 2020-х годов.

Ветряная электростанция Laurel Mountain мощностью 98 МВт в Западной Вирджинии использует многофункциональную подключенную к сети BESS 32 МВт / 8 МВт-ч.Завод отвечает за регулирование частоты и стабильность сети на рынке PJM, а также за арбитраж. Литий-ионные аккумуляторы были произведены компанией A123 Systems, и после ввода в эксплуатацию в 2011 году они стали крупнейшими литий-ионными BESS в мире.

В декабре 2015 года EDF Renewable Energy ввела в эксплуатацию свой первый проект BESS в Северной Америке с гибкой мощностью 40 МВт (паспортная табличка 20 МВт) в сетевой сети PJM в Иллинойсе для участия в регулировании и рынках мощности. Литий-ионные батареи и силовая электроника были поставлены BYD America и состоят из 11 контейнерных блоков общей мощностью 20 МВт.Компания разрабатывает проекты хранения более 100 МВт в Северной Америке.

E.ON North America устанавливает две системы краткосрочных литий-ионных батарей мощностью 9,9 МВт для своих ветряных электростанций Pyron и Inadale в качестве хранилищ Texas Waves в Западном Техасе. Назначение в основном для вспомогательных услуг. Проект следует за Iron Horse мощностью 10 МВт около Тусона, штат Аризона, рядом с солнечной батареей мощностью 2 МВт.

SolarCity использует 272 блока питания Tesla Powerpacks (литий-ионная система хранения) для своего проекта солнечных панелей на острове Кауаи мощностью 13 МВт / 52 МВт / ч на Гавайях, чтобы удовлетворить вечерний пик спроса.Электроэнергия поставляется коммунальному кооперативу острова Кауаи (KIUC) по цене 13,9 цента / кВтч в течение 20 лет. KIUC также вводит в эксплуатацию проект с солнечной электростанцией мощностью 28 МВт и системой аккумуляторных батарей 20 МВт / 100 МВтч.

Toshiba поставила большой BESS для Гамильтона, штат Огайо, состоящий из литий-ионных батарей 6 МВт / 2 МВтч. Заявленный срок службы более 10 000 циклов заряда-разряда.

Powin Energy и Hecate Energy строят два проекта общей мощностью 12,8 МВт / 52,8 МВтч в Онтарио для Независимого оператора электроэнергетической системы.Батарейный блок Powin’s Stack 140 мощностью 2 МВт / ч будет включать системы в Китченере (20 массивов) и Стратфорде (6 массивов).

Крупный аккумулятор электроэнергии для коммунальных предприятий представляет собой натриево-серную (NaS) батарею мощностью 4 МВт. Система обеспечивает повышенную надежность и качество электроэнергии для города Президио в Техасе. В начале 2010 года на него было подано питание, чтобы обеспечить быстрое резервирование ветровой мощности в местной энергосистеме ERCOT. Натрий-серные батареи широко используются в других странах для аналогичных функций.

В Анкоридже, Аляска, 2 МВт / 0.Аккумуляторная система мощностью 5 МВтч дополнена маховиком для использования энергии ветра.

Avista Corp. в штате Вашингтон, северо-запад США, покупает ванадиевую проточную батарею с окислительно-восстановительным потенциалом мощностью 3,6 МВт (VRFB) для балансировки нагрузки за счет возобновляемых источников энергии.

ISO

Онтарио заключил контракт с компанией ViZn Energy Systems на цинк-железную проточную батарею с окислительно-восстановительным потенциалом мощностью 2 МВт.

Восточная Азия

Китайская национальная комиссия по развитию и реформе (NDRC) призвала к установке нескольких 100-мегаваттных ванадиевых окислительно-восстановительных батарей (VRFB) к концу 2020 г. Блок накопителя энергии с маховиком класса MW / 1000 MJ, системы накопления энергии литий-ионной батареи мощностью 100 MW и новый тип накопителя расплавленной соли большой емкости).

Rongke Power устанавливает VRFB мощностью 200 МВт / 800 МВтч в Даляне, Китай, утверждая, что он является крупнейшим в мире. Он предназначен для удовлетворения пикового спроса, уменьшения количества отключений от близлежащих ветряных электростанций, повышения стабильности энергосистемы и обеспечения пусковой мощности с нуля с середины 2019 года. Rongke планирует производить 2 ГВт / год на заводе в 2020-х годах. Пу Ненг в Пекине планирует крупномасштабное производство VRFB, и в ноябре 2017 года получил контракт на строительство блока мощностью 400 МВтч. Sumitomo поставила VRFB мощностью 15/60 МВт / ч для Hepco в Японии, введенная в эксплуатацию в 2015 году.

Китайская компания VRB Energy разрабатывает несколько проектов по производству проточных батарей: провинция Цинхай, 2 МВт / 10 МВтч для ветровой интеграции; Провинция Хубэй, интеграция фотоэлектрических систем мощностью 10 МВт / 50 МВтч увеличена до 100 МВт / 500 МВтч; Провинция Ляньлун, интеграция возобновляемых источников энергии 200 МВт / 800 МВтч; Интеграция оффшорной ветроэнергетики Jiangsu 200 MW / 1000 MWh.

Hokkaido Electric Power заключила с Sumitomo Electric Industries контракт на поставку системы хранения энергии от проточной аккумуляторной батареи для ветряной электростанции на севере Японии. Это будет ванадиевая проточная окислительно-восстановительная батарея (VRFB) мощностью 17 МВт / 51 МВтч, способная хранить три часа, которая должна быть введена в эксплуатацию в 2022 году на заводе Abira, с расчетным сроком службы 20 лет.Хоккайдо уже эксплуатирует ВРЭС мощностью 15 МВт / 60 МВт-ч, также построенную Sumitomo Electric в 2015 году.

Австралия

В Южной Австралии Hornsdale Power Reserve представляет собой литий-ионную систему Tesla мощностью 150/194 МВт / ч рядом с ветряной электростанцией Neoen в Хорнсдейле (309 МВт (эл.)) Недалеко от Джеймстауна. Около 70 МВт мощности передано правительству штата по контракту для обеспечения стабильности сети и безопасности системы, включая вспомогательные услуги по контролю частоты (FCAS). Более подробная информация приведена в разделе « Аккумуляторные системы хранения энергии » выше.

В Виктории, Neoen строит викторианскую большую батарею мощностью 300/450 МВт / ч недалеко от Джилонга. Neoen имеет контракт на сетевые услуги на 250 МВт с Австралийским оператором энергетического рынка (AEMO), чтобы помочь в стабильности сети и «получить больше возобновляемой энергии» с FCAS. Компания Tesla заключила контракт на поставку и эксплуатацию системы, состоящей из 210 мегапакетов Tesla, которые, как ожидается, будут подключены к 2022 году. Во время первоначального тестирования в конце июля 2021 года загорелся один из мегапакетов Tesla.

Компания Neoen построила батарею 20 МВт / 34 МВтч в дополнение к ветряной электростанции 196 МВт в Ставелле, Виктория, для Bulgana Green Power Hub.

В Виктории аккумуляторная батарея мощностью 30 МВт / 30 МВтч, поставляемая компанией Fluence, находится рядом с Балларатом, а в Ганнаварре, недалеко от Керанга, с 2018 года батарея Tesla Powerpack мощностью 25 МВт / 50 МВтч интегрирована с солнечной фермой мощностью 50 МВт.

В Южной Австралии компания Lyon Group предлагает солнечную фотоэлектрическую установку мощностью 330 МВт (эл. Рядом с рудником Олимпик Дам на севере штата, Lyon Group предлагает проект солнечной фотоэлектрической системы мощностью 120 МВт плюс 100 МВт / 200 МВтч аккумуляторной батареи Kingfisher, которая, вероятно, будет стоить 250 миллионов и 150 миллионов долларов соответственно.

AGL заключила контракт с Wärtsilä на поставку литий-железо-фосфатной батареи 250 МВт / 250 МВтч для газовой электростанции на острове Торренс недалеко от Аделаиды для использования с 2023 года. Ее можно расширить до 1000 МВтч.

Большая батарея Playford мощностью 100 МВт / 100 МВт / ч планируется построить в Южной Австралии в связи с проектом Cultana мощностью 280 МВт на солнечной энергии для обслуживания сталелитейного завода Арриум Уайалла.

Первая в Австралии проточная аккумуляторная батарея будет построена в Нейродла, в 430 км к северу от Аделаиды.Он будет поставляться компанией Invinity и иметь мощность 2 МВт / 8 МВт · ч для обеспечения вечернего пикового питания и дополнительных услуг, заряжаемых солнечной батареей мощностью 6 МВт. Индивидуальные модули VRFB 40 кВт.

В Квинсленде на юге Вандоан для Vena Energy устанавливается батарея мощностью 100 МВт / 150 МВтч.

В Квинсленде, недалеко от Лейкленда, к югу от Куктауна, солнечная фотоэлектрическая установка мощностью 10,4 МВт должна быть дополнена литий-ионной батареей 1,4 МВт / 5,3 МВтч в качестве границы сети с автономным режимом во время вечернего пика.Он будет использовать завод Conergy Hybrid Energy Storage Solution и должен быть запущен в 2017 году. Проект стоимостью 42,5 миллиона австралийских долларов снизит потребность в модернизации сети. BHP Billiton участвует в этом проекте как возможном прототипе удаленных рудников. Другие подобные системы есть на рудниках Degrussa и Weipa.

На северо-западе Австралии литий-ионная батарея Kokam мощностью 35 МВт / 11,4 МВт-ч работает с сентября 2017 года в частной сети, обслуживающей шахты, рядом с газовой электростанцией мощностью 178 МВт с медленным срабатыванием.Это помогло с регулировкой частоты и стабилизацией небольшой сети. С предлагаемым добавлением 60 МВт солнечной мощности предусмотрена вторая батарея.

У Тома Прайса в Пилбаре батарея мощностью 45 МВт / 12 МВтч работает как виртуальная синхронная машина, заменяя резерв вращения в газовых турбинах. Также устанавливается батарея Hitachi мощностью 50 МВт / 75 МВтч. Батарея мощностью 35 МВт / 12 МВтч уже работает неподалеку, на горе Ньюман.

Другие страны

В Руанде установлен контракт на 2,68 МВт-ч аккумуляторных батарей от немецкой Tesvolt для обеспечения резервного питания для сельскохозяйственного орошения вне сети с использованием литий-ионных элементов Samsung в 4.Модули на 8 кВтч. Tesvolt заявляет 6000 полных циклов зарядки со 100% глубиной разряда в течение 30 лет службы.

Аккумуляторы других технологий (кроме литий-ионных)

NB Ванадиевые проточные и натриево-серные батареи описаны в разделе «Аккумуляторные батареи» выше.

RedFlow имеет ряд модулей проточных батарей на основе бромистого цинка (ZBM), которые могут быть установлены в связи с прерывистым питанием и способны ежедневно глубоко разряжаться и заряжаться.Они более долговечны, чем литий-ионные, и ожидаемая пропускная способность по энергии для меньших блоков ZBM составляет до 44 МВтч. Крупногабаритные аккумуляторные блоки (LSB) состоят из 60 аккумуляторов ZBM-3, которые выдают пиковую мощность 300 кВт, непрерывную мощность 240 кВт, при напряжении 400-800 вольт и обеспечивают мощность 660 кВтч.

Eos Energy Storage в США использует водную цинковую батарею Znyth с цинковым гибридным катодом, оптимизированную для поддержки энергосистемы, обеспечивая непрерывную разрядку от 4 до 6 часов. Он включает в себя блоки мощностью 4 кВтч, составляющие подсистемы 250 кВт / 1 МВтч, и полную систему мощностью 1 МВт / 4 МВтч.В сентябре 2019 года Eos и Holtec International объявили о создании Hi-Power, совместного предприятия для массового производства цинковых батарей на водной основе для хранения энергии в промышленных масштабах, включая хранение избыточной энергии от небольших модульных реакторов Holtec SMR-160 для подачи энергии на энергоносители. сеть во время пикового спроса.

Duke Energy тестирует гибридную систему ультраконденсатор-аккумуляторная батарея (HESS) в Северной Каролине, недалеко от солнечной установки мощностью 1,2 МВт. В батарее 100 кВт / 300 кВтч используется водно-гибридная ионно-химическая технология с электролитом из соленой воды и синтетическим хлопковым сепаратором.Ультраконденсаторы с быстрым откликом сглаживают колебания нагрузки.

Недорогие свинцово-кислотные батареи также широко используются в небольших коммунальных службах, причем батареи мощностью до 1 МВт используются для стабилизации выработки электроэнергии ветряными электростанциями. Они намного дешевле литий-ионных, некоторые из них способны выдерживать до 4000 циклов глубокой разрядки и могут быть полностью переработаны по окончании срока службы. Ecoult UltraBattery сочетает в себе свинцово-кислотную батарею с клапанной регулировкой (VRLA) и ультраконденсатор в одном элементе, обеспечивая высокоскоростную работу с частичным зарядом, долговечность и эффективность.Система UltraBattery 250 кВт / 1000 кВтч с 1280 батареями Ecoult была введена в эксплуатацию в сентябре 2011 года на проекте хранения энергии PNM Prosperity в Альбукерке, штат Нью-Мексико, компанией S&C Electric в связи с солнечной фотоэлектрической системой мощностью 500 кВт, в первую очередь для регулирования напряжения. Самая большая в Австралии система хранения свинцово-кислотных аккумуляторов мощностью 3 МВт / 1,5 МВтч на острове Кинг.

Стэнфордский университет разрабатывает алюминиево-ионную батарею , которая отличается низкой стоимостью, низкой воспламеняемостью и высокой емкостью заряда более 7500 циклов.Он имеет алюминиевый анод и графитовый катод с солевым электролитом, но выдает только низкое напряжение.

Весы бытовые BESS

В мае 2015 года Tesla объявила о выпуске бытовой аккумуляторной батареи емкостью 7 или 10 кВтч для хранения электроэнергии из возобновляемых источников энергии с использованием литий-ионных аккумуляторов, подобных тем, что используются в автомобилях Tesla. Он выдает 2 кВт и работает от 350-450 вольт. Система Powerwall будет продаваться установщикам по цене 3000 долларов за блок на 7 кВтч или 3500 долларов за 10 кВтч, хотя последний вариант был незамедлительно прекращен, а первый снижен до 6.Накопитель 4 кВтч и мощность 3,3 кВт. Несмотря на то, что это явно внутренний масштаб, если оно будет широко использоваться, это повлечет за собой последствия для энергосистемы. Tesla требует 15 центнеров / кВтч для использования хранилища плюс стоимость этой возобновляемой энергии на начальном этапе, с 10-летней гарантией на 3650 циклов, покрывающей снижение выработки до 3,8 кВтч в пятый год, всего 18000 кВтч.

В Великобритании Powervault поставляет различные батареи для домашнего использования, в основном с солнечными фотоэлектрическими батареями, но также с целью экономии с помощью интеллектуальных счетчиков. Его свинцово-кислотная батарея на 4 кВтч является самым популярным продуктом, установленным за 2900 фунтов стерлингов, хотя фактические батареи необходимо заменять каждые пять лет.Установленная литий-ионная установка мощностью 4 кВт · ч стоит 3900 фунтов стерлингов, а стоимость других продуктов варьируется от 2 до 6 кВт · ч, а стоимость установки составляет до 5000 фунтов стерлингов.

В апреле 2017 года LG Chem предлагала в Северной Америке ряд аккумуляторов, как низковольтных, так и высоковольтных. Он имеет 48-вольтовые батареи на 3,3, 6,5 и 9,8 кВтч и 400-вольтовые батареи на 7,0 и 9,8 кВтч.

Бытовые литий-ионные BESS могут подлежать ограничениям по возгоранию, которые запрещают прикрепление устройств к стенам жилища.

Накопитель энергии сжатый воздух

Хранение энергии со сжатым воздухом (CAES) в геологических пещерах или старых шахтах испытывается как относительно крупномасштабная технология хранения с использованием газовых или электрических компрессоров, при этом адиабатическое тепло сбрасывается (это диабатическая система).При выпуске (с предварительным нагревом для компенсации адиабатического охлаждения) он приводит в действие газовую турбину с дополнительным сжиганием топлива, а выхлопные газы используются для предварительного нагрева. Если адиабатическое тепло от сжатия сохраняется и используется позже для предварительного нагрева, система является адиабатической CAES (A-CAES).

Установки

CAES могут иметь мощность до 300 МВт с общим КПД около 70%. Мощность CAES может сравняться с производством ветряной электростанции или 5-10 МВт солнечной фотоэлектрической мощности и сделать ее частично управляемой. Две диабатические системы CAES находятся в эксплуатации, в Алабаме (110 МВт, 2860 МВтч) и Германии (290 МВт, 580 МВтч), а другие были испытаны или разработаны в других местах США.

Батареи

имеют лучшую эффективность, чем CAES (выходная мощность как доля потребляемой электроэнергии), но они стоят больше на единицу емкости, а системы CAES могут быть намного больше.

Duke Energy и три другие компании разрабатывают проект мощностью 1200 МВт и стоимостью 1,5 миллиарда долларов в штате Юта, вспомогательный для ветряной электростанции 2100 МВт и других возобновляемых источников. Это проект межгорного хранения энергии с использованием соляных пещер. Он нацелен на 48-часовую продолжительность разряда для преодоления перерывов в перемежаемости, следовательно, очевидно, более 50 ГВтч.Сайт может также хранить излишки солнечной энергии, передаваемой из Южной Калифорнии. Его планируется построить в четыре очереди по 300 МВт.

Gaelectric Energy Storage планирует проект CAES мощностью 550 ГВт / год в Ларне, Северная Ирландия.

В США проект Gill Ranch CAES адаптируется как установка для хранения энергии на сжатом газе (CGES), где под давлением хранится природный газ, а не воздух. Газ хранится при давлении около 2500 фунтов на квадратный дюйм и температуре 38 ° C. Расширение трубопровода до давления 900 фунтов на квадратный дюйм требует предварительного нагрева, чтобы избежать образования жидкой воды и гидратов.

Toronto Hydro с Hydrostor реализует пилотный проект с использованием сжатого воздуха в баллонах на глубине 55 м под водой в озере Онтарио для выработки 0,66 МВт за один час.

Криогенное хранилище

Технология работает путем охлаждения воздуха до -196 ° C, после чего он превращается в жидкость для хранения в изолированных резервуарах низкого давления. Воздействие температуры окружающей среды вызывает быструю регазификацию и 700-кратное расширение объема, используемого для привода турбины и выработки электроэнергии без сгорания.Компания Highview Power в Великобритании планирует построить промышленную установку с «жидким воздухом» мощностью 50 МВт / 250 МВт-ч на заброшенной электростанции на базе пилотной установки в Слау и демонстрационной установки около Манчестера. Энергия может храниться в течение нескольких недель (вместо часов, как для батарей) по прогнозируемой нормированной стоимости 110 фунтов стерлингов / МВтч (142 доллара США / МВтч) для 10-часовой системы, 200 МВт / 2 ГВтч.

Тепловой накопитель

Как описано в подразделе солнечной тепловой энергии документа WNA по возобновляемой энергии, некоторые заводы CSP используют расплав соли для хранения энергии в течение ночи.Испанская Gemasolar мощностью 20 МВт (эл.) Заявляет, что является первой в мире электростанцией CSP, работающей с близкой к базовой нагрузке, с коэффициентом мощности 63%. Испанская электростанция Andasol мощностью 200 МВт (эл.) Также использует аккумуляторы тепла из расплавленных солей, как и калифорнийская электростанция Solana мощностью 280 МВт (эл.).

Компания Moltex, разработчик реактора на расплавленной соли (MSR), выдвинула концепцию аккумулирования тепла расплавленной соли (GridReserve) в дополнение к периодически возобновляемым источникам энергии. Moltex предлагает реактор стабильной соли мощностью 1000 МВт (эл.), Работающий непрерывно, отводя тепло с температурой около 600 ° C в периоды низкого спроса на хранение нитратной соли (как это используется в солнечных установках CSP).В периоды высокого спроса выходная мощность может быть увеличена вдвое до 2000 МВт, используя накопленное тепло на срок до восьми часов. Утверждается, что теплоаккумулятор добавляет к нормированной стоимости электроэнергии всего 3 фунта стерлингов / МВтч.

Другая форма аккумулирования тепла разрабатывается в Южной Австралии, где компания 1414 (14D) использует расплавленный кремний . Процесс может хранить 500 кВтч в 70-сантиметровом кубе расплавленного кремния, что примерно в 36 раз больше, чем у Tesla Powerwall в том же пространстве. Он разряжается через теплообменное устройство, такое как двигатель Стирлинга или турбина, и рециркулирует тепло.Блок мощностью 10 МВт-ч будет стоить около 700 000 австралийских долларов. (1414 ° C — температура плавления кремния.) Демонстрационный TESS должен быть на проекте солнечной энергии Aurora недалеко от Порт-Огаста, Южная Австралия.

Также в Австралии смешанный материал под названием сплав с зазором смешиваемости (MGA) накапливает энергию в виде тепла. MGA состоит из небольших блоков смешанных металлов, которые получают энергию, генерируемую возобновляемыми источниками, такими как солнечная и ветровая энергия, которая является избыточной для потребностей сети, и хранят ее в течение недели. Стоимость составляет 35 долларов за кВт · ч, что намного меньше, чем у литий-ионных батарей, но у них более медленное время отклика, чем у батарей — 15 минут.Тепло выделяется для выработки пара, возможно, на перепрофилированных угольных электростанциях. Компания MGA Thermal была выделена из Университета Ньюкасла и с помощью федерального гранта строит пилотный завод. Компания разрабатывает несколько систем для температур от 200 ° C до 1400 ° C.

Еще одна форма хранения энергии — лед. Ice Energy имеет контракты с компанией Edison в Южной Калифорнии на обеспечение 25,6 МВт аккумулирования тепловой энергии с использованием системы Ice Bear, подключенной к большим блокам кондиционирования воздуха.Это делает лед ночью, когда потребление энергии низкое, а затем использует его для охлаждения в течение дня вместо компрессоров кондиционирования воздуха, тем самым снижая пиковое потребление.

Хранение водорода

В Германии компания Siemens ввела в эксплуатацию установку для хранения водорода мощностью 6 МВт с использованием технологии протонообменной мембраны (PEM) для преобразования избыточной энергии ветра в водород для использования в топливных элементах или добавления природного газа. Завод в Майнце — крупнейшая установка PEM в мире.В Онтарио компания Hydrogenics в партнерстве с немецкой энергетической компанией E.ON создала установку PEM мощностью 2 МВт, которая была введена в эксплуатацию в августе 2014 года и превращала воду в водород посредством электролиза.

Эффективность электролиза топливных элементов в электричество составляет около 50%.

San Diego Gas & Electric работает с израильской компанией GenCell над установкой 30 резервных топливных элементов GenCell G5rx на своих подстанциях. Это щелочные топливные элементы на водородной основе мощностью 5 кВт. Они производятся в Израиле и используются там компанией Israel Electric Corporation.

Кинетическая память

Маховики накапливают кинетическую энергию и могут выполнять десятки тысяч циклов перезарядки.

ISO

Онтарио заключил контракт с NRStor Inc. на систему хранения маховика мощностью 2 МВт. Hawaiian Electric Co устанавливает систему маховика мощностью 80 кВт / 320 кВтч от Amber Kinetics для своей энергосистемы в Оаху, потенциально это может быть один модуль из нескольких. Обычно маховики, хранящие кинетическую энергию, готовую к превращению обратно в электричество, используются для управления частотой, а не для хранения энергии, они выдают энергию в течение относительно короткого периода времени и могут обеспечивать до 150 кВтч каждое.Amber Kinetics заявляет о возможности разряда в течение четырех часов.

Немецкая компания Stornetic производит установки DuraStor мощностью от десятков киловатт до мегаватта. Применения варьируются от рекуперативного торможения поездов до вспомогательных услуг ветряных электростанций.

В основном маховики используются в установках с вращающимся источником бесперебойного питания дизельного двигателя (DRUPS) с 7-11-секундной синхронной функцией сквозного пробега во время пуска встроенного дизельного генератора после сбоя в электросети.Это дает время — например. 30 секунд — для запуска нормального резервного дизельного двигателя. В противном случае маховик накапливает энергию.

База данных Global Energy Storage Министерства энергетики США содержит дополнительную информацию.


Примечания и ссылки

Джеффри Мишель, Германия устанавливает новый рекорд по хранению солнечной энергии, Energy Post , 18 июля 2016 г.
Тодд Кифер, CAISO Battery Storage Trial, Transmission & Distribution World , 21 ноября 2016 г.
Самая большая батарея в мире: проточная ванадиевая батарея 200 МВт / 800 МВт-ч — продолжаются работы на объекте, Electrek , 21 декабря 2017 г.
Джон Петерсен, CAISO Data, выделяет критические недостатки в развивающейся мифологии возобновляемых источников энергии и хранения, Seeking Alpha , 6 мая 2019 г. Григорий Соловейчик, ARPA-E (Министерство энергетики США), Аммиак как виртуальный переносчик водорода (ноябрь 2016 г.)
Международное энергетическое агентство (МЭА) и Агентство по ядерной энергии (АЯЭ), Прогнозируемые затраты на производство электроэнергии 2020

Энергетический рынок Филиппин

Энергетический рынок Филиппин предлагает возможности для производства СПГ, производства, передачи, распределения и автономных территорий.

Филиппины сталкиваются с нарастающим энергетическим кризисом, поскольку истощаются газовые месторождения Малампайи, обеспечивающие 30% энергопотребления Лусона, и ожидается, что они будут исчерпаны к 2024 году. Постоянно растущее население, санкционированный администрацией инфраструктурный бум и некоторые из самые высокие затраты на электроэнергию в ЮВ Все вместе Азия представляет собой огромные проблемы.

Правительство Филиппин заявило, что оно предполагает, что Филиппины будут энергетически самодостаточными, используя сочетание ископаемого топлива и возобновляемых источников энергии в качестве решений.К 2040 году потребуется около 43 ГВт дополнительных мощностей, и страна явно отстает от графика в разработке решений. Текущий энергетический баланс состоит из угля (47%), природного газа (22%), возобновляемых источников энергии (гидро, геотермальная, ветровая, солнечная) (24%) и нефти (6,2%) с текущими энергетическими мощностями в 23 ГВт. . Хотя страна проявила интерес к чистой энергии, очевидно, что это не произойдет за счет развития, и нет никаких штрафов или стимулов для использования различных типов источников энергии.Текущая сетка также не может содержать никаких дополнительных входных данных.

Электроэнергетический сектор полностью приватизирован, 80% рынка принадлежит одному крупному коммунальному предприятию, Meralco. Остальные 20% составляют несколько региональных игроков и более 100 электрических кооперативов. Потребность в энергетических решениях и новом оборудовании существует, но более крупные игроки принимают чисто коммерческие решения в пользу более низкой стоимости, а более мелкие игроки часто не могут покупать решения США в долгосрочной перспективе. Правительство ищет инвесторов для разведки на шельфе, но испытывает трудности, поскольку нынешние иностранные инвесторы сталкиваются с неприкосновенностью контрактов и проблемами с уплатой налогов, из-за чего новые инвесторы крайне не решаются рассматривать рынок.Это свидетельствует об отсутствии разведки на шельфе по сравнению с другими соседями АСЕАН.

Правительство объявило конкурс заявок на строительство первого в стране интегрированного импортного терминала СПГ мощностью 5 млн тонн в год. Компании частного сектора, управляющие терминалом, также должны будут закупать газ. Электроэнергетика: фирмы находятся на разных стадиях восстановления, модернизации и / или регулярного технического обслуживания электростанций. Это открывает ряд возможностей для поставки различного оборудования и услуг.

Решения необходимы для основной сети и новых проектов, таких как проект соединения Висайяс-Минданао стоимостью 2 миллиарда долларов. Небольшие коммунальные предприятия должны будут расширить свои возможности. Потребность в электричестве и решениях за пределами основных островов критична, но зачастую коммерчески невыгодна. Проекты, финансируемые USAID, открывают возможности для консалтинговых и пилотных проектов.

Американские фирмы могут рассчитывать на некоторую долю такого бизнеса, если они налаживают отношения с местными коммунальными предприятиями и регистрируются в качестве потенциальных поставщиков.Отсутствие энергетических стандартов действительно создает неопределенность, но, поскольку рынок управляется частным сектором, если какой-либо продукт / решение будет востребовано основными коммунальными предприятиями, можно ожидать, что оно в конечном итоге будет одобрено правительством.
Для получения дополнительной информации обращайтесь к: Тесс Сула, коммерческому специалисту, Коммерческая служба США на Филиппинах, электронная почта: [email protected]

Определение мощности Merriam-Webster

сила | \ ˈPau̇ (-ə) г \

1а (1) : способность действовать или производить эффект

(2) : возможность получать дополнительные базовые удары

(3) : способность действовать или подвергаться воздействию

б : юридический или официальный орган, дееспособность или право

: обладание контролем, властью или влиянием над другими

б : с такой мощностью конкретно : суверенное государство

c : контролирующая группа : учреждение — часто используется во фразе сильные мира сего

d архаичный : отряд вооруженных людей

е главным образом диалектный : большое количество или количество

: физическая мощь

б : умственная или моральная эффективность

c : политический контроль или влияние

: количество раз, указанное в экспоненте, когда число встречается в качестве множителя в продукте. 5 в третьей степени равно 125 также : сам товар 8 — степень двойки

: источник или средство подачи энергии особенно : электричество

c : скорость, с которой выполняется работа или выделяется или передается энергия.

9 : вероятность отклонения нулевой гипотезы в статистическом тесте, когда конкретная альтернативная гипотеза оказывается верной.

с питанием; питание; полномочия

непереходный глагол

1 : двигаться с помощью движущей силы

2 : , чтобы двигаться с большой скоростью или силой

1 : с механическим или электрическим управлением, а не вручную автомобиль с электроприводом замков

2 : в отношении или использовании силы играет в силовую игру также : мощный смысл 1 мощный критик

3 : относится к обеду, на котором влиятельные люди обсуждают бизнес или политику, или является им. мощный обед

Статус преобразования энергосистемы 2019: Гибкость энергосистемы — Анализ

Существует устоявшаяся и быстро растущая совокупность знаний об успешном управлении современными энергосистемами в переходный период.

За последнее десятилетие в области PST был накоплен значительный объем знаний, опыта и знаний.Большая часть этих знаний задокументирована в глобальных отчетах, в том числе в более ранних отчетах 21CPP и IEA 5; 6. Многие из ранее заявленных основных идей для политиков о поддержке гибкости системы все еще актуальны, в том числе о важности:

  • Снижение требований к гибкости энергосистемы за счет улучшения работы системы и расширения географического охвата энергосистем.
  • Координация и интеграция мероприятий по планированию в сегментах рынка электроэнергии и даже в таких секторах экономики, как транспорт и промышленность.
  • Разработка правил развития рынков электроэнергии, которые обеспечивают гибкость системы и поощряют ее.
  • Активное участие общественности, особенно в новых проектах по передаче электроэнергии с длительным сроком выполнения.

Множество стратегий, подходов и инструментов могут быть легко применены и адаптированы к энергосистемам

Существует множество вариантов политических, рыночных и регуляторных инструментов, которые могут повысить гибкость системы — эти варианты можно сгруппировать в несколько категории вмешательств, которые следует рассмотреть политикам, показаны в синих прямоугольниках на Рисунке 4.

Набор мер, доступных на разных уровнях, играет уникальную и часто дополняющую роль в повышении гибкости системы. В конечном итоге институциональный контекст повлияет на набор инструментов, доступных для поддержки гибкости энергосистемы. Эти меры можно разделить на следующие категории:

Энергетические стратегии все более подробно рассматривают гибкость энергосистемы, чтобы гарантировать соответствие требованиям гибкости будущих энергосистем.Например, Китайская Народная Республика («Китай») наметила около 220 ГВт тепловых электростанций для гибкого модернизации и / или повышения производительности в своем 13-м пятилетнем плане (2016–2020 гг.) Для электроэнергетического сектора.

Нормативно-правовая база обеспечивает руководство по ролям и обязанностям в энергетическом секторе, включая степень разделения, конкуренции и приватизации, юридические определения разрешенных участников, типы активов, а также применимые налоги и субсидии. Правовая база также может содержать задачи высокого уровня и руководящие указания для лиц, определяющих политику, и / или устанавливать конкретные цели или задачи.Всеобъемлющие правовые рамки часто требуют модификации, чтобы обеспечить участие агрегированных ресурсов DER и / или накопителей энергии. Например, Чили в настоящее время рассматривает законодательство, обеспечивающее гибкость в существующих и новых активах системы и позволяющее участие DER в системных услугах.

Политики и программы обычно создаются для поддержки достижения конкретных целей в установленных энергетических стратегиях, например, «гибкость» парка электростанций с помощью программ стимулирования и / или политических мандатов.Лица, определяющие политику, могут также финансировать конкретные программы для тестирования или апробирования определенных инновационных подходов для более эффективного использования ресурсов хранения или повышения гибкости спроса; Одним из примеров этого является технико-экономическое обоснование «Виртуальной системы хранения» в Италии (обсуждается позже).

Нормативно-правовая база и решения распределяют затраты и риски различных коммунальных предприятий и предприятий частного сектора для эксплуатации и модернизации электроэнергетического сектора. Например, на рынках единого покупателя стандартные условия договоров купли-продажи электроэнергии обычно устанавливаются нормативными актами.Эти структуры также помогают реализовать конкретные юридические требования и цели развития инфраструктуры во время планирования ресурсов коммунального предприятия. Примером этого является принятие Комиссией по коммунальным предприятиям штата Колорадо приказа, требующего от коммунальных предприятий учитывать ресурсы хранения энергии в процессе планирования ресурсов и закупок. Нормативные решения также могут способствовать инновациям и экспериментам по гибкости системы. Например, регулирующий орган Испании издал решение, требующее от производителей провести серию анализов, которые охарактеризовали способность парка ветряных турбин Испании оказывать вспомогательные услуги.Этот первый шаг, мотивированный регулирующим органом, в конечном итоге привел к более широкому участию ветряных турбин на испанском рынке вспомогательных услуг.

Упражнения по планированию энергетического сектора помогают направлять инвестиции в энергосистему, а также обеспечивают доступность и надежность. Упражнения по планированию энергосистем все чаще включают в себя оценку требований к гибкости и интеграцию по сегментам рынка электроэнергии (например, с одновременным рассмотрением инвестиций как в генерацию, так и по передаче) и экономическим секторам (например.грамм. распределительная сеть и планы транспортировки по развертыванию зарядной инфраструктуры). Эти интегрированные подходы могут помочь найти разумные решения для снижения требований к гибкости, но политикам может потребоваться вмешательство для поощрения таких подходов. Например, министерство энергетики Таиланда недавно начало рассматривать требования гибкости системы при формулировании своего Плана развития энергетики на 2018 год, поручив национальной электроэнергетической компании провести исследования по «модернизации сети», что впоследствии привело к запуску пилотных проектов гибкости.

Розничные цены на электроэнергию определяет, как потребители взимают плату за потребляемую ими электроэнергию и компенсируют любую электроэнергию, возвращаемую в сеть. Изменения в розничных ценах на электроэнергию могут устранить препятствия для распределенных потребителей электроэнергии по участию в схемах агрегирования, которые в противном случае могут привести к увеличению их счетов за электроэнергию. Новые структуры розничных тарифов, если они будут тщательно спроектированы, могут поддерживать гибкость системы, одновременно увеличивая выручку владельцев DER.Например, Открытый рынок электроэнергии Сингапура позволяет участвовать в программах реагирования на спрос, позволяя потребителям выбирать своего розничного продавца или покупать напрямую на оптовом рынке по получасовым ценам 7.

Правила и коды рынка электроэнергии 8 определяют, кто может участвовать на оптовых 9 рынках, рынках дополнительных услуг и / или мощности. Они также определяют набор общих правил торговли электроэнергией, включая способы включения технических ограничений на формирование цен.Модификация методологий ценообразования на рынке энергии и дополнительных услуг используется для повышения гибкости вознаграждения и является ключевой стратегией для либерализованных энергосистем в переходный период. Разработка набора рыночных продуктов для надлежащего вознаграждения за гибкость при преобразовании энергосистем является постоянной задачей, хотя существующие рынки предлагают ряд возможностей для рассмотрения. В большинстве случаев ключевым основополагающим принципом является открытие рынков электроэнергии для всех технологий.Ряд новаторских подходов дает возможность вознаграждать за гибкость: недавняя реформа в Соединенном Королевстве правил расчета цен для дисбалансов электроэнергии является примером улучшения ценовых сигналов для лучшего вознаграждения гибких активов 10.

Протоколы работы системы определяют обе процедуры. и правила эксплуатации энергосистемы. Модификации операционных протоколов являются обычным вмешательством для поддержки гибкости энергосистемы и включают такие меры, как: (а) более быстрая работа энергосистемы; (б) усиление связи и координации между соседними энергосистемами; и (c) использование централизованных систем прогнозирования VRE.Например, в Дании развертывание интеллектуальных счетчиков и создание централизованного DataHub для облегчения всех системных транзакций улучшили способность розничных продавцов прогнозировать нагрузку и VRE, а также упростили процесс расчетов для услуг DER.

Коды подключения определяют различные технические требования для подключения ресурсов и нагрузок энергосистемы к распределительной и передающей инфраструктуре в нормальных и исключительных условиях эксплуатации.Изменения кодов подключения могут помочь гарантировать, что все ресурсы энергосистемы могут подключаться к сети, и обеспечить гибкость услуг. Например, все более распространенными становятся изменения кодов подключения, которые требуют от VRE предоставления услуг краткосрочной гибкости (например, первичной частотной характеристики).

на этой неделе в нефти — Управление энергетической информации США (EIA)

Высокий международный спрос и снижение мирового предложения способствуют росту цен на пропан

С середины сентября 2020 года цены на пропан в Мон-Бельвье, штат Техас, главный U.Хаб жидких углеводородных газов (HGL) вырос на 120%, с 0,51 доллара за галлон (галлон) за неделю, закончившуюся 11 сентября 2020 года, до 1,12 доллара за галлон за неделю, закончившуюся 10 сентября 2021 года (Рисунок 1). Текущие оптовые цены на пропан находятся на самом высоком недельном уровне с февраля 2014 года. Недавний рост цен на пропан в США произошел в то время, когда производство пропана в США, которое с января по июнь составляло в среднем 2,3 миллиона баррелей в день (баррелей в день), составляет значительно выше среднего внутреннего потребления (мы указываем потребление как поставленный продукт).

Доля внутреннего спроса по отношению к общему предложению пропана в США неуклонно снижается с течением времени. В первой половине 2014 года на внутреннее потребление приходилось 83% предложения, но в прошлом году на него приходилось 51% от общего объема предложения, что указывает на то, что экспортный рынок в настоящее время вносит значительный вклад в формирование цен на пропан в США. Соединенные Штаты экспортировали в среднем 1,3 миллиона баррелей пропана в день в первой половине 2021 года, что на 230% больше, чем в первой половине 2014 года.

Обычно цены на пропан растут в зимний отопительный сезон, когда растет спрос и сокращаются запасы пропана. Однако в этом году цены выросли в летние месяцы с низким спросом, когда складские запасы обычно увеличиваются, из-за высокого международного спроса и снижения глобального предложения пропана.

Запасы пропана в США обычно создаются до начала отопительного сезона. Из-за высокого экспортного спроса и высокой маржи в нефтехимическом секторе запасы росли более медленными темпами в течение сезона создания запасов 2021 года (апрель – сентябрь), чем в предыдущие сезоны (Рисунок 2).В период с первой недели апреля по вторую неделю сентября запасы пропана в США увеличились на 31,3 миллиона баррелей, что на 9,5 миллиона баррелей меньше, чем в среднем за пятилетний период (2016–2020 годы) и является самым медленным темпом с 2013 года.

Относительно низкие запасы в это время года и сохраняющиеся высокие уровни экспорта способствовали росту цен на пропан в США в соответствии с оптовыми ценами на пропан на зарубежных рынках (Рисунок 3). Экспорт пропана из США в настоящее время составляет 50% от общего внутреннего спроса (внутреннее потребление плюс экспорт), что на 14 процентных пунктов выше, чем в 2016 году.Производство пропана в США увеличилось на 11% с 2016 года, и мы прогнозируем, что экспорт в 2021 году будет на 39% выше, чем в 2016 году, в ответ на высокий международный спрос и снижение мирового предложения из-за сокращения добычи нефти ОПЕК +. Общий дисбаланс между растущим мировым спросом на пропан и сокращением мирового производства пропана привел к тому, что оптовые цены на пропан в Восточной Азии выросли на 112% в период между неделями, закончившимися 11 сентября 2020 г. и 10 сентября 2021 г., и на 119% в Северо-Западной Европе за тот же период. период.

Импорт пропана в США из Канады в этом году также снизился, что еще больше способствовало снижению накопления запасов и повышению цен. Хотя общий объем импорта пропана в США снизился по мере роста внутреннего производства, импорт пропана из Канады был относительно стабильным в период с 2016 по 2019 год, составляя в среднем 132000 баррелей в день. Однако в 2020 году импорт пропана из Канады, которая в основном поставляет на Средний Запад (PADD 2), снизился, а импорт пропана снизился на 17% по сравнению с предыдущими четырьмя годами.В результате открытия двух новых экспортных терминалов на западе Канады — острова Ридли и принца Руперта — канадские производители теперь могут экспортировать пропан на рынки Тихоокеанского бассейна танкерами, а не только на рынок Среднего Запада по железной дороге, что является более дорогим методом транспортировки. Единственный регион США, импортирующий больше пропана из Канады с 2016 года, — это Западное побережье США (PADD 5), где он реэкспортируется на экспортном терминале пропана в Ферндейле, штат Вашингтон, который отправляет около 30 000 баррелей в день в страны Азии и Латинской Америки. Америка.

Меньший импорт пропана из Канады на Средний Запад, а также более высокий экспорт пропана из Соединенных Штатов приводят к медленному наращиванию запасов на Среднем Западе, где расположено большинство домохозяйств, отапливаемых пропаном. На Среднем Западе импорт пропана из Канады в период с 2016 по 2019 год в среднем составлял 47000 баррелей в день, а в 2020 году он упал больше, чем в США в целом, снизившись на 24%. Между тем, запасы на Среднем Западе сокращались в самую холодную погоду, с января по март (Рисунок 5).В связи с тем, что высокий мировой спрос привлекает все больше пропана из Канады и США на международные рынки, запасы на Среднем Западе были ниже пятилетнего диапазона с недели, закончившейся 23 апреля 2021 года. Медленное наращивание запасов на Среднем Западе способствует росту давления. на ценах в Соединенных Штатах, а также в Конуэе, штат Канзас, крупном торговом центре пропана на Среднем Западе, где цены были выше 1,00 доллара за галлон с недели, закончившейся 25 июня 2021 года.

В краткосрочном прогнозе развития энергетики за сентябрь мы прогнозируем U.Запасы S. пропана начнут зимний отопительный сезон в октябре на самом низком уровне, чтобы начать отопительный сезон с 2013 года. Вскоре после октябрьского STEO мы опубликуем наш прогноз по зимнему топливу, в котором будут прогнозироваться расходы на пропан в домашних хозяйствах по регионам, а также альтернативные варианты. сценарии для более теплой, чем обычно, или более холодной, чем обычно, зимы.

Снижение средних цен на бензин и дизельное топливо в США

Средняя розничная цена на обычный бензин в США снизилась более чем на 1 цент до 3 долларов.17 центов за галлон 13 сентября, что на 98 центов выше, чем год назад. Цена в Скалистых горах снизилась более чем на 2 цента до 3,63 доллара за галлон, цена на Среднем Западе снизилась почти на 2 цента до 3,03 доллара за галлон, цена на побережье Мексиканского залива снизилась более чем на 1 цент до 2,81 доллара за галлон, а цена на Восточном побережье снизилась на 1 цент до 3,06 доллара. на галлон. Цена на Западном побережье выросла менее чем на 1 цент до 3,94 доллара за галлон.

Средняя цена на дизельное топливо в США снизилась менее чем на 1 цент, практически не изменившись на уровне 3 долларов.37 за галлон 13 сентября, что на 95 центов выше, чем год назад. Цена в Скалистых горах снизилась почти на 1 цент до 3,64 доллара за галлон, себестоимость в Персидском заливе снизилась почти на 1 цент, практически не изменившись на уровне 3,10 доллара за галлон, а цены на Западном побережье и Среднем Западе снизились менее чем на 1 цент, оставаясь практически неизменными на уровне 4,02 доллара за галлон. галлон и 3,28 доллара за галлон соответственно. Цена на Восточном побережье выросла почти на 1 цент до 3,34 доллара за галлон.

Увеличение запасов пропана / пропилена

U.Запасы пропана / пропилена увеличились на 0,7 млн ​​баррелей на прошлой неделе до 70,8 млн баррелей по состоянию на 10 сентября 2021 г., что на 17,7 млн ​​баррелей (20,0%) меньше, чем средний уровень запасов за пять лет (2016-2020 гг.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *