Может ли энергия накапливаться 3 класс: Вещество и энергия.Окружающий мир, 3 класс

Урок 28. накопление механической энергии — Технология — 5 класс

Технология, 5 класс

Урок 28. Накопление механической энергии

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Способы сохранения энергии
2. Работа механизмов энергонакопления.

Тезаурус:

Аккумулирование энергии – накопление энергии впрок.

Аккумулятор – устройство, с помощью которого накапливают и сохраняют энергию.

Маятник – система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1.Технология. 5 класс : учеб. пособие для общеобразовательных организаций / [В.М. Казакевич, Г.В. Пичугина, Г.Ю. Семенова и др.]; под ред. В.М. Казакевича. — М.: Просвещение, 2017

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Накопление энергии — это аккумуляция энергии для её использования в дальнейшем.

Примером устройства накопления энергии (энергонакопителя) является аккумуляторная батарея, в которой хранится химическая энергия, легко преобразуемая в электричество для работы мобильного телефона.

Еще один пример — гидроэлектростанция: вода в резервуаре выступает в качестве источника потенциальной энергии гравитации.

Система из нескольких шариков, подвешенных на нитях в одной плоскости, колеблющихся в этой плоскости и соударяющихся друг с другом, называется маятником Ньютона. Эта система предназначена для демонстрации преобразования энергии различных видов друг в друга.

Сегодня данную конструкцию часто можно встретить на столах в офисах.

Механическую энергию можно накапливать, чтобы потом было удобнее и быстрее использовать. Такое накопление энергии называется аккумулированием, а устройства, с помощью которых накапливают и сохраняют энергию, называются аккумуляторами.

Аккумуляторы механической энергии применялись еще с древних времен.

При применении любого механического ручного инструмента происходит передача от мышц человека обрабатываемому предмету, а в инструменте аккумулируется потенциальная и кинетическая энергия.

Таким образом, удары такими примитивными орудиями труда, как например рубило, можно смело считать передачей и аккумулированием механической энергии.

Удельная кинетическая энергия, запасенная в ударном орудии (например, топоре) к моменту удара, зависит от скорости, которую человек способен передать этому орудию.

Первым грузовым аккумулятором можно считать поднятый человеком камень.

Примером аккумулятора может служить тетива арбалета, поднятая гиря в механических весах, спиральная пружина, установленная в механизме часов и заводной игрушке, а так же баллон с сжатым под большим давлением газом.

В механических часах источником питания служит движение пружины, скрытой в особом барабане. Пружина в часах, будучи лентой из стали или иного специализированного сплава находится в свёрнутом виде в металлическом барабане. На внешней поверхности барабана сделаны зубья и колесо-барабан одето на определенный вал, на котором может свободно крутиться вокруг его оси. Один конец пружин закреплён внутри барабана, а другой закреплён за крючок на валу. Владелец заводит свои часы – и тогда пружина внутри корпуса закручивается, после чего начинает раскручиваться, «оживляя» механизм.

Маятник — система, подвешенная в поле тяжести и совершающая механические колебания. Колебания совершаются под действием силы тяжести, силы упругости и силы трения.

Во время колебаний маятника происходят постоянные превращения энергии из одного вида в другой. Кинетическая энергия маятника превращается в потенциальную энергию и обратно.

Маятники используются в различных приборах, например, в часах.

Раскрученный массивный диск-маховик может долго сохранять кинетическую энергию. Его раскручивают до большого числа оборотов в камере, из которой выкачан воздух. Воздух тормозит вращение диска. Скорость вращения составляет от 200-400 оборотов в секунду. Такой супермаховик способен долго вращаться в камере, сохраняя полученную энергию.

Аккумуляторами потенциальной энергии могут служить большие бассейны с водой, расположенные на возвышенности. Спуская поток воды по водоводу к турбине, можно, израсходовав накопленную потенциальную энергию воды, получить дополнительную электроэнергию, когда это необходимо.

Одним из первых стабильных источников энергии, освоенных человеком, был ветер. Именно благодаря ему произошли великие географические открытия, человечество получило возможность путешествовать, орошать поля, молоть зерно и, наконец, оно научилось превращать ветер в чистую энергию в виде электричества.

Энергия ветра впервые была использована на парусных судах, которые были главным транспортным средством для перевозки товаров по Нилу в древнем Египте.

В XI веке ветряные мельницы широко использовались на Ближнем Востоке и при возвращении крестоносцев попали в Европу.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля

Задание 1. Постановка элементов в пропуски в таблице

Какие источники энергии используют приведённые ниже устройства?

устройство	источник энергии

Правильный вариант ответа: ветер, солнце, вода

Задание 2. Ввод с клавиатуры пропущенных элементов в тексте

Впишите недостающее слово

…– устройство, с помощью которого накапливают и сохраняют энергию.

Правильный ответ: аккумулятор

Потенциальная энергия — урок. Физика, 7 класс.

Энергия характеризует способность тела совершать работу. Натянутая тетива лука, сжатая пружина, поднятый с земли камень, сжатый газ при определённых условиях могут совершать работу.

 

Потенциальной энергией обладают: 
 

1. Тела, поднятые над поверхностью земли (например, камень при падении с высоты образует на земле воронку).
 

2. Упруго деформированные тела (например, человек натягивает тетиву лука и выпускает стрелу).
 

3. Сжатые газы (расстояние между молекулами газа уменьшается, и увеличивается сила отталкивания между ними).
 

Слово «потенциальный»  (potentia) на греческом языке означает «возможность».

 

Огромной потенциальной энергией обладают воды водопада. Потенциальная энергия воды совпадает с работой силы притяжения Земли.

 

Потенциальная энергия накапливается в водах рек. Сила притяжения Земли производит работу, заставляя реки течь в более низко расположенное место — в море. Человек научился полезно использовать потенциальную энергию рек. В древние времена строили водяные мельницы, а с \(20\) века — гидроэлектростанции (ГЭС).

 

Гидроэлектростанция в Итайпу, находящаяся на границе между Бразилией и Парагваем на реке Парана, на сегодня является крупнейшим действующим сооружением такого рода в мире. У её плотины (через которую протекает вода) имеются шлюзы, состоящие из \(14\) ворот, через которые за секунду проходит \(62200\) кубометров воды.

 

 

Рис. \(1\). Шлюзовая система

 

Потенциальную энергию тела, поднятого над опорой на высоту \(h\), рассчитывают по формуле:

Epot=mgh , где m — масса тела, а g — ускорение свободного падения у поверхности Земли.

Потенциальную энергию тела измеряют относительно некоторого условного уровня отсчёта, чаще всего относительно поверхности Земли. В таком случае принимают, что потенциальная энергия тела на поверхности Земли равна нулю.

 

Обрати внимание!

Тело одновременно может обладать и потенциальной, и кинетической энергией, и они могут переходить одна в другую.

 

 

Рис. \(2\). Мальчик на качелях

 

Человек, качающийся на качелях, обладает максимальной потенциальной энергией в наивысшей точке подъёма, в этой точке качели на мгновение замирают и, значит, в этот момент кинетическая энергия человека равна нулю.

 

При движении из состояния \(1\) в состояние \(2\), потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растёт (так как высота тела над уровнем земли уменьшается, а скорость движения тела возрастает).

 

Когда человек находится в самой нижней точке траектории движения \(2\), кинетическая энергия является наибольшей, так как в этот его момент скорость самая высокая. При движении из состояния \(2\) в состояние \(3\), увеличивается потенциальная энергия (так как увеличивается высота подъёма тела), а кинетическая энергия уменьшается (так как скорость движения тела уменьшается).

В замкнутой системе сумма кинетической и потенциальной энергии в любой момент времени остаётся неизменной.

Сумма потенциальной и кинетической энергии тела называется полной механической энергией тела.

Привязанный отвес на высоте \(h\) обладает максимальной потенциальной энергией, а кинетическая энергия (энергия движения) в это время равна \(0\).

 

 

Рис. \(3\). Изменение энергии

 

Когда верёвку перерезают, отвес начинает свободно падать, высота уменьшается, а скорость увеличивается (с ускорением \(g\)), соответственно, потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия возрастает.

 

В каждый момент времени, до момента соударения, сумма потенциальной и кинетической энергии отвеса одинакова.

 

В момент соударения энергия отвеса не исчезает, она передаётся другому телу — гвоздю, который под воздействием этой энергии начинает движение, уходя глубже в брус. Некоторая часть энергии преобразуется во внутреннюю — тепловую энергию (так как отвес при соударении нагревается).

 

Любое тело обладает внутренней энергией, которая не связана с движением тела.

Внутреннюю энергию образует движение атомов и молекул тела.

Например, в результате удара частички начинают двигаться интенсивнее — это проявляется в виде нагрева тела. При сжатии пружины изменяется потенциальная энергия частиц.

 

 

Рис. \(4\). Натянутая резинка

 

Натянутая резинка обладает потенциальной энергией, причиной этого является взаимное притяжение молекул.

Закон сохранения энергии:

энергия не исчезает и не возникает снова, она только преобразуется из одного вида энергии в другой вид энергии или переходит от одного тела к другому.

Полная энергия тела — это сумма его механической и внутренней энергии.

 

Полная энергия тела ↗↖ Механическая энергия                Внутренняя энергия ↗↖↗↖ Тела Eпот   Тела Eкин     Частиц Eпот   Частиц Eкин Источники: Рис. 2. Указание автора не требуется, 2021-07-22, Vecteezy License, https://www.vecteezy.com/vector-art/304022-boy-playing-hand-swing Рис. 3. Изменение энергии. © ЯКласс.

 

Радон и его воздействие на здоровье человека

Что такое радон?

Радон — это радиоактивный газ без запаха, цвета и вкуса. Радон образуется в процессе природного радиоактивного распада урана, который присутствует во всех горных породах и почвах. Радон может также присутствовать в воде.

Высвобождаясь из грунта в воздух, радон распадается с образованием радиоактивных частиц. Когда мы дышим, эти частицы осаждаются на клетках эпителия дыхательных путей, что чревато повреждением ДНК клеток и может привести к развитию рака легких.

Концентрация радона в атмосферном воздухе быстро падает до очень низкого уровня и, как правило, не представляет опасности. Средний уровень концентрации радона в атмосферном воздухе¹ колеблется в диапазоне 5-15 Бк/м³. Однако внутри помещений, а также в плохо проветриваемых местах концентрация выше, причем наиболее высокие уровни концентрации наблюдаются в шахтах, пещерах и водоочистных сооружениях. В зданиях, например в жилых домах, школах и офисных помещениях, уровни концентрации радона могут сильно варьироваться – от 10 Бк/м³ до более 10 000 Бк/м³. Учитывая свойства радона, можно сделать вывод, что находящиеся в таких зданиях люди, возможно, сами того не сознавая, живут или работают в условиях очень высокой концентрации радона.

Неблагоприятное воздействие радона на здоровье

Радон является одной из основных причин развития рака легких. По оценкам, радон вызывает от 3% до 14% всех случаев рака легких в зависимости от среднего по стране уровня концентрации радона и распространенности курения.

Впервые повышенная заболеваемость раком легких была отмечена у шахтеров, работающих в урановых рудниках и подвергающихся воздействию радона в очень высоких концентрациях. Кроме того, исследования, проведенные в Европе, Северной Америке и Китае, подтвердили, что даже низкие концентрации радона, которые, например, часто регистрируются в жилых помещениях, также создают риски для здоровья и способствуют развитию рака легких у людей во всем мире.

Увеличение средней концентрации радона за длительный период времени на 100 Бк/м³ увеличивает примерно на 16% риск развития рака легких. Считается, что соотношение доза-ответ является линейным, то есть риск развития рака легких возрастает пропорционально увеличению воздействия радона.

По оценкам, вероятность развития рака легких в результате воздействия радона у курильщиков в 25 раз выше, чем у некурящих. На сегодняшний день не установлен риск развития других видов рака или других неблагоприятных последствий для здоровья. В то же время в результате вдыхания радона радиация может проникать в другие органы, но при этом ее уровень будет гораздо ниже, чем уровень радиации в легких.   

Присутствие радона в зданиях  

  

Большинство людей подвергаются наиболее сильному воздействию радона в жилых домах, где они проводят много времени. Однако рабочие места внутри зданий могут также являться источником неблагоприятного воздействия. Концентрация радона внутри зданий зависит от следующих факторов:

• геологические особенности местности, например, содержание урана и проницаемость подстилающих пород и грунтов;
• пути поступления радона в здание из грунта;
• выделение радона из строительных материалов;
• частота смены воздушных масс в помещении за счет поступления атмосферного воздуха, которая зависит от конструкции здания, привычек людей в отношении проветривания занимаемых ими помещений и герметичности здания.

Радон поступает в здания через щели в полах или на стыках полов и стен, неуплотненные технологические отверстия вокруг труб или кабелей, небольшие поры в стенах, возведенных из пустотелых бетонных блоков, полости в стенах, а также через внутренние водостоки и дренажные системы. Концентрация радона обычно выше в подвалах, цокольных помещениях и жилых помещениях, соприкасающихся с грунтом. Однако значительная концентрация радона в здании может наблюдаться и выше уровня земли.

Уровни концентрации радона в соседних зданиях могут сильно различаться, а в одном и том же здании меняться каждый день и даже каждый час. Ввиду таких колебаний наиболее предпочтительным методом определения среднегодового уровня концентрации радона в воздухе внутри помещений считается проведение замеров по крайней мере в течение трех месяцев. Существуют недорогие и простые способы определения уровней концентрации радона в жилых помещениях при помощи небольших по размеру пассивных дозиметров. В целях обеспечения согласованности и достоверности данных, необходимых для принятия решений, замеры должны производиться на основе национальных протоколов. Краткосрочное радоновое тестирование, которое проводится в соответствии с национальными протоколами, может пригодиться для принятия решений в ситуациях, когда очень важен фактор времени, например, при продаже жилья или при проверке эффективности проведенных работ по смягчению воздействия радона.  

Способы снижения концентрации радона внутри помещений

Существуют проверенные, надежные и эффективные по стоимости методы предотвращения проникновения радона в строящиеся здания и снижения концентрации радона в существующем жилом фонде. Следует предусматривать меры по предупреждению загрязнения строящихся сооружений радоном, особенно в радоноопасных районах. Во многих странах Европы, в Соединенных Штатах Америки и в Китае в строительные нормы и правила включены меры по защите строящихся зданий от радона.   

Вот лишь некоторые общепринятые способы снижения концентрации радона в уже существующих зданиях:

• более интенсивная вентиляция подпольного пространства;
• обустройство системы отвода радона в подвальном помещении или под монолитным полом на грунтовом основании;
• предотвращение поступления радона из подвального пространства в жилые помещения;
• устранение трещин и щелей в полах и стенах;
• улучшение вентилирования здания, особенно в контексте энергосбережения.

Пассивные системы смягчения воздействия радона позволяют снижать концентрацию этого газа внутри помещений более чем на 50%. Добавление принудительной вентиляции обеспечивает еще более существенное уменьшение концентрации радона.

Радон в питьевой воде

Во многих странах питьевая вода поступает из подземных источников – родников, колодцев и артезианских скважин. Как правило, концентрация радона в воде из этих источников выше, чем в воде из поверхностных источников водоснабжения, таких как водохранилища, реки или озера.

На сегодняшний день результаты эпидемиологических исследований не подтверждают, что потребление питьевой воды, содержащей радон, увеличивает риск заболевания раком желудка. Растворенный в питьевой воде радон поступает в воздух внутри помещений. Как правило, при поступлении радона в организм ингаляционным путем полученная доза радона оказывается выше, чем при его поступлении в пищеварительный тракт.

Руководство по обеспечению качества питьевой воды [1] (2011 г.) рекомендует устанавливать скрининговые уровни содержания радона в воде на основе национального референтного уровня содержания радона в атмосфере. В том случае, если есть основания полагать, что в питьевой воде может обнаружиться высокая концентрация радона, целесообразно измерить содержание радона в воде. Существуют простые и эффективные способы снижения концентрации радона в питьевой воде, такие как аэрация или использование фильтров с гранулированным активированным углем. Дополнительные рекомендации можно найти в документе Management of Radioactivity in Drinking-water [2] (2018 г.). 

Деятельность ВОЗ

Присутствие радона внутри помещений является предупреждаемым фактором риска, которому можно противостоять с помощью эффективных мер национальной политики и нормативного регулирования. В справочном пособии ВОЗ WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective [3] изложены варианты политики по сокращению рисков для здоровья, обусловленных воздействием радона на организм в помещениях, за счет осуществления следующих мер:

• информирование населения об уровнях концентрации радона внутри помещений и соответствующих рисках для здоровья;
• реализация национальной программы в отношении радона, направленной на сокращение риска как для населения в целом, так и индивидуального риска для людей, живущих в условиях повышенной концентрации радона;
• установление национального среднегодового референтного уровня концентрации радона в жилых помещениях в 100 Бк/м³, однако если этот уровень не может быть обеспечен в силу преобладающих в конкретной стране условий, то он не должен превышать 300 Бк/м³;
• разработка протоколов определения концентрации радона в целях обеспечения качества радонового тестирования и согласованности полученных данных;
• включение положений, касающихся предупреждения радонового загрязнения, в строительные нормы и правила в целях снижения уровней концентрации радона в строящихся зданиях и реализация радоновых программ для обеспечения того, чтобы эти уровни были ниже национальных референтных значений;
• поощрение просвещения работников строительного сектора и оказание финансовой поддержки мероприятиям по удалению радона из уже построенных зданий;
• рассмотрение возможности включения радона в качестве фактора риска в национальные стратегии, касающиеся борьбы с раком и борьбы против табака, а также в стратегии по обеспечению качества воздуха внутри помещений и энергосбережения.  

Эти рекомендации соответствуют Международным основным нормам безопасности [4] (2014 г.), разработанным при поддержке со стороны ВОЗ и других международных организаций. ВОЗ содействует внедрению норм безопасности в отношении радона, которые в конечном счете способствуют реализации Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 г., достижению закрепленных в ней целей (ЦУР) и решению поставленных задач, а именно задачи 3.4, касающейся неинфекционных заболеваний. В рамках Глобальной обсерватории здравоохранения ВОЗ сформировала базу данных по радону [5].

Примечания

¹ Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк). Один беккерель соответствует одному акту спонтанного изменения состава (акту распада) одного атомного ядра в секунду. Концентрация радона в воздухе равна числу радиоактивных распадов в секунду в одном кубическом метре воздуха (Бк/м³).

Источники

[1] Руководство по обеспечению качества питьевой воды, четвертое издание (https://www.who.int/water_sanitation_health/publications/dwq-guidelines-4/ru/), Женева, ВОЗ (2011 г.)

[2] Management of Radioactivity in Drinking-water, Geneva, WHO (2018)   

[3] WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective, Geneva, WHO (2009)

[4] Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные основные нормы безопасности, Вена, МАГАТЭ (2014 г.)
https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1578_R_web.pdf       

[5] WHO Global Health Observatory: Radon database on national policies and regulations  

Минеральные вещества | Tervisliku toitumise informatsioon

В человеческом организме установлено наличие более 70 химических элементов. Достоверно установлена потребность в более чем 20 биоэлементах. Для обеспечения достаточного количества этих элементов крайне важно, чтобы питание было разнообразным.

Встречающиеся в организме минеральные вещества можно условно разделить на две группы:

• Содержание макроэлементов в организме составляет более 0,01%. Ими являются фосфор (P), кальций (Ca), натрий (Na), калий (K), магний (Mg), сера (S), хлор (Cl) (см Таблица 1).
• Содержание микроэлементов – менее 0,01%, у некоторых даже 0,00001.

Потребность в некоторых микроэлементах установлена, это железо (Fe), цинк (Zn), медь (Cu), йод (I), селен (Se) , марганец (Mn), молибден (Mo), фтор (F), хром (Cr), кобальт (Co), кремний (Si), ванадий (V), бор (B), никель (Ni), мышьяк (As) и олово (Sn).

Помимо них в организме обнаружен целый ряд элементов, функция которых пока не ясна, их появление в организме может быть обусловлено загрязнением окружающей среды и частым соприкосновением с ними. Например, люди, работающие в теплицах, постоянно контактируют с химическими веществами, различные элементы могут быть признаком разного рода заболеваний. В числе таких элементов алюминий (Al), стронций (Sr), барий (Ba), рубидий (Rb), палладий (Pd), бром (Br).

В организм могут попадать и тяжелые, т.е. ядовитые металлы, такие как кадмий (Cd), ртуть (Hg) или свинец (Pb).

Минеральные вещества в нашем организме являются важными компонентами скелета, биологических жидкостей и энзимов и способствуют передаче нервных импульсов.

Люди и животные получают различные биологические элементы из пищи, воды и окружающего воздуха, самостоятельно синтезировать минеральные вещества живые организмы не могут. В растениях минеральные вещества накапливаются из почвы, и их количество зависит от места произрастания и наличия удобрений. В питьевой воде также имеются минеральные вещества, и их содержание зависит от места, откуда получают воду.

Несмотря на то, что человек нуждается в небольших количествах минеральных веществ (макроэлементов в миллиграммах и граммах, микроэлементов – в милли- и микрограммах), в его организме, тем не менее, отсутствуют достаточные запасы минеральных веществ, чтобы нормально перенести их долговременный дефицит. Потребность в минеральных веществах зависит также от возраста, пола и прочих обстоятельств (см Таблица 2). Например, повышенная потребность в железе у женщин связана с менструациями и беременностью, а спортсменам требуется больше натрия, потому что он интенсивно выводится с потом.

Чрезмерные количества минеральных веществ могут привести к сбоям в работе организма, потому что, будучи компонентами биоактивных соединений, они оказывают влияние на регуляторные функции. Получать чрезмерные количества минеральных веществ (за исключением натрия) с пищей практически невозможно, однако это может произойти при чрезмерном употреблении биологически активных добавок и обогащенных минеральными веществами продуктов.

Усвоению минеральных веществ могут препятствовать:

• злоупотребление кофе,
• употребление алкоголя,
• курение,
• некоторые лекарства,
• некоторые противозачаточные таблетки,
• определенные вещества, встречающиеся в некоторых продуктах, например, в ревене и шпинате.

Потери минеральных веществ при тепловой обработке продуктов питания значительно меньше, чем потери витаминов. Однако при рафинировании или очистке часть минеральных веществ удаляется. Поэтому важно есть больше цельнозерновых и нерафинированных продуктов. Минеральные вещества могут образовывать соединения с другими веществами, содержащимися в продуктах питания (например, с оксалатами в ревене), в результате чего организм не может их усвоить.

Таблица 1

Названия и источники важнейших минеральных веществ

Обозначение	Название	Лучшие источники *
Макроэлементы
Na	натрий	поваренная соль (NaCl), готовая еда, сыр, ржаной хлеб, консервы, мясные продукты, оливки, картофельные чипсы
K	калий	растительные продукты: сушеные фрукты и ягоды, орехи, семена, топинамбур, картофель, редис, капуста, зеленые овощи, мука «Кама», свёкла, банан, ржаной хлеб, смородина, томаты
Ca	кальций	молоко и молочные продукты (особенно сыр), миндаль, орехи, семена, рыба (с костями), шпинат
Mg	магний	орехи, семена, мука «Кама», ржаной хлеб, шпинат, бобовые, греча, цельнозерновые продукты, свинина, говядина и курятина, банан, брокколи
P	фосфор	семена, орехи, молочные продукты (особенно сыр), печень, птица, говядина, ржаной хлеб, рыба, цельнозерновые продукты, бобовые
S	сера	продукты с белками, содержащими аминокислоты метионин (зерновые, орехи) и цистеин (мясо, рыба, соевые бобы, зерновые)
Cl	хлор	поваренная соль
Микроэлементы
Fe	железо	печень, кровяная колбаса, семечки, яйца, изюм, ржаной хлеб, нежирная говядина и свинина, цельнозерновые продукты, греча, клубника
Zn	цинк	печень, мясо, мука «Кама», семена, орехи, сыр, ржаной хлеб, бобовые, дары моря (крабы, салака), цельнозерновые продукты, яйца
Cu	медь	печень, какао-порошок, мясо, бобовые, цельнозерновые продукты, семена, орехи, греча, ржаной хлеб, лосось, авокадо, свёкла, дары моря
I	йод	йодированная соль, рыба и другие дары моря, сыр, яйца, некоторые виды ржаного хлеба и йогурта
Se	селен	арахис, печень, рыба и дары моря, семена подсолнечника, мясо

* Количество, содержащееся в 100 г продукта, покрывает не менее 10% суточной потребности взрослой женщины

Таблица 2

Рекомендуемые в зависимости от возраста суточные нормы потребления важнейших минеральных веществ

Возраст	Натрий, мг	Кальций, мг	Калий, г	Магний, мг	Железо, мг	Цинк, мг	Медь, мг	Йод, мкг	Селен, мкг
Дети
6–11 месяцев	до 650	550	1,1	80	8	5	0,3	60	15
12–23 месяца	до 830	600	1,4	85	8	6	0,3	90	25
2–5 лет	до 1580	600	1,8	120	8	6	0,4	90	30
6–9 лет	до 1580	700	2	200	9	7	0,5	120	30
Женщины
10–13 лет	до 2400	900	2,9	300	11	8	0,7	150	40
14–17 лет	до 2400	900	3,1	320	15	9	0,9	150	50
18–30 лет	до 2400	900	3,1	320	15	9	0,9	150	50
31–60 лет	до 2400	800	3,1	320	15	9	0,9	150	50
61–74 лет	до 2400	800	3,1	320	10	9	0,9	150	50
> 75 лет	до 2400	800	3,1	320	10	9	0,9	150	50
Беременные	до 2400	900	3,1	360	15	10	1	175	60
Кормящие матери	до 2400	900	3,1	360	15	11	1,3	200	60
Мужчины
10–13 лет	до 2400	900	3,3	300	11	11	0,7	150	40
14–17 лет	до 2400	900	3,5	380	11	12	0,9	150	60
18–30 лет	до 2400	900	3,5	380	10	9	0,9	150	60
31–60 лет	до 2400	800	3,5	380	10	9	0,9	150	60
61–74 лет	до 2400	800	3,5	380	10	10	0,9	150	60
> 75 лет	до 2400	800	3,5	380	10	10	0,9	150	60

* Для 18–20-летних рекомендуемая суточная доза составляет 900 мг кальция и 700 мг фосфора.
** Потребность в железе зависит от потери железа при менструациях. Для женщин в постменопаузе рекомендуемая дневная доза железа составляет 10 мг.
*** Для достижения сбалансированного содержания железа во время беременности в организме женщины должны иметься запасы железа как минимум на 500 мг больше, чем до беременности. В двух последних триместрах беременности, в зависимости от уровня железа в организме, может потребоваться дополнительный прием железа.
**** На самом деле, селена можно потреблять больше указанной в таблице рекомендованной дозы, поскольку селен по-разному всасывается из разных источников и происходит постоянное обеднение им поверхности, т.е. таблицы питательной ценности продуктов «не поспевают» за истинным положением дел (в них зачастую указываются значения больше реальных).

Максимальные разовые безопасные дозы минеральных веществ и пищевых добавок:

Минеральное вещество	Доза
Кальций (мг)	2500
Фосфор (мг)	3000
Калий  (мг)	3,7*
Железо  (мг)	60
Цинк (мг)	25
Медь (мг)	5
Йод (мкг)	600
Селен (мкг)	300

* Только из биоактивных добавок или обогащенной пищи

Средство против старости: почему китайская гимнастика так полезна для пожилых. Цигун позволяет им восстанавливать жизненные силы

— Поднимаем правую руку над головой, левую держим на животе и водим по кругу, — преподаватель стоит перед учениками, совершая плавные движения с закрытыми глазами. Играет тихая спокойная музыка. — В цигуне это движение называется «позволяю себе быть счастливым». Можно произносить это про себя… Потом левая рука движется в обратном направлении. Меняем руки местами…

Цигун — это китайская гимнастика, которая, конечно, представляет собой нечто большее, чем пассы руками в воздухе. Могли ли столичные пенсионеры представить, что будут в пожилом возрасте познавать науку восточных мудрецов? Благодаря проекту «Московское долголетие» теперь у людей «золотого возраста» есть такой шанс. Корреспондент «МК» побывал на, пожалуй, одном из самых необычных занятий столичного проекта в спортивно-досугового центра «Ратмир» в районе Зюзино.

Надо понимать, что китайская гимнастика совсем не похожа на гимнастику в нашем, обыденном понимании. Это не привычная зарядка с «раз-два-сели-встали», где движения приносят физическую бодрость, но никак не задействуют наше сознание. Не всем пожилым людям, кстати, такой кружок подойдет. А вот цигун (в его легкой форме) не требует хорошей физической подготовки и отлично подойдет людям старшего возраста, которые накопили за жизнь букет недугов.

История цигуна, если верить информации из Сети, берет свое начало еще до нашей эры. В провинции Хунань Китая нашли изображения физических упражнений цигун на шелке, сделанные еще во II веке до нашей эры. Если вдаваться в смысл цигуна, его содержание, то он был связан с религиозным мировоззрением даосских монахов. Но оставим эти вещи историкам и философам. На практике же цигун используется в разных формах и очень широко. Например, в Китае его применяют в медицинских и лечебных целях. Для практикующих китайские боевые искусства цигун — часть подготовки, которая улучшает боевые навыки. Его используют как часть медитации или даже для улучшения моральных качеств (речь идет о сторонниках конфуцианства). На деле же цигун — это сочетание дыхательных и двигательных упражнений. Китайских иероглиф «ци» переводится как «энергия», а «гун» — работа. Получается, что это самая настоящая работа с энергией.

Однако цигун не похож на восточные единоборства, о которых можно подумать, услышав это слово.

— Смысл цигун — не в сложности упражнений, — рассказывает преподаватель цигуна Аристарх Восканян. — Все движения делаются медленно, потому внимание контролирует каждый миллиметр тела. В итоге ваши мысли и движения начинают вместе работать, и вы начинаете управлять вашей энергией внутри. Цигун — это работа с энергией, а точнее — управление энергией. Если в нашем теле ухудшается приток энергии по энергетическим каналам, то оно начинает страдать. Наша задача — усилить общий поток энергии в организме.

Мы общаемся с Арисом уже после двухчасового занятия, которое он провел на одном дыхании, с закрытыми глазами. Сам он занимается цигуном 20 лет, учился в Пекинской академии ушу и медитировал с монахами.

«Создайте шар из золотого песка…»

На самом деле лучше один раз побывать на цигуне, чем сто раз про него услышать. Занятия в центре «Ратмир» идут уже третий раз. Секции по цигуну были в других районах, и вот в Зюзине решили перехватить инициативу. Пожилые участники откликнулась с радостью — набрался целый класс.

11 часов. В помещении, похожем на актовый зал с небольшой сценой, звучит медленная мелодичная музыка — успокаивающая, настраивающая на медитативный лад. Участники стоят перед преподавателем: никакой особой формы не нужно, можно одеться просто и удобно.

— Вздох, создаем над головой шар из золотого песка, — говорит учитель. — На выходе высыпаем песок в макушку, как в песочных часах. Он сыплется, сыплется, сыплется, а в нижнем дан-тяне, в области живота, накапливается энергия…

Восканян объясняет после, что задача цигуна — накопить энергию в организме в важных точках дан-тянь. Существует нижний дан-тянь — область живота: согласно учению, приток энергии туда наладит работу и гормональной системы, и пищеварительной, и, возможно, половой. Второй дан-тянь находится чуть выше солнечного сплетения. Фокусировка энергии в нем улучшит работу сердца, лучше начнут функционировать и легкие. Третий, верхний дан-тянь находится в голове — энергия в нем активизирует нашу умственную деятельность.

Именно с этими дан-тянями и энергией работают Восканян и его пожилые ученики. Преподаватель выполняет плавные движения, пенсионеры за ним старательно повторяют.

— Поднимаем энергию в область среднего дан-тяня, представляем, что стоим по пояс в теплой воде, как на море. Голубое небо, солнышко, тишь, гладь… Гладим ладонями поверхность воды так, чтобы ряби от наших движений не было. Это будет развивать чувствительность наших ладоней. Вспоминаете прикосновения к поверхности воды и очень аккуратно, чуть-чуть, касаетесь…

Преподаватель использует очень много зрительных образов: «представьте, что держите в руках скалку», «представьте, что перед вами теплый прозрачный пруд с рыбками»… Умиротворенные образы успокаивают ум и собирают внимание, помогают сконцентрироваться. А плавные движения делают цигун похожим на медленный танец. Движения несложные и легко поддаются пожилым людям. А самое главное — позитивный настрой всего занятия.

— Переносимся в центр земного шара и оттуда энергию Земли и энергию здоровья тянем к себе, как канат, — продолжает Восканян, совершая плавные движения руками. — Тяните его то одной рукой, то другой. Нам надо укрепить связь с Землей, чтобы было хорошее физическое здоровье. Мысленно переносимся к горизонту и притягиваем оттуда поток энергии, тянем как канат. И с неба тянем к себе золотистый канат, духовное здоровье, чтобы была связь с небом…

По правде говоря, некоторые движения, особенно на координацию, могут показаться замысловатыми и взрослому человеку. Правая рука чертит круг вниз, левая рука чертит круг вверх…

— Конечно, мы учитываем возраст учеников, — говорит Восканян, — и стараемся давать легкие варианты упражнений. Но некоторые, несмотря на преклонные годы, в хорошей форме, даже в отличной! И могут выполнять даже сложные упражнения.

«Цигун меняет жизнь»

После занятия пенсионеры не падают на стул с одышкой и даже не хватаются за сердце, а бодрым шагом идут к выходу.

— Я попробовала ходить на общую физическую подготовку, но после чувствовала растяжение мышц, — рассказывает 72-летняя пенсионерка Валентина. — Оно, правда, проходит. Но я очень уставала, приходила домой и чувствовала себя тряпочкой: там занятие длилось два часа. И здесь оно идет два часа, но оно проходит незаметно. У меня проблемы с сердцем и была сломана левая рука. После занятия цигуном у меня не было усталости, я бежала домой! Не знаю, с чем это связано. Контроль дыхания и плавные движения точно что-то дают для организма. Прошлые два занятия по два часа мы вообще не уставали, чувствовали легкость. Я пробую дома делать, но, увы, все запомнить нельзя, только отдельные моменты. Вот у меня болит сердце — я делаю упражнения на сердце; поджелудочная — я делаю на поджелудочную. На занятии мы концентрировались на легких, а у меня как раз кашель две недели. Я думаю, что и всем понравились занятия. Упражнения простые, легкие, нагрузки нет. Нам дают минуту на отдых, мы можем походить, встряхнуться…

Кстати, большинство из обучающихся цигуну — женщины, хотя и трое мужчин отважились прийти.

— Мне нельзя много ходить, у меня поврежденное колено, — рассказывает 60-летняя участница Любовь. — А здесь нагрузка на ноги меньше, хотя приходится стоять. При этом обстановка тут такая спокойная, занятие проводится под музыку, и это чисто психологически лучше, чем ходьба. И потом, я уже раньше читала про цигун, слышала про него. Когда-то я летала в Китай, в Корею и видела, что люди пожилого возраста там занимаются. Видела, как они летят в самолете и обстукивают себя ладонями, — сейчас я понимаю, с чем это связано. И тренер у нас — настоящий профессионал, он пытается в нас что-то искренне вложить.

Интересно, что, по общему мнению участников, после первого занятия многие почувствовали прилив сил, улучшение настроения и бодрость.

— Я ушла на пенсию года два-три назад, сделала операцию, приходилось много лежать, — продолжает моя собеседница. — А сейчас даже после двухчасового занятия не чувствую физической усталости. Мне легче даются упражнения, идет движение внутри тела, задействованы все органы. Я когда-то в молодости занималась йогой, но сейчас она мне не показана. А вот эта гимнастика способствует меньшему напряжению, хотя и здесь дыхательные упражнения присутствуют.

Действительно, занятия проводятся профессионально, со всем вниманием к возрасту участников, их психологическому и физическому состоянию. Об эффекте цигуна рассказал и Аристарх Восканян. Он-то за годы обучения успел почувствовать эффект на себе:

— У меня все родственники болеют генетически: сахарный диабет и другое. Я единственный держусь за счет цигуна. Самое главное — я более 15 лет не болею простудными заболеваниями. У меня жена и дети, бывает, могут подхватить вирус. В январе жена заболела, была температура 39. Она все просила меня в другую комнату уходить, чтобы не заразиться. Я же ей говорю: я в защитном энергетическом шаре сплю, я не заражусь. Мы такие создаем вокруг себя на занятиях. Не знаю механизма, как он работает, но точно знаю, что он спасает. И если его регулярно поддерживать — то не заболеешь. И я не заболел!

Аристарх рассказал о своих учениках-пенсионерах, которые тоже почувствовали, как цигун в прямом смысле начал менять их жизнь.

Почему это полезно в первую очередь для пенсионеров? Потому что позволяет им жизненные силы восстанавливать. У одной из моих пожилых учениц из другого района были тревожные состояния: она не могла спать одна в комнате, ей было страшно. Причина была в том, что вегетативная нервная система плохо проводила импульсы. Мы же развивали массажами проводимость, нервную систему. Эти состояния у нее прошли. У другой женщины по 50 раз в день были приливы. Делали специальное упражнение для нижнего дян-тяня, и она освободилась от этих состояний. Цигун точно влияет на всю нашу жизнь…

КОММЕНТАРИЙ ЭКСПЕРТА

— Пожилые люди действительно могут заниматься китайской гимнастикой, или цигун, в легкой форме, — разъясняет врач-терапевт общей практики Ирина Платонова. — Однако надо соблюдать несколько правил. Во-первых, практиковать только легкие упражнения, без нагрузки на ослабленные мышцы и суставы. Повышенная нагрузка может вызвать дискомфорт или даже боль из-за растяжения или повреждения. Во-вторых, следует постепенно увеличивать время занятия и сложность упражнений (из категории легких): сначала заниматься час, потом полтора, потом два. При длительных упражнениях устраивать двигательные перерывы: немножко походить, размяться. Резкая нагрузка приведет к чрезмерной усталости и может навредить. Кроме того, наставник должен следить за состоянием участников занятия и их дыханием. Несмотря на то что цигун в легкой форме не может нанести вреда организму, надо учитывать «букет» болезней. Например, если у пожилого человека проблемы с опорно-двигательным аппаратом, например с коленями, следует исключить упражнения на ноги, приседания. Или же при травмах спины не стоит давать нагрузку на спину — например, резко или сильно нагибаться. В любом случае перед тем, как записаться на курсы, пожилому человеку следует обязательно проконсультироваться со своим лечащим врачом и наставником, который будет вести занятия.

Конспект урока по Естествознанию 3 класс «Источники электрической энергии»

(И, К) Работа с текстом в учебнике.

Предложить прочитать текст в учебнике

Еще древние греки заметили, если янтарь потереть шерсть, он начнет притягивать к себе легкие предметы, которые находятся поблизости. Силу, притягивающую к себе предметы, стали называть электричеством, потому что янтарь с древнегреческого языка — «электрон».

– Что такое электричество?

(К) Работа со схемой в учебнике.

Предложить рассмотреть схему в учебнике и ответить на вопрос.

– Какое бывает электричество?

Есть два вида электричества. Одно называется статическим (неподвижным). Оно только накапливается в различных предметах. Его нельзя передавать на расстояние и использовать в осветительных приборах. Тебе приходилось слышать потрескивание, когда ты снимал шерстяную одежду? Это и было электричество. А еще его можно увидеть! Если проделать то же самое в темноте, ты заметишь искры.

Трение подошв вашей обуви об искусственный ковер заряжает ваше тело статическим электричеством. И если вы прикоснетесь к какому-либо металлическому предмету, вы почувствуете легкий удар, когда искра «перепрыгнет» от вас на металл.

(Г) Эксперимент «Укротитель змей».

Предложить провести эксперимент и сформулировать вывод.

План опыта.

1. Цель: проверить действие статического электричества.

2. Этапы опыта:

• С помощью трафарета обведи окружность. Вырежи круг и нарисуй в нем свернувшуюся змею (спираль).

• Возьми фломастеры и нарисуй змее глаза и узор в виде зигзага.

• Вырежи змею по спирали.

• Примерно полминуты энергично потри пластмассовой линейкой о шерстяной шарф или свитер.

• Коснись линейкой головы змеи. Медленно подними линейку.

3. Оборудование: бумага, шаблон круга, карандаш, ножницы, пластмассовая линейка, фломастеры, шерстяной шарф.

4. Результаты исследования – змея поднимается вслед за линейкой, разворачиваясь.

5. Вывод: Происходит это в результате возникновения статического электричества от трения пластмассы о шерсть. Под действием электричества легкая бумага притягивается к линейке.

– Второй вид электричества называют электрическим током. Попробуй представить себе, как течет вода в реке. Точно так же движется по проводам электричество.

(К) Работа с рисунком в учебнике.

Предложить рассмотреть рисунок и ответить на вопрос:

– Где человек использует электрический ток?

.

Первыми бытовыми предметами, работающими от электричества, стали швейная машина, вентилятор, чайник и тостер.

(К) Динамическая пауза.

Начинается разминка.

Встали, подровняли спинки.

Вправо – влево наклонились и еще раз повторили.

(Наклоны в стороны.)

Приседаем мы по счету, раз, два, три, четыре, пять.

Это нужная работа – мышцы ног тренировать.

(Приседания.)

А теперь рывки руками выполняем вместе с вами.

(Рывки руками перед грудью.)

(И) Сообщение от Всезнамуса.

Электричество – одна из форм энергии.

Энергия – сила, которая приводит предметы в движение.

(П) Работа с рисунком в учебнике.

Рассказать ученикам о том, что существуют разные виды энергии. Энергия может переходить из одного вида в другой.

Предложить рассмотреть рисунки и представить ситуацию, что дома включили электрический чайник, настольную лампу и стиральную машину.

– В какой другой вид энергии превратится электрическая энергия?

Слова для справок: энергия движения (стиральная машина), энергия света (настольная лампа), энергия тепла (электрический чайник).

(К) Работа с текстом в учебнике.

Предложить прочитать текст в учебнике и ответить на вопрос:

Основной источник электрической энергии – электро-станции. Электричество поступает от электростанций по толстым проводам – кабелям. Кабели, подвешенные высоко над землей на опорах, несут электричество в города.

В городах под землей к каждому дому проложены кабели. Затем электрический ток течет по всему дому по проводам, встроенным в стену.

– Как производят электрическую энергию, и каким образом она поступает в наш дом?

В 1882 г. Томас Эдисон открыл первую электростанцию в Нью-Йорке.

(К, И) Работа с рисунками и текстом в учебнике.

Предложить рассмотреть рисунки, прочитать текст «Виды электростанций» в учебнике и задать по содержанию текста вопросы высокого и низкого порядка.

Тепловые электростанции (ТЭС) работают на органическом топливе – уголь, газ, нефть. Размещаются ТЭС вблизи добычи этих природных ресурсов и крупных нефтеперерабатывающих заводов.

Гидроэлектростанции (ГЭС) возводятся на больших реках, которые перекрывают плотиной, и энергия падающей воды превращается в электрическую энергию.

Работа атомной электростанции (АЭС) схожа с тепловой электростанцией, только для нагрева воды требуется энергия тепла, которая выделяется в результате ядерной реакции. Некоторые животные тоже способны вырабатывать электричество. Электрические скаты используют электричество, чтобы убить или оглушить свою добычу. Запаса электроэнергии, накапливающегося в их хвостах, достаточно для работы 12 электрических лампочек.

(Г) Работа с диаграммой в учебнике.

Предложить рассмотреть диаграммы в учебнике и ответить на вопросы:

– Какой источник электроэнергии самый распространенный в мире? Почему?

– Какие источники электрической энергии есть в Казахстане?

(К) Демонстрация эксперимента.

Учитель предлагает в ходе эксперимента узнать, как работает турбина гидроэлектростанции, где энергия воды преобразуется в электрическую энергию.

Оборудование: плотный картон или пластик от подарочного пакета, ножницы, вязальная спица или проволока, шерстяная нитка, пластиковая соломинка, скотч, пластилин.

1. Укрепи на краях раковины два кусочка картона и приклей к ним клейкой лентой разрезанную соломинку так, чтобы в нее можно было свободно просунуть вязальную спицу.

2. Вырежи из картона лопасти и пластилином прикрепи к спице, как изображено на рисунке.

3. Небольшим кусочком пластилина укрепи чуть дальше на спице конец шерстяной нитки.

4. Открой кран так, чтобы на лопасти потихоньку текла струя воды.

При использовании энергии воды атмосфера

не загрязняется!

(К) Проблемный вопрос.

Учитель информирует о том, что батарейка карманного фонарика тоже вырабатывает электрический ток и предлагает ответить на вопрос: Где используют батарейки?

Самостоятельная работа

( по карточкам )

1 В чем разница и сходство разных источников электрической энергии?

Источники электрической энергии	Сходство	Различия
ТЭС
ГЭС
АЭС
Ветровики
Солнечные батареи

2 Какой вид энергии безопаснее для экологии. Опиши где еще можно применять экоисточники.

мировой опыт борьбы с отходами

Чтобы облегчить населению жизнь, французские власти стараются лучше его информировать и объяснять принципы сортировки. Например, в Париже одно время была распространена система «электронных помощников», которые висели над мусоркой и после сканирования упаковки подсказывали, в какую именно урну ее следует опустить.

Для нестандартных вещей существуют специальные пункты, куда их нужно вывозить самостоятельно, — около 4,5 тыс. по стране. А вот за выброс таких отходов в неположенных местах грозит штраф.

Проблема мусора для Франции носит не только экологический, но также и политический характер. Основным вызовом в сфере сохранения экологии в Евросоюзе называют переработку пластмасс. В мае 2018 года Еврокомиссия обнародовала правила, по которым токсичные пластмассы необходимо заменить на альтернативные материалы. Франция в этом пока уступает своим соседям — по данным Евростата, страна перерабатывает около 25% производимых пластмасс, что в два раза меньше, чем в Германии и Нидерландах. Но власти уже запретили одноразовые пластиковые пакеты в местных супермаркетах, чтобы выполнить свое обещание по использованию только переработанных материалов на территории всей Франции к 2025 году.

Переработкой отходов в стране занимаются 300 специализированных предприятий, которые производят 2,3 млн тонн вторичного сырья ежегодно. А общий уровень переработки в стране составляет 42%. При этом с момента принятия первого закона о переработке бытовых отходов в 1975 году количество свалок в стране уменьшилось с 6 тыс. до 230, а число мусоросжигательных заводов — с 300 до 128.

Также во Франции в последние годы набирает популярность социально-ответственная концепция потребления. Она строится на четырех принципах: демократичность, общественная полезность, смешанные ресурсы и их общее использование. Например, в Париже этот подход на практике вылился в создание 15 центров по сбору, ремонту и повторной реализации различной продукции. Центры эти разбиты по категориям — текстиль, картон, спорттовары, игрушки, бытовая техника и некоторые другие. 

Урок третьего класса Энергия делает то, что происходит?

Для разведки я поставил 4 станции. У каждой станции есть задание, которое поможет учащимся понять запасенную энергию и то, какие действия она может вызывать. Я использовал станции с материалами из набора FOSS, который использует мой округ. Однако вы можете установить свечи, фонарики, светильник на солнечной энергии из садового центра и динамик из музыкальной комнаты, подключенный к радио.

Когда каждый ученик работал над определением накопленного источника энергии, действия и типа энергии, я обхожу комнату и нажимаю на них, чтобы описать, что происходит.

Энергия, не говоря уже о преобразовании энергии, является серьезной темой для многих студентов. Это занятие специально предназначено для создания общего языка, визуализации изменений и получения базовых знаний об источниках энергии.

В этом видео вы увидите, как мои ученики работают над утверждением о том, откуда берется энергия, как она перемещается из одного места в другое и чего в итоге достигает. Хотя здесь есть несколько небольших заблуждений (энергия исходит из проводов), эта студентка понимает смысл преобразования энергии, опираясь на свои базовые знания.Я уверен, что по мере того, как мы продолжаем изучать энергию и электричество, ее понимание станет более ясным.

По мере того, как я работаю с этой командой, чтобы более четко сообщать о том, что происходит, я задаю зондирующие вопросы. Один из участников группы поднял идею накопленной энергии, и это прекрасно. Затем я могу работать с ними, чтобы использовать различные словарные термины для описания результатов их экспериментов.

Мне нравилось подходить к этой группе, потому что они уважительно и продуктивно беседовали о том, что происходит и почему они получали результаты от тон-генератора.Все, что мне нужно было сделать, это вставить небольшие, но зондирующие вопросы, и как группа они задавались вопросом и вместе выдвигали претензии.

Пока эта группа работала, они были сосредоточены только на тепле, исходящем от свечи. Мне нужно было только помочь им понять, что пламя или свет также был произведен из энергии, хранящейся в воске.

энергии — Дети | Britannica Kids

Энергия существует во многих различных формах. Животные получают энергию от еды. Электрическая энергия связана с крошечными единицами, называемыми атомами, которые составляют все во Вселенной.Энергия создается, когда частицы, называемые электронами, перемещаются от одного атома к другому. Тепло и свет также являются формами энергии. Одна форма энергии также может передаваться в другую. Благодаря аккумулятору химическая энергия превращается в электрическую. В лампочке электрическая энергия меняется на свет и тепло.

Потенциальная и кинетическая энергия

Каждую из различных форм энергии можно описать как потенциальную или кинетическую энергию. Потенциальная энергия — это запасенная энергия.Например, химическая энергия пищи — это запасенная энергия. Когда люди едят, их тела превращают накопленную энергию в движущуюся энергию, такую ​​как тепловая энергия или механическая энергия. Потенциальная энергия также может исходить от объекта. Объект с потенциальной энергией из-за своего положения имеет способность или потенциал двигаться. Например, потенциальная энергия хранится в камне, стоящем на скале, и в стреле, натянутой на тетиве. Если скала рушится под камнем, камень падает.Если веревку отпустить, она движется вперед и толкает стрелу в воздухе.

Когда камень и стрела движутся, они получают кинетическую энергию. Кинетическая энергия — это энергия движения. Все движущиеся объекты обладают кинетической энергией — даже атомы. Полная энергия случайного движения всех атомов и молекул в объекте называется тепловой энергией (или тепловой энергией). Энергия движения камня, катящегося с холма, называется механической энергией.

Механическая энергия

Механическая энергия — это потенциальная энергия плюс кинетическая энергия.В отличие от других форм энергии, механическая энергия может существовать как в виде потенциальной, так и кинетической энергии. Это вся энергия, которой обладает объект из-за своего движения (кинетическая энергия) и его положения (потенциальная энергия). Машины используют механическую энергию для работы. Например, молоток использует механическую энергию, чтобы забить гвоздь в доску. Когда молот поднят, он получает потенциальную энергию от работы, выполняемой при его поднятии. Когда молоток перемещается к гвоздю, потенциальная энергия становится кинетической энергией, которая может выполнять работу по вбиванию гвоздя в доску.Когда молоток ударяется о гвоздь, энергия передается на гвоздь, а затем на доску.

Тепловая энергия (тепловая энергия)

Все вещества состоят из частиц или кусочков, называемых молекулами. Молекулы всегда беспорядочно перемещаются внутри вещества. Тепловая энергия — это полная энергия движения (или кинетическая энергия) всех молекул в веществе. Все вещества обладают тепловой энергией, поскольку молекулы, из которых состоят все вещества, всегда находятся в движении.

Механическая энергия и тепловая энергия связаны с различными типами движения.Движущаяся механическая энергия включает в себя все молекулы объекта, движущегося вместе, например скалы, катящейся с холма. С другой стороны, тепловая энергия включает неупорядоченное движение молекул внутри объекта.

Световая энергия

Световую энергию иногда называют лучистой энергией. Это единственный вид лучистой энергии, видимый невооруженным глазом. Лучистая энергия — это энергия, переносимая электромагнитным излучением. Некоторые другие примеры лучистой энергии — радиоволны, микроволны, рентгеновские лучи и гамма-лучи.Электромагнитное излучение распространяется волнами. Помимо световой энергии, Солнце испускает весь спектр лучистой энергии, переносимой электромагнитным излучением.

Энергия света — это движущаяся энергия. Он движется в виде волн и может путешествовать по пустому пространству и воздуху. Разные длины волн видимого света воспринимаются как разные цвета.

Звуковая энергия

Звуковая энергия — это движущаяся энергия. Он создается возвратно-поступательным движением вибрирующего объекта. Это движение производит звуковые волны, которые расходятся от объекта.Звуковые волны могут проходить только через вещество, такое как воздух, вода или твердые предметы. Звук распространяется медленнее, чем свет.

Электроэнергия

Электроэнергия — это движущаяся энергия. Это поток крошечных частиц, называемых электронами и протонами. Электрическую энергию можно увидеть в природе в виде молнии, которая представляет собой одновременно большое количество электронов, текущих через воздух. Люди научились производить электрическую энергию и управлять ею. Электрическая энергия передается по проводам или воздуху для питания таких вещей, как лампочки, духовки и стиральные машины.

Химическая энергия

Химическая энергия — это запасенная энергия (потенциальная энергия). Он хранится в связях между атомами и молекулами. Химическая энергия — это то, что удерживает атомы в молекуле вместе. Это также то, что скрепляет молекулы в веществе.

Химическая энергия пищи преобразуется или изменяется телом в движущуюся механическую энергию и тепловую энергию. Химическая энергия внутри батареи может быть преобразована в электрическую для питания фонарика.

Ядерная энергия

Ядерная энергия — это запасенная энергия.Это энергия, которая удерживает ядро ​​атома. Ядерную энергию еще называют атомной энергией. Ядро — это центральная часть атома. Ядерная энергия может быть высвобождена путем расщепления атома. Его также можно высвободить, соединив два ядра вместе, чтобы сформировать одно ядро.

Раздел B: Две основные формы энергетики — Энергетическое образование: концепции и практики

Энергия, которую мы ощущаем вокруг себя, кажется, имеет множество форм. Пожары горят, резинки отрываются, фонарики включаются и светят, предметы падают, и они кажутся горячими, холодными или просто нужной температуры.При таком большом количестве событий, как мы можем выяснить, какие формы энергии имеют эти вещи и события? После сотен лет наблюдений и экспериментов наука разделила энергию на две основные формы: кинетическая энергия и потенциальная энергия. Кроме того, потенциальная энергия принимает несколько собственных форм.

Кинетическая энергия определяется как энергия движущегося объекта. Брошенный футбольный мяч, мчащийся автомобиль, марафонский бегун или камень, падающий со скалы, являются примерами объектов, обладающих кинетической энергией.

Потенциальная энергия определяется как энергия, связанная с расположением системы объектов, которые оказывают силы друг на друга. Потенциальная энергия накапливается или высвобождается, когда расположение объектов и / или силы, которые они оказывают друг на друга, каким-либо образом изменяются. Системы объектов, от атомов до планет, могут быть организованы разными способами, что приводит к появлению многих форм потенциальной энергии: химической, упругой, электрической (электромагнитной), гравитационной, ядерной и тепловой энергии.

Хотя потенциальную энергию часто называют «накопленной» энергией, при таком упоминании могут возникнуть два заблуждения. Во-первых, утверждение, что энергия хранится в чем-то, может означать, что энергия — это какая-то невидимая субстанция, а это не так. Во-вторых, рассмотрим учебник, расположенный над классом. Многие скажут, что в учебнике хранится потенциальная энергия, и часто удобно думать, что только учебник имеет потенциальную энергию.Однако в учебнике есть потенциальная энергия, потому что он является частью системы, включающей Землю, в которой оба оказывают друг на друга гравитационные силы. Другими словами, в учебнике не было бы потенциальной энергии, если бы не Земля.

Электрическая потенциальная энергия присутствует, когда положительный и отрицательный электрические заряды отделены друг от друга, как батарея. Когда вы включаете устройство с батарейным питанием, например фонарик или игрушку, электрическая потенциальная энергия, хранящаяся в батарее, преобразуется в другие формы энергии, такие как звук, механическое движение, тепловая энергия и свет.Для электрического прибора, который вы подключаете, электрическая потенциальная энергия поддерживается вращающимся генератором электростанции, плотины гидроэлектростанции или ветряной мельницы. Солнечный элемент хранит электрическую потенциальную энергию, как аккумулятор, пока на него светит солнце.

Механическая энергия

В предыдущей части Урока 1 было сказано, что работа выполняется над объектом всякий раз, когда на него действует сила, заставляющая его смещаться. Работа включает в себя силу, действующую на объект, вызывающую смещение.Во всех случаях, когда выполняется работа, есть объект, который обеспечивает силу для выполнения работы. Если книгу World Civilization поднять на верхнюю полку шкафчика ученика, тогда ученик предоставит силы для работы с книгой. Если плуг перемещается по полю, то какое-либо сельскохозяйственное оборудование (обычно трактор или лошадь) дает силу для работы на плуге. Если питчер разворачивается и ускоряет бейсбольный мяч по направлению к своей тарелке, то питчер предоставляет силу для выполнения работы с бейсбольным мячом.Если автомобиль с американскими горками перемещается с уровня земли на вершину первого падения американских горок, то цепь, приводимая в движение двигателем, обеспечивает силу, необходимую для работы с автомобилем. Если штанга перемещается с уровня земли на высоту над головой штангиста, то штангист прилагает усилия для выполнения работы со штангой. Во всех случаях объект, обладающий некоторой формой энергии, обеспечивает силу для выполнения работы. В описанных здесь случаях объекты, выполняющие работу (ученик, трактор, кувшин, двигатель / цепь), обладают химической потенциальной энергией , хранящейся в пище или топливе, которая превращается в работу.В процессе выполнения работы объект, выполняющий работу, обменивается энергией с объектом, над которым выполняется работа. Когда над объектом выполняется работа, этот объект получает энергию. Энергия, приобретаемая объектами, над которыми выполняется работа, известна как механическая энергия .

Механическая энергия — это энергия, которой обладает объект в результате его движения или положения. Механическая энергия может быть кинетической (энергия движения) или потенциальной энергией (запасенная энергия положения).Объекты обладают механической энергией, если они находятся в движении и / или если они находятся в некотором положении относительно положения нулевой потенциальной энергии (например, кирпич, удерживаемый в вертикальном положении над землей или в положении нулевой высоты). Движущийся автомобиль обладает механической энергией за счет своего движения (кинетическая энергия). Движущийся бейсбольный мяч обладает механической энергией благодаря своей высокой скорости (кинетическая энергия) и вертикальному положению над землей (потенциальная энергия гравитации). Книга Мировой цивилизации, покоящаяся на верхней полке шкафчика, обладает механической энергией из-за своего вертикального положения над землей (потенциальная энергия гравитации).Штанга, поднятая высоко над головой штангиста, обладает механической энергией благодаря своему вертикальному положению над землей (потенциальная энергия гравитации). Натянутый лук обладает механической энергией из-за своего растянутого положения (упругая потенциальная энергия).

Механическая энергия как способность выполнять работу

Объект, обладающий механической энергией, способен совершать работу. Фактически, механическая энергия часто определяется как способность выполнять работу.Любой объект, обладающий механической энергией — будь то в форме потенциальной или кинетической энергии — способен выполнять работу. То есть его механическая энергия позволяет этому объекту приложить силу к другому объекту, чтобы вызвать его смещение.

Можно привести множество примеров того, как объект с механической энергией может использовать эту энергию, чтобы применить силу, чтобы вызвать смещение другого объекта. Классический пример — это огромный шар, разрушающий машину для сноса зданий.Мяч для разрушения представляет собой массивный объект, который отклоняется назад в высокое положение и позволяет качаться вперед в строительную конструкцию или другой объект, чтобы разрушить его. При попадании в конструкцию разрушающий шар прикладывает к нему силу, чтобы вызвать смещение стены конструкции. На приведенной ниже диаграмме показан процесс, с помощью которого механическая энергия разрушающего шара может быть использована для выполнения работы.

Молоток — это инструмент, использующий механическую энергию для выполнения работы.Механическая энергия молотка дает ему возможность приложить силу к гвоздю, чтобы вызвать его смещение. Поскольку молоток обладает механической энергией (в форме кинетической энергии), он способен воздействовать на гвоздь. Механическая энергия — это способность выполнять работу.

Другой пример, показывающий, как механическая энергия — это способность объекта выполнять работу, можно увидеть в любой вечер в вашем местном боулинг-клубе. Механическая энергия шара для боулинга дает ему возможность приложить силу к кегле, чтобы заставить его сместиться.Поскольку массивный шар обладает механической энергией (в форме кинетической энергии), он может работать со штифтом. Механическая энергия — это способность выполнять работу.

Дротик — еще один пример того, как механическая энергия одного объекта может воздействовать на другой объект. Когда дротик заряжен и пружины сжаты, он обладает механической энергией. Механическая энергия сжатых пружин дает им возможность прикладывать силу к дротику, чтобы вызвать его смещение.Поскольку пружины обладают механической энергией (в виде упругой потенциальной энергии), они способны работать над дротиком. Механическая энергия — это способность выполнять работу.

Обычная сцена в некоторых частях сельской местности — это «ветряная электростанция». Высокоскоростной ветер используется для работы с лопастями турбины на так называемой ветряной электростанции. Механическая энергия движущегося воздуха дает частицам воздуха возможность прикладывать силу и вызывать смещение лопастей.Когда лопасти вращаются, их энергия впоследствии преобразуется в электрическую энергию (немеханическую форму энергии) и подается в дома и промышленные предприятия для работы электрических приборов. Поскольку движущийся ветер обладает механической энергией (в форме кинетической энергии), он может работать с лопастями. Еще раз, механическая энергия — это способность совершать работу.

Общая механическая энергия

Как уже упоминалось, механическая энергия объекта может быть результатом его движения (т.е.е., кинетическая энергия) и / или результат накопленной энергии положения (т. е. потенциальная энергия). Общее количество механической энергии — это просто сумма потенциальной энергии и кинетической энергии. Эта сумма просто называется полной механической энергией (сокращенно TME).

TME = PE + KE

Как обсуждалось ранее, в нашем курсе обсуждаются две формы потенциальной энергии — гравитационная потенциальная энергия и упругая потенциальная энергия. Учитывая этот факт, приведенное выше уравнение можно переписать:

TME = PE _grav + PE _{пружина} + KE

На диаграмме ниже изображено движение Ли Бена Фардеста (уважаемого американского прыгуна с трамплина), когда он спускается с холма и делает один из своих рекордных прыжков.

Полная механическая энергия Ли Бена Фардеста — это сумма потенциальной и кинетической энергии. Сумма двух форм энергии составляет 50 000 Джоулей. Также обратите внимание, что общая механическая энергия Ли Бена Фардеста является постоянной величиной на протяжении всего его движения. Существуют условия, при которых общая механическая энергия будет постоянной величиной, и условия, при которых она будет изменяться. Это тема Урока 2 — отношения работы и энергии.На данный момент просто запомните, что полная механическая энергия — это энергия, которой обладает объект из-за его движения или его накопленной энергии положения . Общее количество механической энергии — это просто сумма этих двух форм энергии. И, наконец, объект с механической энергией может работать с другим объектом.

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 со спросом.
• 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 аккумуляторная батарея, дополняющая солнечные фотоэлектрические установки.Это снижает нагрузку на сеть, особенно во время вечерних пиков нагрузки.

Быстрый рост во многих частях мира генерирующих мощностей за счет периодических возобновляемых источников энергии, особенно ветра и солнца, привел 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 источников энергии, 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 »в контексте хранения следует избегать. «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, в которой может быть развито накопление электроэнергии, будет определять степень, в которой эти прерывистые возобновляемые источники могут вытеснить диспетчерские источники, время от времени забирая излишки электроэнергии и преодолевая перебои 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. Рентабельность 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 производства 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, по данным IEA, 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, причем 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. Насосные гидроаккумуляторы лучше всего подходят 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 ними 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 (исключая крупномасштабные гидроаккумуляторы) к 2024 году. В 2013 году крайний срок был перенесен на 2020 год, затем было 35 Всего МВт. Законодательство определяет мощность, а не емкость накопителя (МВтч), предполагая, что основной целью является регулирование частоты. Заявленная цель закона — повысить надежность сети за счет обеспечения управляемой мощности от увеличивающейся доли солнечных и ветровых входов, заменить вращающийся резерв, обеспечить контроль частоты и снизить требования к пиковой мощности (сглаживание пиков).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 примеру Калифорнии 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 целевой объем хранилища на 2030 год.

В США 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 1 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 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 фунта стерлингов / 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.Сеть хранения электроэнергии, отраслевой орган, 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, разрабатывающая 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 претендовать 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 гидроаккумулирования могут быть эффективными при 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, относительно немногие места имеют место для установки гидроаккумулирующих плотин вблизи мест, где требуется электроэнергия.

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

Большая часть гидроаккумулирующих мощностей связана с установленными плотинами гидроэлектростанций на реках, где вода перекачивается обратно на высокие водохранилища. Такие гидроэлектростанции с плотиной могут быть дополнены речной гидроаккумулятором. 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-Бьют).

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 гидроаккумулирующих устройств, 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 гидроаккумулирующую 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, следовательно, 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.

Самое крупное 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 ветроэнергетический проект Gaildorf недалеко от Мюнстера. Он включает 13,6 МВтэ ветряных турбин и 16 МВтэ гидроаккумулирующих мощностей.

Аккумуляторные системы накопления 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 сетями. Интеллектуальная сеть — это электросеть, которая оптимизирует энергоснабжение, используя информацию 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 батареи 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 оснащены резервными аккумуляторными батареями, по сравнению с 14% в 2014 году. Это увеличение как в бытовых, так и в подключенных к сети фотоэлектрических элементах. систем, поощряется Банком развития KfW, который организует государственные ссуды под низкие проценты и помощь в выплате окупаемости, покрывающую до 25% требуемых 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 генерируемой 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. Кроме того, STEAG Energy Services начала программу литий-ионных аккумуляторов мощностью 90 МВт в Германии (см. Ниже), а Эдисон создает 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 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. Во время процесса 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 высвобождается энергия. 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»), полная разрядка 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 нет 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 арбитража энергии, они должны быть размещены 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, и в 2015 году стоимость аккумуляторных батарей для приложений, не относящихся к транспортным средствам, увеличилась примерно на 15%.

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. Graphite 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) — 83529 тонн в 2015 году, затем следуют Новая Каледония (11200 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 оксид (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-марганец-кобальтоксидный аккумулятор (NMC) — 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 неуправляемому выходу из-под контроля и возгоранию.
• Литий-оксидно-марганцевая батарея (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 поворотные

Чтобы компенсировать отсутствие синхронной инерции в электростанции, 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 иметь 10 ГВт аккумуляторных батарей по всей Европе к 2035 году. 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 миллионов 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 питаться в течение как минимум 30 минут.

В Германии RWE инвестировала 6 миллионов евро в литий-ионную аккумуляторную систему 7,8 МВт / 7 МВт-ч 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 на 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 установку с BESS в мае 2017 года. Завод Acciona оснащен двумя системами литий-ионных аккумуляторов Samsung, одна из которых обеспечивает 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 в Лейтон-Баззард в 2014 году (UK Power Networks)

В Северной Ирландии американская компания AES завершила строительство накопительного массива мощностью 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 крупнейшая 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 12,2-метровых транспортных контейнерах, 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 Питерхеде, Шотландия. С 2018 года он предназначен для хранения избыточной продукции, снижения затрат на балансировку и предоставления возможности проекту регулировать собственное энергоснабжение и фиксировать пиковые цены посредством арбитража.

Северная Америка

В ноябре 2016 года 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 потрачен 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 были готовы к зарядке или разрядке, как требуется 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 приносило 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 системы 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, регулирование частоты, 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 предлагаемый 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 Vistra Moss Landing 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 (литий-ионная система хранения) для своего проекта солнечной фотоэлектрической системы на острове Кауаи мощностью 13 МВт / 52 МВт-ч на Гавайях для удовлетворения вечернего пика 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 накопитель электроэнергии в коммунальном хозяйстве представляет собой натриево-серную (NaS) батарею мощностью 4 МВт, которая 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 ViZn Energy Systems на поставку цинк-железной проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала мощностью 2 МВт.

Восточная Азия

Национальная комиссия Китая 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 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 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 МВт / 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 МВт-ч 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 по контракту с правительством штата 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 МВт / 450 МВтч недалеко от Джилонга. Neoen имеет контракт на сетевые услуги на 250 МВт с Австралийским оператором энергетического рынка (AEMO), чтобы помочь в стабильности сети и «разблокировать 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.

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 Fluence, находится недалеко от Балларата, 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 батареи Kingfisher, вероятно, стоимостью 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, который будет обслуживать сталелитейный завод Уайалла в компании Arrium.

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 Дегрусса и Вейпа.

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.

В Tom Price в Pilbara аккумулятор 45 МВт / 12 МВтч функционирует 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 аккумуляторной батареи 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 к ежедневной глубокой разрядке и зарядке.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 вырабатывают 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 цинково-гибридным катодом и оптимизированную для поддержки энергосистемы, обеспечивая непрерывную разрядку от 4 до 6 часов. Он состоит из блоков мощностью 4 кВтч, составляющих подсистемы 250 кВт / 1 МВтч, и полной системы 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 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 регулируемым клапаном (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 батарей, 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 6.4 кВтч накопителя и 3,3 кВт мощности. Несмотря на то, что это явно внутренний масштаб, если оно будет широко использоваться, это повлечет за собой последствия для энергосистемы. Tesla требует 15 центов / 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 за 2900 фунтов стерлингов, хотя фактические батареи необходимо заменять каждые пять лет.Установка литий-ионного блока мощностью 4 кВтч стоит 3900 фунтов стерлингов, а стоимость других продуктов варьируется от 2 до 6 кВтч, 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.

Бытовой литий-ионный BESS может 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, 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 в 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 имеет пилотный проект с использованием сжатого воздуха в баллонах на глубине 55 м под водой в озере Онтарио, чтобы обеспечить выработку 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 она первая в мире электростанция CSP 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.).

Один разработчик реактора на расплавленной соли (MSR), компания Moltex, выдвинул концепцию аккумулирования тепла расплавленной соли (GridReserve) в дополнение к периодически возобновляемым источникам энергии. Компания 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 электростанциях 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.Установка 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. Заявлена ​​стоимость 35 долларов за кВтч, 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. Он имеет несколько систем, разрабатываемых для температур от 200 ° C до 1400 ° C.

Еще одна форма хранения энергии — лед. Ice Energy имеет контракты с компанией Southern California Edison на поставку 25,6 МВт накопления тепловой энергии с использованием системы Ice Bear, подключенной к большим установкам 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 электростанцию ​​для хранения водорода мощностью 6 МВт, в которой используется технология с протонообменной мембраной (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 до электричества 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 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 запуска интегрированного дизельного генератора после сбоя в электросети.Это дает время — например. 30 секунд — для запуска нормального резервного дизеля. 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 в мире батарея: 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

Сила, движение и энергия — Elliott Parent Page

Ключевая концепция 1. Механическая, световая, звуковая и тепловая / тепловая энергия полезны в повседневной жизни. Механическая энергия — это энергия движущихся объектов (кинетическая энергия), например, скейтбордист, катящийся по рампе, и энергия, которая сохраняется (потенциальная энергия), как, например, скейтбордист, готовящийся двигаться на вершине рампы. Однако в третьем классе механическая энергия фокусируется только на энергии движущихся объектов (кинетической энергии), а не на запасенной энергии. Световая энергия исходит от Солнца, других звезд, лампочек, спичек и светлячков, которые испускают собственный свет, который движется по прямым линиям к нашим глазам.Мы видим все другие объекты, такие как шар или цветок, потому что свет отражается от их поверхностей в наши глаза, когда мы смотрим на них. Звуковая энергия создается вибрирующими объектами. Хотя звук улавливается ухом, учащиеся могут ощущать звуковые колебания, когда они касаются своего горла во время разговора, или видеть звуковые колебания, когда они кладут бумажную тарелку или немного леденцов на громкое радио, которое заставляет брызги подпрыгивать. Звук в природе возникает, когда животные издают звуки, океаны бьют по берегам, а ветер дует сквозь деревья.Звук также производится вибрирующими объектами, такими как музыкальные инструменты, радио и движущиеся машины. Тепловая энергия — это кинетическая энергия атомов / молекул в веществе. Тепло — это передача тепловой энергии между веществами, от более горячих веществ к более холодным. Для третьеклассников тепловая энергия и тепловая энергия взаимозаменяемы. Когда молекулы вещества движутся быстрее, поглощая тепло, увеличивается тепловая энергия, вызывая повышение температуры. Третьеклассники узнают, как использование механической, световой, звуковой и тепловой / тепловой энергии повлияло на мир. Ключевая концепция 2: Тепло / тепловая энергия помогает готовить пищу и согревает нас зимой, в то время как механическая энергия связана с движением. Древние люди использовали тепловую энергию, добавляя слои меха или разводя большие костры, чтобы согреться зимой. Сегодня сложные печи или солнечные панели обеспечивают здания тепловой энергией, а современные утепленные синтетические ткани обеспечивают тепло, необходимое нашему телу. До изобретения плит и духовок пищу готовили на открытом огне.Если семьи не разбили лагерь, большая часть еды готовится на современных электрических или газовых плитах. Тепловая энергия в тостерах, грилях для барбекю, кофейниках и микроволновых печах нагревает то, что мы едим. Приготовление пищи с использованием тепловой энергии стало бизнесом на миллиард долларов с компьютеризированными автоматическими печами. Машины, люди или животные в действии, ветер и текущие реки — все это примеры движущихся объектов за счет механической энергии. Люди изобрели способы использования механической энергии для работы и игр.Миллионы лет назад древний человек быстро сдвинул камень вниз к другому камню, чтобы отколоть его куски и образовать заостренный каменный нож. Сегодня мы больше не используем каменные орудия для производства ножей; заводы с автоматическими заточными станками производят тысячи металлических ножей с тонкими лезвиями. Давным-давно фермеры косили посевы одним ножом. Сегодня фермеры используют огромные машины (комбайны) для уборки урожая пшеницы. От прядильной сушилки для белья до точилки для карандашей и сельскохозяйственной техники — мы зависим от механической энергии, чтобы делать работу и менять вещи за нас дома, в школе и на работе. Ключевая концепция 3. Энергия света и звука помогает общаться и обмениваться информацией. В прошлые века люди использовали горящие дрова, масляные фонари или свечи, чтобы излучать световую энергию внутри или снаружи, когда было темно. Сегодня, с изобретением лампочки, наш мир продолжает функционировать даже в ночное время. От настольных ламп для чтения до неоновых вывесок на табло бейсбола — люди могут работать и играть в ночное время, используя энергию света. Астрономы используют свет, собранный телескопом от далеких звезд или отраженный от небесных тел, для обмена информацией о космосе.Свет от телевизоров передает новости или развлекает нас шоу. Свет от диапроекторов передает информацию о школьных предметах. Сканеры штрих-кода, компьютерные экраны и стоп-сигналы также являются примерами того, как свет меняет вещи или облегчает работу. В более поздних классах учащиеся узнают о полезных формах невидимого света, таких как микроволны, радио, радары, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и т. Д. На данный момент третьеклассники сосредоточатся на использовании видимого света. С течением времени использование звуковой энергии от вибрирующих объектов изменилось от барабанного боя для передачи сообщений в древние времена до современных аудиоустройств, таких как плееры iPod и ленточные усилители, которые могут воспроизводить звук для одного человека или для тысяч.Ранние фонографы записывали звук на восковых трубках. Сегодня звуки можно записывать на магнитную ленту или в цифровом виде с помощью компьютерного оборудования и программного обеспечения. Все аудиоустройства, старые и новые, производят звуковую энергию на основе вибраций. Звуковая энергия музыкальных инструментов производит вибрации в виде толчков, щипков, ударов или бренчания, которые заставляют звуковые волны определенной частоты достигать уха в виде музыки. Учащиеся изучат способы использования звуковой энергии в школе, дома и на работе. Ключевой принцип 1: толкание и вытягивание могут привести к изменению положения и перемещению объекта. Сила — это толкание или притяжение, которое заставляет объект двигаться, останавливаться или менять направление. Люди, объекты или природа могут тянуть или толкать объект. Ловец, останавливающий брошенный бейсбольный мяч, бульдозер, толкающий грязь, или ветер, толкающий листья по полю, являются примерами толкающих сил. Мать, тянущая за руку малыша, чтобы не дать ребенку бежать, эвакуатор, вытаскивающий машину из канавы, или сила тяжести, уносящая воду вниз, — это примеры тянущих сил, которые останавливают, перемещают и меняют направление объектов.Магнит может притягивать определенные металлические предметы. Трение может притягивать предметы и замедлять их. Ключевая концепция 2: Работа происходит, когда сила используется для перемещения объекта на расстояние. Несколько сотен лет назад сэр Исаак Ньютон, британский ученый, выяснил некоторые правила движения объектов. Он пришел к выводу, что чем больше масса объекта, тем больше сила, необходимая для его перемещения. Чем меньше масса объекта, тем меньше сила, необходимая для его перемещения. Например, для перемещения автомобиля требуется больше силы, чем для перемещения игрушечного автомобиля.Ученые после Ньютона добавили еще одно представление о силе: для выполнения работы требует силы, но приложенная сила должна фактически перемещать объект . Большинство людей думают, что если приложить какое-то усилие, значит, работа сделана. Определение работы ученых отличается от общепринятого значения слова «работа». Для ученого работа выполняется только в том случае, если сила перемещает объект на определенное расстояние. Если вы пытаетесь толкнуть машину, а она не движется, значит, с машиной не производились никакие работы. Вы могли приложить усилие и закончить тем, что вспотели, пытаясь сдвинуть машину с места, но машина не сдвинулась с места, и расстояние не было пройдено; следовательно, никаких работ над ним не проводилось. Ключевая концепция 3: Инструменты, такие как качели, шары, шкивы и тележки, могут использоваться для перемещения объектов. На самом деле качели — это маятник, который движется вперед и назад. Учащиеся могут провести мозговой штурм, как создать игру с маятником с грузом на веревке, чтобы увидеть, кто может толкнуть (толкнуть) небольшой объект дальше всех. Игры с шариками, которые толкают предметы, такие как боулинг, можно сконструировать в небольшом масштабе в классе, чтобы исследовать движущиеся объекты с катящимся шаром. Шкивы можно сделать из веревки, намотанной на карандаш.Учащиеся могут прикрепить бумажные стаканчики в качестве держателя, чтобы поднимать предметы, чтобы определить максимальное количество мелких предметов, которые можно поднять на определенную высоту за установленный промежуток времени. В каждой из этих игр можно рисовать или измерять движение объектов, чтобы подчеркнуть, что работа выполнялась на определенном расстоянии. Ключевая концепция 1. Гравитация — это сила, которая может перемещать объекты, притягивая их друг к другу. Учащимся необходимо понять, что сила тяжести двусторонняя, как перетягивание каната между двумя объектами.Размер и расстояние имеют значение. Гравитация зависит от массы и расстояния . Хотя между всеми объектами во Вселенной существует гравитационное притяжение, величина этого притяжения зависит от масс объектов и расстояния между ними. Солнце настолько массивно, что его сила тяжести может притягивать все, что есть в Солнечной системе, на орбите вокруг себя. Сила тяжести между небольшими объектами, такими как два человека, слишком мала, чтобы иметь значение. Однако, если один из объектов достаточно массивный, например планета, сила тяжести будет значительной.Поскольку Земля намного массивнее человека, тяга человеческого тела недостаточно сильна, чтобы сдвинуть Землю. Расстояние влияет на силу тяжести. Чем дальше объект от центра Земли, тем меньше сила тяжести. Поскольку Луна находится близко к Земле и составляет четверть размера Земли, между Луной и Землей достаточно силы тяжести, чтобы притягивать воды океана на противоположных сторонах Земли, что вызывает приливы и отливы. На Земле студенты каждый день испытывают силу тяжести.Например, когда ученики подпрыгивают, гравитация тянет их обратно на Землю. Когда мяч подбрасывается в воздух, гравитация тянет его обратно на Землю. Тяготение Земли настолько велико, что ракетам требуется огромная убегающая скорость, чтобы просто выйти на орбиту. Вещи в природе движутся вниз под действием силы тяжести . Горные реки текут в океан, а ледники медленно спускаются с горы. Корни растений растут вниз. Падает дождь и снег. Осенью листья падают с деревьев на землю.Тяжелые вещи тонут в воде. Список бесконечен. Ключевая концепция 2: Магнетизм — это сила, которая может перемещать объекты, притягивая их вместе или отталкивая друг от друга. Не все объекты магнитные. Только определенные металлы, такие как железо, никель или кобальт, притягиваются к магниту. Алюминий и медь немагнитны . (Примечание: немагнитные свойства алюминия и меди снова проявляются в пятом, восьмом классе и в средней школе.) Бумага, дерево, пластик, резина и другие неметаллы также не притягиваются к магнитам.Размеры магнитов варьируются от очень больших магнитов, таких как те, которые используются для подбора старых автомобилей на свалках, до очень маленьких магнитов, таких как магниты на холодильник. Кредитные карты, видеокассеты и компьютерные диски используют тонкие магнитные материалы для хранения данных. Магнитный камень — это естественно магнитный кусок железной руды, который притягивает и отталкивает предметы, содержащие железо. Китайцы обнаружили, что заостренный кусок стали можно намагнитить магнитным камнем и, подвешенный на веревке, будет качаться и указывать на север и юг.Это наблюдение быстро распространилось в Европе, и компас стал бесценным инструментом в навигации. Современные магниты сделаны из сложной комбинации железа и других металлов с помощью специального процесса, в результате которого постоянный магнит может иметь самые разные формы: стержни, стержни, подковы, круглые, квадратные, сферические и другие. Магнитное поле зависит от размера и силы магнита . Магнитное поле начинается на противоположных концах, называемых полюсами, обозначенными (N) северным и (S) южным, или иногда (+) положительным и (-) отрицательным.Когда два магнита помещены вместе с одним и тем же полюсом, обращенными друг к другу (от N к N или от S к S), магниты будут отталкивать друг друга. Если противоположные полюса (N к S или S к N) поместить вместе, магниты будут притягивать друг друга. Интересно, что если магнит разбить на части, каждая часть будет содержать северный и южный полюс. Сама Земля представляет собой гигантский магнит, созданный из вращающегося железного ядра. В северном полушарии компас будет указывать на северный магнитный полюс, а в южном полушарии — на южный магнитный полюс. Ключевая концепция 3: Силы, включая гравитацию и магнетизм, могут оказывать наблюдаемое воздействие на объекты. Учащиеся также могут наблюдать, как сила тяжести влияет на падение предметов. Гравитация притягивает объекты аналогичной формы с той же скоростью . Учащиеся будут изучать падение объектов с разной массой и одинаковой формы (два круглых шара падают с одинаковой скоростью и приземляются одновременно) по сравнению с падением объектов с одинаковой массой, но разной формы. Плоский квадрат фольги падает медленнее, чем круглый шар из фольги того же размера.Студенты узнают, что плоский квадрат фольги встречает сопротивление воздуха и замедляет силу тяжести. Студентов также просят рассмотреть эксперимент астронавтов Аполлона 15, в котором перо и молот были сброшены на поверхность Луны. Астронавты записали влияние гравитации на объекты в вакууме (на Луне нет воздуха, который мог бы создать какое-либо сопротивление воздуха), выполнив простой эксперимент: бросили молот и перо, два объекта разной формы и разной массы.Молоток и перо одновременно ударяются о поверхность Луны, доказывая, что ускорение свободного падения постоянно (объекты падают с одинаковой скоростью в вакууме). На Земле наша атмосфера создает значительное сопротивление воздуха, которое задерживает рассредоточенные объекты, такие как перо или квадрат из оловянной фольги, и заставляет плоские тонкие объекты падать с меньшей скоростью, чем более компактные объекты . В упражнении «Вовлечение» учащиеся будут сравнивать магнитные и немагнитные материалы, участвуя в гонке по переносу чаши с обоими типами материалов либо с помощью магнита, либо путем балансировки немагнитных материалов на головах. Обновление … Ċ Force and Motion.pdf (1341k) [email protected], 4 октября 2015 г., 15:18 Ċ Force_Motion_Energy_Vocabulary.pdf ( [email protected], 4 октября 2015 г., 15:07 Ċ Forms of Energy.pdf (1118k) [email protected], 4 октября 2015 г., 15:19 Ċ Magnetism and Gravity.pdf (1141k) martinan @ friscoisd.org, 4 окт.2015 г., 15:19

Передача и преобразование энергии | Национальное географическое общество

Энергия не может быть создана или уничтожена, это означает, что общее количество энергии во Вселенной всегда было и всегда будет постоянным. Однако это не означает, что энергия неизменна; он может изменять форму и даже переноситься между объектами.

Типичный пример передачи энергии, который мы наблюдаем в повседневной жизни, — это передача кинетической энергии — энергии, связанной с движением — от одного движущегося объекта к неподвижному объекту посредством работы.В физике работа — это мера передачи энергии и относится к силе, приложенной объектом на расстоянии. Когда клюшка раскачивается и ударяется о неподвижный мяч для гольфа, часть кинетической энергии клюшки передается на мяч, когда клюшка «работает» с мячом. При передаче энергии, подобной этой, энергия перемещается от одного объекта к другому, но остается в той же форме. Передачу кинетической энергии легко наблюдать и понять, но другие важные передачи не так легко визуализировать.

Тепловая энергия связана с внутренней энергией системы из-за ее температуры.Когда вещество нагревается, его температура повышается, потому что молекулы, из которых оно состоит, движутся быстрее и получают тепловую энергию за счет теплопередачи. Температура используется для измерения степени «горячего» или «холодного» объекта, а термин «тепло» используется для обозначения тепловой энергии, передаваемой от более горячей системы к более холодной. Передача тепловой энергии происходит тремя способами: посредством теплопроводности, конвекции и излучения.

Когда тепловая энергия передается между соседними молекулами, которые контактируют друг с другом, это называется проводимостью.Если поместить металлическую ложку в кастрюлю с кипящей водой, даже ее конец, не касающийся воды, станет очень горячим. Это происходит потому, что металл является эффективным проводником, а это означает, что тепло легко проходит через материал. Вибрации молекул на конце ложки, касающемся воды, распространяются по всей ложке, пока все молекулы не начнут вибрировать быстрее (т. Е. Вся ложка станет горячей). Некоторые материалы, такие как дерево и пластик, не являются хорошими проводниками — тепло не легко проходит через эти материалы — и вместо этого известны как изоляторы.

Конвекция возникает только в жидкостях, таких как жидкости и газы. Когда вода кипятится на плите, молекулы воды на дне кастрюли находятся ближе всего к источнику тепла и первыми получают тепловую энергию. Они начинают двигаться быстрее и разлетаться, создавая меньшую плотность молекул на дне горшка. Затем эти молекулы поднимаются к верху горшка и заменяются на дне более холодной и плотной водой. Процесс повторяется, создавая поток молекул, которые опускаются, нагреваются, поднимаются, охлаждаются и снова опускаются.

Третий тип теплопередачи — излучение — критически важен для жизни на Земле и важен для нагрева водоемов. При использовании излучения источник тепла не должен касаться нагреваемого объекта; излучение может передавать тепло даже через космический вакуум. Почти вся тепловая энергия на Земле исходит от Солнца и излучается на поверхность нашей планеты, распространяясь в форме электромагнитных волн, таких как видимый свет. Материалы на Земле затем поглощают эти волны, чтобы использовать их для получения энергии или отражать их обратно в космос.

При преобразовании энергии энергия меняет форму. Шар, сидящий на вершине холма, обладает гравитационной потенциальной энергией, которая представляет собой способность объекта выполнять работу из-за его положения в гравитационном поле. Вообще говоря, чем выше на холме находится этот шар, тем больше у него гравитационной потенциальной энергии. Когда сила толкает его вниз по склону, эта потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию. Мяч продолжает терять потенциальную энергию и набирать кинетическую энергию, пока не достигнет подножия холма.

Во Вселенной без трения мяч продолжал бы катиться бесконечно, достигнув дна, поскольку у него была бы только кинетическая энергия. Однако на Земле мяч останавливается у подножия холма из-за того, что кинетическая энергия преобразуется в тепло противодействующей силой трения. Так же, как и с передачей энергии, энергия сохраняется при преобразованиях.

В природе передача и преобразование энергии происходят постоянно, например, в прибрежных дюнах.

Когда тепловая энергия излучается солнцем, оно нагревает и сушу, и океан, но вода имеет высокую удельную теплоемкость, поэтому она нагревается медленнее, чем земля.Эта разница температур создает конвекционный поток, который затем проявляется в виде ветра.

Этот ветер обладает кинетической энергией, которую он может передать песчинкам на пляже, перенося их на небольшое расстояние. Если движущийся песок сталкивается с препятствием, он останавливается из-за трения, создаваемого контактом, и его кинетическая энергия затем преобразуется в тепловую энергию или тепло. Когда со временем накапливается достаточное количество песка, эти столкновения могут создать песчаные дюны и, возможно, даже целое поле дюн.

Эти недавно сформированные песчаные дюны создают уникальную среду для растений и животных. В этих дюнах могут расти растения, используя световую энергию, излучаемую солнцем, для преобразования воды и углекислого газа в химическую энергию, которая хранится в сахаре. Когда животное ест растение, оно использует энергию, хранящуюся в этом сахаре, для нагрева своего тела и движения, преобразовывая химическую энергию в кинетическую и тепловую энергию.

Хотя это не всегда может быть очевидным, передачи и преобразования энергии постоянно происходят вокруг нас, и это то, что позволяет жизни, какой мы ее знаем, существовать.

No related posts.