Elanvändning direkt och indirekt Ingmar Leisse Industriell Elektroteknik och Automation
Översikt Belysning Pumpar och fläktar Elhybridfordon Värma & kyla Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 2
Elanvändning = ~
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 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 4
LED-lampor Halvledareffekt istället för uppvärmning 8 W lampa ljusutbyte som 60 W glödlampa Elenergibesparing 80-90 % 50-100 000 timmars livslängd Färgåtergivning nu nästan perfekt Källa: Osram Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 5
Glödlampan fasas ut EUs direktiv för ekodesign Sep 2009 Sep 2010 Sep 2011 Sep2012 Sep 2013 Sep 2018 (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 - Ingmar Leisse 6
Dimmer styr ljuset via medelspänningen Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 7
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 - Ingmar Leisse 8
Lågenergilampor = lysrör + elektronik Hela drivningen i sockeln Ger högfrekvent växelspänning Exempel kopplingsschema: Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 9
Pumpar och fläktar Pumpkurvan beskriver pumpens tryck/flödeskurva Systemkurvan beskriver rörsystemet Sammankoppling: Skärningspunkt = arbetspunkt Yta (grå) i diagrammet = tryck p flöde Q = [N/m 2 m 3 /s = Nm/s] = Effekt! Tryck (eng Head) Rörsystemet Pumpen Flöde (eng Flow) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 10
Hur variera flöden? Till/från-reglering Strypning (Throttling) p max p medel t p T p Q p medel medel medel t p = pmax T t p = Qmax T = k Q Varvtalsreglering medel P = 0.7*1.25 = 0.8750 P = 0.7*0.6 = 0.4200 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 11
Effektbehov vid olika flöden Varvtalsreglering (Frequency control) bäst! Ex A1.1 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 12
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 - Ingmar Leisse 13
Elhybridbil och elcykel ganska lika Framdrift med elmotor och bensinmotor (η<30%) tillsammans Batteri matar elmotorn Laddas av bensinmotorn Laddas från vägguttag (plug-in) Framdrift med elmotor och pedalkraft (η<25%) tillsammans Batteri matar elmotorn Laddas från vägguttag Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 14
Dagens elhybridbil t.ex. Toyota Prius Energiflöde Elmotor Bensinmotor Konventionell bil har η=10-20 % Elhybridbil har η=20-30 % Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 15
Drivsystemet i en elhybridbil Drivsystemets struktur i ett konventionellt manuellt växlat fordon Ta n k IC E Clutch GEAR DIFF Drivsystemet i en Parallellhybrid Ta n k IC E Clutch FAS MTA? DIFF Batt PE Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 16
Ren el- eller bensindrift med elhybridbil Eldrift Bensindrift Elmotor Bensinmotor Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 17
Laddning av batteri i elhybridbil P hjul = (T el +T bensin ) ω 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 - Ingmar Leisse 18
Högre verkningsgrad med hybrid på två sätt 120 Vridmoment [Nm] 100 80 60 40 Högre vridmoment Högre växel Högre totaleffekt - Överskottet till batteriet 32.5% 30% 27.5% 25% 20 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1. Bättre driftpunkt för förbränningsmotorn 2. Återmatning av bromsenergin till batteriet Varvtal [rpm] Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 19
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 - Ingmar Leisse 20
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 - Ingmar Leisse 21
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 - Ingmar Leisse 22
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 - Ingmar Leisse 23
Elanvändning 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 - Ingmar Leisse 24
Sammanfattning Lågenergi-/ledlampor sparar % el jämfört med glödlampa Energieffektivaste sättet att reglera vätske-/luftflöden är med Det bästa med elbil resp. förbränningsmotorbil är Hybriddrift av bil spar energi genom att samt Kylskåp och värmepumpar har en elmotordriven Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik - Ingmar Leisse 25