能量和功率 功率和能量的关系

风能参考手册 第2部分:能量和功率的定义

能量

能量单位

功率

功率单位

能量

物理学家将能量一词定义为一个物理系统能够做功的量度。从定义可以看出,能量既不能被创造也不能被销毁。

但是,能量可以被转化成各种形式:空气分子移动的动能可以被转化成风机转轮转动的能量,并进而通过发电机组转化成电能。每一次转换,都会有部分的能量转化成热能。

当我们不严谨地说到能量损耗(从上面的定义来看这是不可能的)时,我们实际上指的是源头的能量有一部分因变成热能而不能被转化到下一个环节。例如转轮、齿轮箱、发电机的效率都不是100%,这是因为空气分子、轴承等之间总是存在摩擦,从而产生热量损耗。

大部分人都可以得到这样一个不是很严谨的结论,即随着化石燃料的燃烧,全世界在未来的能量转化潜力缩小了。这是千真万确的。

当然,物理学家会使用一个不同的术语:他们说宇宙中的熵量增加了。意思是说,每当能量最终进入热能状态时就耗散于宇宙中,其能够做有用功的潜力就减少了。物理学家称有用功为?。

因为绝大多数风机都被用来产生电能,所以我们衡量风机的表现通常是看其能够将多少风的动能转换为电能。通常的表示方法是在一段时间(如一小时或一年)内,输出了多少千瓦小时(kWh)或者兆瓦小时MWh的电能。

有的人将风机称为风能转换器(WECs),以展示他们的小聪明或者已经认识到能量只能进行转换而不能被创造出来,我们其余人仍然可以称其为风机。

注意

能量的单位不是千瓦,而是千瓦小时(kWh)。一个常见的错误就是混淆了这两个单位,所以您有必要阅读下一节功率,以明确其区别。

能量单位

1焦(焦耳)=1瓦秒=0.2388卡路里

1 GJ (gigajoule) = 10 9 J

1 TJ (terajoule) = 10 12 J

1 PJ (petajoule) = 10 15 J

1 kWh (kilowatt hour) = 3,600,000 Joule

1 toe (吨油当量)

= 7.4 桶原油(一次能源)

= 7.8 最终消耗桶

= 1270 m 3 立方米天然气

= 2.3 公吨煤

1 Mtoe (百万吨油当量) = 41.868 PJ

功率

电功率是指单位时间内转移的能量,通常使用的单位是瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。

功率可以在任何时间点测量,但能量必须在一个时间段内进行测量,例如一秒、一小时或一年(如果您不是这样做的,请阅读关于能量的那部分内容)。

如果一台风机的额定功率或者铭牌功率是1000千瓦,那就是说当它以最大功率运行时(如15米/秒的大风情况下),每小时将产生1000千瓦小时的电能。

比如像丹麦这样的一个国家,假设安装了1000兆瓦的风机,这并不能标明这些风机发出了多少电能。一年内,风机常常有75%的时间在运行,但只有很有限的时间以额定功率运行。

为了确定风机发出了多少电能,您必须知道每台风机的风速分布。在丹麦,平均每台风机的年满负荷发电小时数是2300小时。要知道总的发电量,只需要将额定功率1000兆瓦乘以年发电利用小时数2300小时,即得2.3万亿瓦小时(或者23亿千瓦小时)。

能量和功率 功率和能量的关系
在其它地区,例如威尔士、苏格兰或者西爱尔兰,年满负荷发电小时数能够达到3000小时。在德国,这一数字接近2000小时。

汽车发动机的功率常用马力(HP)而非千瓦来表示。“马力”这个词也许会给您这样一种直观概念,即功率表示了发电机或发动机有多少“肌肉”,而能量表明了其在一段时间内可以做多少“工作”。

功率单位

1千瓦=1.359马力

  

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