Elanvändning direkt och indirekt. Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Elanvändning direkt och indirekt Olof Samuelsson Industriell Elektroteknik och Automation

2 Översikt Belysning Pumpar och fläktar Elhybridfordon Värma & kyla (Examinerbart) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 2

3 Elanvändning = ~

4 Glödlampor Glödlampor Volframtråd i kvävgas Lite ljus och mycket värme 40 W glödlampa ger ljus som 7 W lågenergilampa Förbrukas av att glödtrådsatomer avges Livslängd ca 1000 timmar Halogenlampor Halogengas återför glödtrådsatomerna till tråden högre temp OK Högre temperatur kräver kvartsglas Mer ljus än vanliga glödlampor, 50 till 100 ggr Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 4

5 Diodlampor Halvledareffekt istället för uppvärmning 2,5 W lampa ljusutbyte som W glödlampa timmars livslängd Färgåtergivning ännu inte perfekt Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 5

6 Glödlampan fasas ut EU-s direktiv för ekodesign Sep 2009 Sep 2010 Sep 2011 Sep2012 Sep 2013 Sep 2016 Förbud mot alla matta + klara 100 watts glödlampor Förbud mot klara 75 watts glödlampor Förbud mot klara 60 watts glödlampor Förbud mot klara 40 och klara 25 watts glödlampor Skärpta krav på lågenergilampor och LED-lampor Skärpta krav på halogenlampor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 6

7 Dimmer styr ljuset via medelspänningen Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 7

8 Lysrör Argon eller kvicksilver med jonström Avger UV-ljus Omvandlas till synligt ljus med UV-fluoroscerande pulver på rörets insida Tänds med hög spänning som skapas med glimtändare och induktor Glimlampan håller bimetallkontakten varm=öppen + u nät Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 8

9 Lågenergilampor = lysrör + elektronik Hela drivningen i sockeln Ger högfrekvent växelspänning Kopplingsschema: Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 9

10 Pumpar och fläktar Pumpkurvan beskriver pumpens tryck/flödeskurva Systemkurvan beskriver rörsystemet Sammankoppling: Skärningspunkt = arbetspunkt Yta (grå) i diagrammet = Tryck flöde= [N/m 2 m3 /s = Nm/s] = Effekt! Tryck (eng Head) Rörsystemet Pumpen Flöde (eng Flow) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 10

11 Hur variera flöden? Till/från-reglering p max p medel Strypning (Throttling) T Varvtalsreglering t p p Q p medel medel medel t p pmax T t p Qmax T k Q medel P=0.7*1.25 = P=0.7*0.6 = Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 11

12 Effektbehov vid olika flöden Varvtalsreglering (Frequency control) bäst! Ex A1.1 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 12

13 Drivning av fordon Förbränningsmotor (ICE internal combustion engine) vanligast Elmaskin lämpligast ICE 2 Nm/kg El 20 Nm/kg Energilagret ett problem Bensintank 12 kwh/kg Batterier 0.12 kwh/kg Båda har fördelar kombinera hybrid Elbil med bensindrivet elverk (och laddare för vägguttag) eller bensinbil med elmotor och batteri Ex A1.2 Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 13

14 Elhybridbil och elcykel ganska lika Framdrift med elmotor och bensinmotor ( <30%) tillsammans Batteri matar elmotorn Laddas av bensinmotorn Laddas från vägguttag (plug-in) Framdrift med elmotor och pedalkraft ( <25%) tillsammans Batteri matar elmotorn Laddas från vägguttag Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 14

15 Dagens elhybridbil t.ex. Toyota Prius Elmotor Bensinmotor Konventionell bil har =10-20 % Energiflöde Elhybridbil har =20-30 % Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 15

16 Drivsystemet i en elhybridbil Drivsystemets struktur i ett konventionellt manuellt växlat fordon Tank IC E Clutch GEAR DIFF Drivsystemet i en Parallellhybrid Tank IC E Clutch FAS MTA? DIFF Batt PE Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 16

17 Ren el- eller bensindrift med elhybridbil Eldrift Bensindrift Elmotor Bensinmotor Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 17

18 Laddning av batteri i elhybridbil P hjul =(T el +T bensin ) Laddning Bensindrift Elmotorn kan gå som generator och bromsar då bilen Vid motorbromsning återmatas bromsenergin till batteriet Under färd kan gaspådraget ökas för laddning Bensinmotorer effektivast vid hög effekt (eco-driving) Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 18

19 Högre verkningsgrad med hybrid på två sätt 120 Vridmoment [Nm] Högre vridmoment Högre växel Högre totaleffekt - Överskottet till batteriet 32.5% 30% 27.5% 25% Bättre driftpunkt för förbränningsmotorn Varvtal [rpm] 2. Återmatning av bromsenergin till batteriet Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 19

20 Elhybridbil av plug-in-typ laddhybrid Laddning Eldrift Ca 30 % förluster Bensindrift >85 % förluster Elmotor Bensinmotor Genom att ladda från vägguttaget kan bensinmotorns förluster helt undvikas Bensin/dieselförbrukningen i Sverige kan minskas med 70 % Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 20

21 Värma Konduktivt Ri 2, kan avges som ledningsvärme, konvektionsvärme eller strålningsvärme (infravärmare) Induktivt Galvaniskt isolerat Virvelströmmar Induktionshällar Induktiv härdning Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 21

22 Kyla Expansionsvärmepump Vätska förgasas Ångbildningsvärmet tas från vätskan/gasen som kallnar (jmf svettning!) Den kalla gasen tar upp värmeenergi från omgivningen Gasen komprimeras till vätska i en kompressor Vätskan blir därmed varm Värmen avges till omgivningen Termoelektrisk Termoelement Koppar-Vismut-Koppar En övergång varm, den andra kall Kylväskor, processorkylare Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 22

23 Verkningsgrad expansionsvärmepump Vanligt kylskåp 75%, dvs 1 kwh el in ger 0.75 kwh värme ut Villavärmepump Värmefaktor = Värmeenergi ut/elenergi in Värmefaktor (COP Coefficient Of Performance) typiskt 2-4 Verkningsgrad= Värmeenergi ut/total energi in Verkningsgrad < 100 % Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 23

24 Sammanfattning El används för många direkta ändamål Belysa Värma Kyla Förflytta Elanvändningen kan effektiviseras genom helhetsperspektiv Välisolerad kyl/frys Välisolerad byggnad Hög mekanisk verkningsgrad på det en elmotor driver Ökad elanvändning kan motiveras om total energiåtgång minskar Värmepump ersätter olja eller direktel Elhybriddrift ersätter renodlad bensindrift Igen och igen: styrning av elektrisk energiomvandling viktig kraftelektronik! Lunds universitet/lth/bme/iea Elenergiteknik Olof Samuelsson 24

25