"зеленых" энерготехнологий и изменения климата. Он прошел подготовку в области физики, математики и истории науки - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
цели и задачи естественнонаучного образования 1 190.95kb.
Британский Совет представляет программу по проблемам изменения климата... 1 93.48kb.
Программа : 08 Моделирование и мониторинг атмосфер планет Руководитель... 1 37.42kb.
Британский Совет представляет программу по проблемам изменения климата... 1 30.63kb.
Интегрированный подход к разработке стратегий низкоуглеродного развития... 1 22.47kb.
Международный центр науки и образования IV международная заочная... 1 59.52kb.
Программа минимум кандидатского экзамена по курсу «История и философия... 1 133.38kb.
Методическая тема моучителей математики, информатики и физики «миф»на... 1 24.17kb.
«Викторина по истории математики» учитель математики моу 1 74.33kb.
Вопросы по философским проблемам и истории математики для магистрантов... 1 38.55kb.
Международный центр науки и образования II международная заочная... 1 86.46kb.
«Глобальные проблемы человечества» 1 143kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

"зеленых" энерготехнологий и изменения климата. Он прошел подготовку в области физики - страница №1/13



При поддержке:



Оригинал издания на английском языке:







Майкл Байкрофт (Michael Bycroft) - независимый научный журналист и редактор из Лондона, Великобритания. Помимо подготовки статьей и обзоров по вопросам науки и научного образования, он участвует в проведении семинаров по повышению навыков для научных журналистов на тему “зеленых” энерготехнологий и изменения климата. Он прошел подготовку в области физики, математики и истории науки.

Предисловие

Надежное электроснабжение является условием работоспособности радио. Этот факт, конечно, не является уникальным для радиовещания. Часто мы осознаем зависимость только тогда, когда происходят перебои с электроэнергией. Однако в Африке и во многих других частях света, работники радио практически повсеместно и ежедневно сталкиваются с проблемами в энергоснабжении.

Как следствие, почти везде в Африке, необходимо обеспечить дополнительный и/ или альтернативный источник энергии. Чаще всего для этих целей используются дизель-генераторы, хотя батареи на солнечной энергии в целом тоже подходят.

Выбор наиболее подходящей системы генерации электроэнергии является сложной задачей. Кроме финансовых аспектов и аспектов воздействия на окружающую среду, существует значительное количество требований и ограничений, подлежащих рассмотрению.

Настоящее Руководство разработано в целях методической поддержки радио-менеджеров и операторов, в обязанности которых входит решение вопросов бесперебойного электроснабжения на их станциях. Руководство помогает понять специфику различных источников и технологий, применяемых в генерации и электроснабжении, в особенности ветряных электростанций, гидротурбин. Также, рассмотрены многие другие аспекты, предшествующие принятию конкретного решения, включая оценку потребностей в энергии, хранение, защиту и регулирование.

Настоящая публикация не является пособием типа «сделай сам». Конкретные оценки, конфигурация и установка энергосистем должны основываться на экспертизе профессионалов. Тем не менее, благодаря этому руководству, менеджер будет в состоянии поднимать соответствующие вопросы и оценивать предлагаемые решения.

Прогресс в области энергетических технологий движется постоянно, соответственно эта публикация не является догмой. Мы стремимся улучшить и адаптировать его в соответствии с развитием технологией, потребностями и опытом своих пользователей. В этой связи мы просим Вас направлять отзывы и комментарии, а также делится своим опытом, о том: Как применяется информация? Какие главы вы считаете наиболее полезными? Какие из них заслуживают того, чтобы быть адаптированы или доработаны еще? Что осталось не затронутым? На какие Ваши вопросы мы не ответили?

В рамках нашей консалтинговой деятельности, мы в CAMECO постоянно решаем задачи с обеспечением электроснабжения радиостанций. Поэтому логическим продолжением этой деятельности является издание этого руководства по управлению энергией для работников радио, как часть Практической серии CAMECO.

Мы очень благодарны, что голландский фонд Stem van Afrika разделяет наш интерес к этой тематике и обеспечил финансовую поддержку при подготовке и издании настоящего руководства. Мы также благодарим различные радиостанции, экспертов, компании и организации за предоставление информации, а Майклу Байкрофту (Michael Bycroft) за его опыт и преданность делу.

CAMECO, январь 2011

Содержание





Предисловие

4

Список наиболее часто задаваемых вопросов

8

Сокращения

9

Единицы и терминология

10

Введение

13

Энергетические вызовы

13

Пять шагов к лучшему энергетическому менеджменту

12

Как использовать это руководство

14

1 Основы энергетики и электрификации

16

Электричество

16

Энергия и мощность

19

Энергия и мощность в электрических цепях

21

2 Энергосбережение и оценки

22

Основы энергосбережения

22

Энергетическая оценка: что это такое и почему это важно

25

Ключевые энергетические нагрузки энергии на радиостанции

28

Потенциал энергосбережения: примеры

36

3 Типы энергетических систем

37

4 Оценка энергогенерирующих технологий

46

Сколько энергии будут предоставлять технологии?

46

Сколько будут стоить технологии?

50

Другие факторы, влияющие на стоимость и производительность технологий

54

Анализ затрат

55

Резюме энергетических технологий генерации

61

5 Возобновляемые энергетические технологии

62

Солнечная энергия (фотоэлементы)

62

Энергия ветра

70

Гидроэнергетика

78

Новые технологии

83

6 Генераторы

88

Устройство

89

Стоимость и производительность

90

Техническое обслуживание

92

7 Хранение и регулирование электроэнергии

93

Батареи

93

Инверторы

101

Контроллеры заряда

104

Электрическая защита

107

Защита критических нагрузок

110

8 Долгосрочное управление энергетическими технологиями

111

Техническое обслуживание

111

Оценка

112

Реагирование на изменения энергии

112

Контроль над экономией энергии

112

Подготовка технического персонала, операторов и пользователей

112

Обмен опытом, экспертиза

115

9 Ведение дел с провайдерами энерготехнологий

117

Выбор поставщика энергетических технологий

117

Работа с поставщиком энергетических технологий

119

10 Кейсы

121

Радио Голос жизни (Уганда)

121

Радио Pacis (Уганда)

124

Радио Голос Мира (Центральный Судан)

126

Fadeco общинного радио (Танзания)

128

Réseau Étoile (Гаити)

131

Радио Pikon Аnе (Индонезия)

134

11 Энергетическая политика и предпринимательство

139

Многообразие энергетических предприятий

139

Политика в области энергетики

144

Приложения




Приложение А Листы

147

A.1 Контрольный список планирования

148

А.2 Основные оценки энергии

151

А.3 Долгосрочная стоимость топлива

153

А.4 Жизненный цикл сравнение стоимости

154

А.5 Срок окупаемости необходимого оборудования

157

Приложение В Данные

159

В.1 Потребляемая мощность основного оборудования

159

В.2 Солнечная карта Африки

160

В.3 Ветровая карта Африки

162

В.4 Теоретическая производительность энергии ветровых турбин

164

Приложение С Образцами технических спецификаций

165

C.1 Спецификация фотоэлектрических модулей

165

С.2 Спецификация ветряных турбин

167







Глоссарий

170







Часто задаваемые вопросы

Ниже приведены ссылки в Руководстве на все Часто Задаваемые Вопросы (ЧЗВ). ЧЗВ 1.1 в Главе 1, ЧЗВ 7.1 в Главе 7, и так далее. Ответы на ЧЗВ касаются общих сведений об энергетическом менеджменте, которые не были освещены подробно в основном тексте руководства и разбросаны по всему тексту.

ЧЗВ

Страница

1.1 Что такое киловатт-час (кВт/ ч)?

19

2.1 Как я могу оценить энергопотребление оборудования станции?

26

2.2 Каковы наиболее эффективные шаги в целях энергосбережения на радиостанции?

32

3.1 Как получить помощь в анализе и оценке различных энергетических систем?

38

4.1 Как провести справедливое сравнение стоимости различных технологий выработки энергии?

51

4.2 Как я могу оценить долгосрочные расходы на топливо для дизельных генератора?

53

5.1 Сколько солнечной энергии необходимо, чтобы удовлетворить суточную потребность?

68

5.2 Достаточно ли ветра в моем регионе, чтобы работала ветровая турбина?

73

6.1 Как снизить затраты на топливо для генератора?

91

7.1 Какова должна быть емкость батареи на радиостанции чтобы поддерживать работу при заданном энергопотреблении?

97

7.2 Каковы основные причины неисправности аккумулятора и как их можно преодолеть?

99

8.1 Где можно провести обучение персонала станции и техников энергетики?

114

9.1 Какого поставщика электроэнергии выбрать для радиостнации: местного или иностранного?

118

9.2 Что могут сделать потребители, чтобы увеличить доступность и качество электроснабжения в Африке?

120







Сокращения

Ниже приведены некоторые аббревиатуры часто используемые в этом руководстве.

А = Ампер: стандартная единица силы тока (скорость, с которой поток электронов через провода).

ПеТ = Переменный ток: тип электрического тока, в которых направление потока колеблется на частые, регулярные промежутки времени.

Ач = Ампер час: единицы на сумму накопленного заряда в батарее. Батарея с 2000 Ач может доставить 20 ампер в течение 100 часов, 50 ампер в течение 40 часов, и так далее.

КФЛ = Компактные флуоресцентные энергосберегающие лампочки: которые использует электрический ток в газе, а не тепло, чтобы произвести свет.

ПоТ = постоянный ток: Электрический ток, только в одном направлении (в отличие от сети переменного тока).

кВт = киловатт: единицу мощности равна 1000 Вт.

кВт/ч = киловатт-час: единица энергии эквивалентная энергии, производимой или потребляемой устройством, работающим на1 кВт на 1 час.

LED = Светодиод: энергоэффективной форма света, часто используется в качестве источника света в электронных дисплеях.

MMPT = Максимальная мощность точки трекера: особенностью контроллера заряда, который содержит электричество из солнечных панелей на ток и напряжение, что приводит к максимально возможной мощности доставляются батарей.

м/с = метров в секунду: измерение скорости. 1 м/с составляет 3,6 км/час.

PV = Фотоэлектрические: прилагательное, чтобы описать процесс преобразования энергии из солнечного света в электрический ток (солнечные батареи, фотоэлементы, фотоэлектрические модули, P.V. Массивы имен для устройств, которые осуществляют этот процесс).

ВИЭ = возобновляемых энергетических технологий: технология, которая преобразует энергию природных ресурсов в полезную энергию, часто электрической энергии.

ИБП = Источник бесперебойного питания: прибор, который контролирует (а иногда уточняет) входящее питания, а также обеспечивает резервное питание, когда отключается электроснабжение.

В = напряжение: стандартная единица напряжения (напряжение количество энергии переносится электронами в электрической цепи).

Вт = Ватт: стандартная единица мощности (питание скорость, с которой энергия производится и потребляется).

Wp = максимум ватт: количество электрической мощности фотоэлектрических устройств (таких, как солнечная панель)будет производить в идеальных условиях ВС

Замечание о единицах и терминологии

Ниже приведены некоторые условные обозначения, используемые в этом руководстве. Полный глоссарий на стр. 229.

В уравнениях, единицы даны в квадратных скобках, например, "Мощность [Вт] =напряжение [В] х ток [A]."

Валюта обозначается "$" и указана в долларах США, если не указано иное.

Используются следующие курсы валют:

1 евро = 1,23 долл. США;

1 Кенийский шиллинг = 0,012 USD;

1 южноафриканский рэнд = 0,133 USD;

1 Сьерра-Леоне Леоне = 0,000253 долл. США (действительно по состоянию на август 2010 года).

Температура в градусах Цельсия (°C).

Энергетические технологии относится к любому устройству, которое позволяет генерировать, хранить или регулировать электроэнергию на станции, или защищать станционное оборудование от дефектов в электрической сети.

Энергогенерирующая технология относится к любой технологии, которая преобразует химическую, механическую, солнечную или другую энергию в электрическую - солнечные батареи, ветряные турбины, генераторы и т.д.

Электрический генератор относится к устройствам для преобразования механической энергии (как правило, энергия вращающегося вала) в электрическую энергию. Некоторые энергогенерирующих технологий (в том числе электростанции, ветряные турбины и гидротурбины) содержат электрические генераторы.

Генераторная установка относится к любому устройству, которое преобразует химическую энергию топлива (дизельное топливо, пропан, масло ятрофы и т.д.) в электрическую энергию с использованием двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора.

Введение

Надежное энергоснабжение необходимо для нормальной работы радиостанции. Тем не менее, многие станции в Африке сталкиваются с частыми перебоями в работе энергоснабжения в виде скачков напряжения или ненадежной работы дизель-генератора, из-за высоких затрат на топливо. Это руководство показывает, как станции могут более эффективно использовать существующие источники электроэнергии, а также воспользоваться альтернативными источниками, включая возобновляемые источники энергии (ВИЭ). В руководство включены примеры, рабочие листы (формы) и информация о ключевых технологиях в области энергетики, которые должны помочь работающим радиостанциям улучшить менеджмент энергоресурсов. Вводная глава описывает текущие проблемы обеспечения электроэнергией станции и основные подходы к их решению. В завершении настоящей главы приведены указания для более полного использования информации в других главах настоящего Руководства.

Энергетические вызовы

Энергетика является серьезной проблемой для радиостанций, потребляя до 50% бюджета. Без постоянного электроснабжения, на станции не могут быть осуществлены такие основные работы как запись интервью или передача новостей. В работе двух основных источников электроэнергии, которые используются в странах Африки, постоянно возникают проблемы.

Общественное электроснабжение не надежно во многих местах или вообще отсутствуют. На практике, хотя сельские станции постоянно подключены к сети, электричество подается на несколько часов в день. Регулярные и непредсказуемые перебои с подачей электроэнергии затрудняют трансляцию даже во время нескольких часов, когда ток в сети номинально доступен. Значительное количество проблем связано с нестабильным напряжением в сети, которое приводит к выходу из строя чувствительного к перепадам электронного оборудования. В городские районы электроснабжение подается на более длительный срок и чаще, но там ситуация даже более не предсказуемая, чем в сельской местности. Правительства африканских стран продолжают вкладывать средства в улучшение доступа к электричеству (см. главу 11). Но рост численности населения в городах увеличивает нагрузку на сети. Низкая плотность населения в сельской местности делает экономически не оправданным расширение электросетей. В этой связи, общественная сеть энергоснабжения вряд ли будет улучшена в ближайшее время. Она безусловно имеет ряд преимуществ связанных с низкой стоимостью и удобством, однако, накладывает значительные ограничения на деятельность радиостанций, которые не используют резервных источников энергии.

Генераторные установки (генераторы с двигателями внутреннего сгорания, дизельные генераторы) наиболее распространены в качестве источника энергии для станций, как в качестве основного, так в качестве альтернативного. Дизельные генераторы привлекательны вследствие их низкой начальной стоимости по сравнению с возобновляемыми источниками. Их широкое использование в Африке, и их сходство с автомобильными двигателями, определило развитость инфраструктуры сервиса для них: ограничения по запасным частям относительно небольшие, широко распространены ремонтные мастерские. Главным недостатком дизельных генераторов является высокая стоимость их эксплуатации, за счет стоимости топлива, которая также вырастает на сумму затрат необходимых для его транспортировки к самой радиостанции (ЧЗВ 4.2 в Главе 4 содержит рекомендации по оценке реальных долгосрочных расходов на топливо для генератора). Генераторные установки, работающие на органическом топливе, также способствуют увеличению добычи нефти, вырубке леса, глобальному потеплению и чувствительны к изменениям на мировом топливном рынке. Они зависят от нестабильных субсидий правительства на топливо. И наконец, скорее всего в будущем цены на топливо возрастут. Согласно прогнозам энергетических властей США цены на топливо могут удвоиться в период с 2010 по 2030 годы, как это произошло между 2000 и 2010 годами [1]. Такие прогнозы также должны приниматься во внимание, учитывая возможное влияние небольшого увеличения цен на нефть на бюджет радиостанции.

Пять шагов к улучшению энергетического менеджмента

Хороший энергетический менеджмент увеличивает возможности станции удовлетворять свои потребности в электроэнергии. Это Руководство структурировано вокруг 5 шагов к улучшению энергетического менеджмента на радиостанции. Каждая глава, или группа глав, посвящена шагам, которые приведены ниже (см. Приложение A.1).

Шаг 1. Оценка энергетических потребностей. Точная оценка необходимой электроэнергии - оценка установленной мощности радиостанции - необходимая часть любого проекта по улучшению менеджмента электроэнергии. Оценка энергопотребления показывает, сколько дополнительной энергии (если есть) станции требуется в дополнение к общей сети, и какой тип и мощность энергогенерирующих технологий нужно применять для удовлетворения этих потребностей. Оценка также помогает определить потенциальную экономию энергии через идентификацию приборов максимально потребляющих электроэнергию. Оценка включают расчет качества, временные промежутки, вариации и приоритеты обеспечения электрическим током. Глава 2 включает в себя краткое руководство по проведению такой оценки.

Шаг 2. Определение возможного объема экономии электроэнергии. Снижение энегопотребления самый быстрый и способ снижения затрат на электричество. Экономия особенно важна, если на станции используются возобновляемые источники (ВИ). Возможными вариантами экономии является замена не эффективных приборов (в энергетическом смысле), внедрение бережного отношении к расходу электроэнергии и т.д. Глава 2 описывает основных потребителей электроэнергии на радиостанции и предложения по снижению энергопотребления.

Шаг 3. Выбор соответствующий энергетической системы и технологий. Основная часть настоящего руководства посвящена описания основных типов технологий, которые могут быть использованы на радиостанции для снижения затрат на электроэнергию и/или увеличение мощности, качества, безопасности электроснабжения. Глава 3 описывает основные типы энергосистем, их недостатки и преимущества. Главы 4, 5 и 6 посвящены технологиям энергогенерации, а Глава 7 технологиям позволяющим хранить и регулировать электроэнергию. Ниже приведены резюме этих глав.

Технологии энергогенерации. Технологии производства электроэнергии включают генераторы на дизельном топливе и возобновляемые источники энергии, такие как ветряные турбины, солнечные батареи и гидротурбины. Каждая из этих технологий не обязательно может удовлетворять энергетические потребности станции (см. вставку 0.1).

Врезка 0.1
Хватит ли 1 кВт выработанного ветряной турбиной для передатчика, мощностью в 1 кВт?
На первый взгляд, можно подумать, что 1 киловатт (1 кВт) ветровой турбины подойдет для питания передатчика 1 кВт. Но это далеко не так. Передатчик, который выдает сигнал 1 кВт, потребляет значительно больше, чем 1 кВт энергии – до 3 кВт для неэффективных устройств.
Рейтинг ветровой турбины также вводит в заблуждение, так как он применяется только в идеальных условиях ветра. Во время ветреного дня или бури. В среднем, за день турбина с номинальной выработкой в 1 кВт турбины, вырабатывает вряд ли больше чем 1/5 от заявленного. Если станция работает 24 часа в сутки, турбины генерирует не более чем на одну десятую энергии достаточной для передатчика.
Это не значит, что ветряные турбины не следует применять, но принимать во внимание эти обстоятельства нужно обязательно. Глава 4 приведены факторы, которые нужно учитывать при оценке стоимости и производительности энергии производственных технологий

В главе 4 описываются основные факторы которые необходимо учитывать при оценке затрат и генерации энергии при помощи этих технологий. Это может помочь оценить реальные затраты на них, насколько такие системы могут служить источником для станции и для сравнения одной системы с другой.

Глава включает в себя примеры анализа затрат и производительности для двух типов возобновляемых технологий (ветряные и солнечные). В завершении главы приведена резюмирующая таблица со сравнением основных энергогенерирующих технологий на основе затрат и производительности. В главе 5 рассматриваются возобновляемые источники энергии (ВИЭ). В ней описывается строительство, необходимые природные ресурсы, объем генерации электроэнергии, факторы, снижающие генерацию, стандарты, промышленные и политические условия для ключевых ВИЭ (солнечные батареи, ветровые и гидротурбины). Она также включает информацию о двух новых технологиях (генерация на основе мускульной силы животных и биогаза). Глава 6 описывает основные особенности генерирующих установок, включая подходы к снижению затрат на топливо для них.

Хранения энергии и методы регулирования. Станции могут максимально и без потерь использовать всю энергию, сохраняя её в батареях, так что избыток энергии используется в случае необходимости. Контроль заряда батарей увеличивает продолжительность эксплуатации батареи путем подачи электричества нужного напряжения, также как и инверторы подают потребителям электричество соответствующего напряжения. Электрорегулирующее оборудование (например, источник бесперебойного питания или ИБП) сглаживает нестабильность в энергоснабжении, переключая на аварийные источники питания, когда снабжение прекращается внезапно. Эта технология позволяет защищать электрооборудование от внезапных скачков напряжения, частоты и пр. Другой формой является защита критических нагрузок станции – оборудования, важного для функционирования станции – от отключения или чрезмерного использования источников электричества. Это означает, что доступные источники могут поддерживать работу станции дольше, даже если они истощены. Глава 7 дает резюме по этим технологиям.

Шаг 4. Долгосрочный план управления системой. Энерготехнологии требуют инвестиций долгосрочного характера, срок окупаемости и цикл жизни которых может составлять годы и даже десятилетия. Долгосрочное планирование необходимо, чтобы гарантировать надежную работу оборудования до окончания номинального срока службы. Рекомендуется, чтобы на каждой радиостанции были введены штатные единицы «менеджера по энергетике» для планирования, контроля и управления задачами, описанными в Главе 8. К ним относятся: техническое обслуживание; оценка; выявление и реагирования на изменения нагрузки; надзор за расходованием энергии, подготовка техников, операторов и пользователей, а также обмена опытом, знаниями и (в некоторых случаях) энергомощностями с другими членами сообщества.

Шаг 5. Выбор и работа с провайдерами энерготехнологий для их планирования и инсталляции. Поставщиками энерготехнологий могут быть физические лица и компании, которые продают соответствующее оборудование и оказывают содействие в его планировании, установке и обслуживании. Как и при оценке потребностей в этом случае также важно провести оценку ноу-хау и технический потенциал, который понадобиться станции для реализации энергопроекта. Энерготехнологии это долгосрочные инвестиции, с высокой начальной стоимостью. В этой связи, хорошая начальная техническая оценка может значительно повлиять на затраты и работоспособность системы в будущем. Поэтому крайне важным для радиостанции является привлекать высококвалифицированных провайдеров технологий и опытных независимых экспертов на каждом из этапов, от оценки потребностей до разработки графиков технического обслуживания. Глава 9 содержит рекомендации по выбору провайдера энерготехнологий и продуктивной работе с ним.

Как использовать это руководство?

Это руководство не служит руководством типа «Сделай Сам» по производству, установке и поддержанию энерготехнологий; и не дает простую формулу для принятия решения, какая технология лучше всего подходит для данной станции. Каждая станция имеет разные потребности в энергии, которые требуют различных решений. Данное руководство не является заменой для квалифицированных экспертов или консультантов. Но оно может помочь в принятии обоснованных решений и формулировании правильных вопросов к специалистам.

Это руководство приводит резюме основных технологий для аккумулирования, генерации, экономии и регулирования электроэнергии. В нем рассматриваются способы защиты ценного электрооборудования, и описываются основные факторы, которые следует учитывать при выборе между различными вариантами улучшения ситуации на радиостанции в контексте обеспечения электричеством. Руководство представляет собой информативный материал о рисках и преимуществах различных типов энерготехнологий, о планировании и менеджменте в энергопроектах, о работе с поставщиками электроэнергии и консультантами по достижению оптимальных решений для радиостанции.

Руководство также включает в себя следующее:

Основные понятия в области энергетики и электричества (Глава 1). В этой главе дается обзор основных понятий, связанных с энергией и электричеством, и используемые единицы их измерения.

Примеры (Глава 10) описывают опыт радиостанций в Африке и других регионах, которые приняли ряд энергетических технологий, особенно в возобновляемых. Контактная информация для этих станций в Приложении D.2.

Политика в области энергетики и предпринимательства (глава 11) дает некоторую информацию о малых энерготехнологиях в Африке, через описание местных энергетических предприятий (в том числе, как построить энергетическое предприятие), обобщение вклада, который правительственная политика может внести в их развитие.

ЧЗВ вставки разбросаны по всему тексту руководства и содержат ответы на часто задаваемые вопросы об энергетическом менеджменте. Эти вопросы от "Как я могу оценить долгосрочные расходы на топливо для дизель-генератор" (ЧЗВ 4.2, в главе 4) на «Достаточен ли ветер в моем регионе, для работы ветровой турбины?" (ЧЗВ 5.2 Глава 5). Список все вопросы и ответы появляется на стр. 10 этого руководства.

Краткие резюме расположены в начале ключевых разделов в главах, и резюмируют основное содержание раздела. Они разработаны, чтобы дать краткое введение в основные темы руководство для читателей, которые не хотят читать все руководство.

Формы (рабочие листы) (Приложение А) обеспечивают место для заполнения связанных с энергообеспечением данных о станции. Они предназначены для расчетов, необходимых для (например) оценки суточной нагрузки, или сравнения ежегодных расходов на различные источники электроэнергии. Электронные версии таблиц доступны по адресу www.cameco.org/publications.

Приложение B дает полу-техническую информацию, касающуюся рационального использования электроэнергии, в том числе среднего потребления распространенного оборудования для радиостанций, а также ветровой и солнечной карты для Африки.

Примеры спецификации (Приложение С) аннотированные примеры Технические спецификации для двух энергетических технологий (солнечных батарей и ветряных турбин).

В разделе Дополнительные ресурсы (Приложение D) перечислены компании, физические лица, организации, литература, Интернет ресурсы и программное обеспечение, которое может быть полезно по вопросам энергоменеджмента. Типы ресурсов даны по секциям в Приложении D.2, а Приложение D.1 содержит информацию о важных общих ресурсах.

1Основы энергии и электричества

Для того чтобы мониторить, планировать и поддерживать энерготехнологии, необходимо иметь представление о базовых понятиях энергии и электричества. Эта глава посвящена краткому введению в энергию и электричество, а также некоторым способам их измерения. Дальнейшие главы используют термины и единицы этой главы.



Краткое резюме

Электричество

и энергия




Вольтаж это энергия, получаемая или потребляемая компонентами электрической цепи. Единица измерения Вольт (В).

Сила тока в электрической цепи это скорость, с которой в ней движется поток электронов. Единица измерения Ампер (А).

Энергия есть способность выполнять физическую работу.

Мощность показывает уровень генерации или расхода энергии. Единица измерения ватт или киловатт (кВт). 1 кВ равен 1000 Вт.

Киловатт-час (кВт/час) используется для измерения потребления энергии в домохозяйствах и бизнесе. 1 кВт/ч это объем энергии эквивалентной производимой или потребляемой энергии для обеспечения мощности в 1 кВт в течение 1 часа.

Мощность [кВт] = энергия [кВтч] ÷ время [часов]

Энергия [кВтч] = мощность [кВт] х время [часов]

Электрическая мощность [Вт] = напряжение [V] х ток [A]




Электричество

Цепи и электрические схемы

Электрическая схема (см.ниже) является схематичным Фотом как электричество передает мощность электроприборам. В случае с Рис. 1.1, батарея питает свет и передатчик, а переключатель позволяет выключать и включать электрический ток в цепи.



Рис 1.1.


Базовая электрическая схема, включает в себя батарею, переключатель и передатчик. Когда переключатель замкнут, ток идут в указанном направлении.

Последовательное и параллельное соединение

Электрические цепи, состоящие из единственного контура (как на Рис.1.1) называются последовательными цепями; цепи, состоящие из нескольких контуров (как Рис.1.2) называются параллельными цепями. Вольтаж и сила тока в таких цепях суммируются по- разному. Например, если ряд батарей соединены последовательно, то их вольтаж будет равен сумме вольтажа каждой батареи в цепи. Тот же самый ряд батарей соединенных параллельно дадут вольтаж равный вольтажу одной батареи. Для силы тока ситуация обратная: сила тока в последовательной цепи будет равной силе тока по всей цепи; в а при параллельном соединении сила тока будет равна сумме сил в каждом контуре цепи. Учитывая эти законы, можно сделать вывод, что батареи, солнечные панели и другие компоненты электрической цепи могут быть проведены по-разному, для получения различных значений вольтажа и силы тока.



Рис. 1.2


Параллельная цепь.

Предполагается, что каждая батарея имеет одинаковое напряжение.

Так как батареи соединены последовательно, напряжение в лампочке равно напряжению одной батареи. Но ток в основном цикле представляет собой сумму токов в каждом из отсеков.

Диаграмма: автор


Электрический ток

Электрический ток подобен течению реки или потоку – является уровнем выражающим поток в соответствующей среде. В реке, количеством выражающим поток является объем воды, а средой русло реки. В электрической цепи, количеством является количество электронов, а средой электрический проводник (кабель, провод и т.д.). Единицей измерения силы электрического тока является Ампер (А) – отражающий факт течения электрического тока. Если в проводнике есть ток в 1 А это означает, что около 6 млрд.электронов движутся в каждой его точке, каждую секунду.



Вольтаж

Вольтаж это энергия, вырабатывая или потребляемая в электрической цепи, когда она проходит через батарею (производство) или электроприбор (потребление). Единица измерения Вольт (В). Широко распространенный вольтаж составляет 12 В в батареях и 110 или 220 В в сетях общего доступа.



Переменный ток

До этого при описании электрической цепи использовалась схема постоянного тока (ПоТ), который не меняет своего направления. Переменный ток (ПеТ) меняет направление с постоянным интервалом. Частота переменного тока величина, описывающая как часто меняется направления тока. Единица измерения Герц. Волновая форма ПеТ иллюстрирует, в какой закономерности меняется направление тока с течением времени. Квадратная форма волны ПеТ резко меняет направление тока, тогда как синусоидальная форма постепенно в соответствии с формой синусоиды. Модифицированная синусоидальная форма является промежуточной между вышеназванными и меняет направление отрывочно (см. Рис.1.3).



Рис.1.3 Четыре волновые формы, варьирующиеся от синусоидальной (А), до прямоугольной формы (D). Две промежуточные формы – модифицированная прямоугольная (С) и цифровая, полученная из мелких итераций (В). Когда кривая выше мелких точек на графике, это означает, что ток течет в одном направлении, когда ниже, в обратном. Диаграмма: автор

Преимущество ПеТ заключается в относительной простоте изменения его вольтажа. Это обстоятельство является причиной широкой распространённости ПеТ в больших распределительных сетях, в которых вольтаж должен повышаться при транспортировке электроэнергии по высоковольтным кабелям и понижаться при обычном использовании. В связи с более широкой распространенностью электросетей общего пользования с переменным током, устройства и их комплектующие работающие на нем, а также их сервис и ремонт, доступнее, чем для их аналогов на постоянном токе. С другой стороны, солнечные панели и батареи генерируют постоянный ток, и конвертирование его в переменный при помощи инверторов может потребовать значительных затрат энергии. В особенности это актуально для инверторов, работающих на низких мощностях, что встречается чаще всего (в Главе 7 изложена более подробная информация об инверторах).

Энергия и мощность

Энергия

В широком смысле, энергия есть способность выполнять физическую работу. Стандартная единица измерения Джоуль (Дж), но в домашних хозяйствах и бизнесе более распространенной единицей измерения энергии является киловатт-час (кВт/час) (см. ЧЗВ 1.1). Энергия может быть в разных формах, начиная от кинетической энергии снаряда или движущейся воды до химической энергии из ископаемых видов топлива. По существу, электрическая энергия это кинетическая энергия электронов, движущихся по проводам. Эта энергия применяется в электрических цепях компьютеров, передатчиков и других приборов; для света в лампах и тепла в электрических чайниках; для питания электромоторов, которые двигают все, от вентиляторов в передатчиках до считывающих головок в DVD или CD плейерах.



ЧЗВ 1.1

Что такое киловатт-час?

1 кВт/ч это количество энергии, потребляемое устройством мощностью 1 кВт при работе за 1 час. Это примерное количество энергии, которая будет потреблена, если оставить включенной 20 Вт лампу на два дня или компьютер на 3 часа. Важно отметить, что:

кВт/ч это единица измерения энергии, а не мощности, несмотря на наличие единицы мощности (кВт). Наличие в кВт\ч единицы измерения времени (час) придает соответствующий смысл этой единице. Приложение энергии, с заданной мощностью и временем, дает фиксированный объем энергии.

Для устройства, потребляющего, как указано 2кВч, необязательно, что оно в течение 1 часа потребляет 2 кВт энергии. Оно может потреблять в течение 1 часа 2 кВт, но оно также может потреблять 1кВт за 2 часа, или 4 кВт за полчаса, и т.д., во всех этих случаях оно потребляет 2 кВт в целом.



Мощность

Мощность это уровень потребления или производства энергии. (Строго говоря, это уровень конвертирования энергии из одной формы в другую, как, например, из химической энергии батареи в электрическую энергию). Стандартная единица измерения мощности Ватт (Вт). Устройство, которое производит 1 Вт мощности, производит 1 Джоуль энергии в секунду. 2 Вт – 2 Дж/сек, и т.д.

Мощность, генерируемая источником энергии (например, солнечная панель или дизель-генератор) часто называют выходной мощностью (иногда емкостью). Мощность, которая может регулироваться с помощью специального устройства (например, инвертор или регулятор вольтажа), без выключения прибора, часто называют мощностью регулирующего устройства. Мощность, которая потребляется при включении прибора, называется потреблением.

Мощность отличается от энергии, но эти два понятия очень близки между собой. Связь между ними обеспечивается за счет времени. Мощность это количество энергии, потребляемое или генерируемое за единицу времени. В то же время, заданная мощность, использованная в заданный промежуток времени дает определенный объем энергии. Одинаковое количество энергии может быть сгенерировано или потреблено при разных мощностях: энергия в аккумуляторной батарее может быть использована за несколько часов или за несколько месяцев, в зависимости от интенсивности использования. В то же время, мощность может производить разные объемы энергии, в зависимости от того, насколько длительно она используется: 60 Вт лампа, оставленная включенной на ночь, потребит больше энергии, чем аналогичная лампа, используемая только по вечерам.

Следующие формулы помогут конвертировать энергию в мощность и наоборот:

Мощность [кВт] = энергия [кВтч] ÷ время [часы]

Энергии [кВт/ч] = мощность [кВт] х время [часы]

Например, с помощью второй формулы: солнечная панель, работающая 5 часов в день, с мощностью 0,5 кВт в течение в день генерирует 2,5 кВт/ч энергии в день.



Рис.1.4


Каждая панель Radio Pacis’ (Уганда) генерирует 1,8 кВт электрической мощности при ярчайшем солнце. В течение дня, при самом ярком солнце (длит.5 часов), она может генерировать 9кВт/ч энергии.

Фото: Cameco



Энергия и мощность в электрических цепях

Энергия из батарей зависит от вольтажа вокруг батареи и силы тока в цепи:

Мощность [Вт] = вольтаж [В] х сила тока [А]

Например, батарея в 24В с силой тока в 10А имеет мощность в 240 Вт. Мощность зависит и от вольтажа и от силы тока – уменьшение или увеличение ведет к пропорциональному изменению мощности.

Строго говоря, формула приведенная выше не вычисляет фактическую мощность (в Вт) в цепи. Эта формула определяет относительную мощность (Воль-Ампер, или ВА). Для переменного тока относительная мощность от 1,2 до 1,5 раза выше, чем фактическая мощность (и наоборот, фактическая мощность ниже от 0,7 до 0,8 раза, чем относительная). Например, генератор с относительной мощностью в 5000кВА имеет фактическую мощность в 3500Вт. Это происходит в результате электрического феномена под названием фактор мощности.

2 Энергосбережение и оценка

Первый шаг в улучшении энергетического менеджмента на станции должен состоять в том, чтобы выяснить среднее ежедневное потребление энергии на станции. Оценкой определяются основные энергетические нагрузки, и рассчитывается общий ежедневный уровень потребления энергии. Кроме того, в ходе оценки можно выявить качественные характеристики, временную динамику и вариативность энергопотребления. Это помогает выяснить основные места энергопотерь на станции. Оценка позволяет выбрать необходимые энергетические технологии для использования, описанные в


следующая страница >>



Цена свободы — это вечная бдительность. Джон Керран, а за ним многие
ещё >>