Запутался с единицей киловатт-часа

Киловатт – это единица мощности, которая имеет размерность энергии во времени.

Таким образом, киловатт-час имеет размерность энергии.

В качестве простого примера, если вы хотите зарядить аккумулятор, чтобы обогреватель мощностью 1000 ватт (постоянного тока) работал в течение одного часа, вам потребуется один киловатт-час энергии (при условии, что мифический мир совершенно эффективных батарей, без потерь провода и др.)

В единицах СИ это

1000 Дж/с$\times$3600 с = 3,6 МДж.

То, что RedGrittyBrick сказал в своем комментарии, верно, но как вам нужно понять$kWh$Я попытаюсь объяснить немного больше.

Есть две основные вещи, которые вам нужно принять во внимание: общая энергия в вашем топливном элементе (в$kWh$) и максимальной мощности, которую он может обеспечить (в$kW$). Мощность – это скорость, с которой используется энергия . В электричестве,$1W$равно$1V times 1A$, поэтому 1кВт эквивалентен$220V$примерно в$4.5A$и$1kWh$это количество энергии, используемой в течение 1 часа.

А$1kWh$батарея может доставить$1kW$на 1 час или$0.5kW$в течение 2 часов и т. д. Однако это становится проблематичным, если мы пытаемся обеспечить большую мощность за более короткое время. Аккумуляторы могут только дать столько тока. Например,$1kWh$батарея вряд ли сможет питать$60kW$на 1 минуту. Он может быть не в состоянии обеспечить полный требуемый ток, или при таких высоких токах он может быть не в состоянии обеспечить его в течение ожидаемого времени.

Если ваш топливный элемент должен работать один день, то он, очевидно, должен хранить достаточно энергии, чтобы продержаться это время. Итак, если ваше среднее использование$1kW$, то вам нужен$24kWh$топливный элемент, чтобы пройти расстояние. Но ваше использование не будет постоянным в течение дня. В какой-то момент большинство приборов может быть выключено, но в другое время вы можете включить обогреватели, кондиционеры и т. д. и потреблять много энергии. Мощность, используемая приборами, также может сильно различаться. Лазерный принтер может использовать$1kW$во время печати, но только$10W$в режиме ожидания. Ваш топливный элемент должен быть в состоянии обеспечить максимальный ток, необходимый в самых неблагоприятных условиях.

Вдобавок ко всему, вышеизложенное справедливо только в том случае, если вы используете устройства постоянного тока - и я не замечал ни одного из них в последнее время ... Если ваши устройства работают на переменном токе, вам также необходимо учитывать такие вещи, как «коэффициент мощности » .

Поэтому вам нужно знать гораздо больше, чем просто мощность или потребление энергии.

Киловатт-час – это единица энергии.

Это энергия одного киловатта за один час. Что эквивалентно энергии 2 киловатта за полчаса, 4 киловатта за четверть часа или 2 киловатта за четверть часа плюс 1 киловатт за полчаса.

Дом может использовать 24 кВтч в день. Но это не означает, что непрерывная мощность в 1 кВт будет удовлетворять потребности каждый час. Это просто означает, что 1 кВт непрерывной выработки будет производить энергию, эквивалентную потреблению домохозяйства. Это удовлетворило бы потребности дома только в том случае, если бы потребность домохозяйства была совершенно постоянной на уровне мощности 1 кВт.

Чтобы удовлетворить потребности в электроэнергии и энергии, вам нужны три вещи:

1. достаточно топлива, чтобы обеспечить 24 кВтч энергии
2. топливный элемент должен иметь достаточную пиковую мощность, чтобы удовлетворить пиковый спрос домохозяйства. Это, вероятно, будет порядка 3-5 кВт, если в нем нет электрического душа, и в этом случае пиковое потребление может составлять 10-13 кВт.
3. топливный элемент должен быть в состоянии соответствовать скорости нарастания - скорости изменения мощности - которая требует. Для электрического душа это может означать переход от 0 до 10 кВт за несколько секунд и обратное снижение за то же время.

В вашем вопросе недостаточно информации по пунктам 2 и 3, чтобы указать топливный элемент.

Топливный элемент мощностью 1 кВт, если бы он мог работать непрерывно в течение 24 часов, производил бы эквивалент энергии для домашнего хозяйства, которому требуется 24 кВтч в день, потому что средняя потребляемая мощность домохозяйства составляет 1 кВт, то есть такая же мощность, как у топливного элемента. Таким образом, дом не будет энергонезависимым; но он был бы в некотором роде самодостаточным, если бы мог экспортировать свой излишек в периоды избытка и импортировать дополнительную энергию в периоды дефицита. В таком случае у него в среднем будет нулевой чистый импорт (но у него будет N кВтч абсолютного импорта каждый день и N кВтч абсолютного экспорта каждый день, где N — некоторое число от 0 до 24).

Средняя выходная мощность составляет около 1 кВт (что соответствует 1 кВт-ч в час). Энергоемкость, необходимая для работы в течение 1 суток при данном уровне мощности, составляет 25 кВт-ч.

Хорошо, я думаю, вы правы, в контексте и объеме вопроса топливный элемент должен быть в состоянии выдавать 1 кВт и делать это весь день.

В более практической интерпретации проблема недоопределена. Нужно знать пиковую нагрузку. Какая максимальная мощность нужна дому? Иногда он может потреблять 5 кВт, может быть, 20 кВт. Ваш топливный элемент должен быть в состоянии справиться с этим.

Но в домашнем задании об этом не упоминалось. Поэтому настройте топливный элемент на постоянную подачу 1 кВт. Он будет производить 24 кВт-ч в день.

Поэтому я немного запутался в том, как иметь дело с единицей мощности киловатт-часов.

Киловатт-часы - это не единица мощности, это единица энергии.

Я думаю, что самый простой способ прояснить это может состоять в том, чтобы думать с точки зрения энергии и мощности и стараться избегать таких терминов, как киловатт-часы в час.

Среднее энергопотребление домохозяйства в США составляет 8900 кВт-ч в год и 25 кВт-ч в день и приблизительно 1 кВт-ч в час. Означает ли это, что выходная мощность моего топливного элемента составляет 1 кВт, и если я хочу использовать его в течение всего дня, должен ли он быть рассчитан на 25 кВт?

Ответ 1

Топливный элемент с выходной мощностью 1042 Вт, работающий в течение дня, даст 25 кВтч энергии, о которых вы говорите. (Предположим, что у вас есть курьер с водородными баллонами, который регулярно привозит свежие продукты)

Это не позволит вам пользоваться чайником.

Это может не позволить вам включить все огни и смотреть телевизор

Ответ 2

Это может помочь, если вы переведете все в единицы СИ.

1 кВт = 1000 Вт мощности
1 кВтч = 1000 Вт в течение 3600 секунд = 3 600 000 Дж энергии

Итак, ваш целевой дом использует 90 000 000 джоулей в день. Если скорость использования энергии постоянна и никогда не меняется, вы можете поставлять это количество энергии с постоянной скоростью 1042 Дж в секунду (иначе называемой 1042 Вт или чуть более 1 кВт).

Обычному чайнику для кипячения питьевой воды требуется мощность более 2 кВт.

Ответ 3

Я съедаю 2500 ккал за 24 часа. (10 460 000 Дж)

Это в среднем 121 Джоуль каждую секунду.

Однако я не съедаю по маленькому кусочку пищи каждую секунду 24 часа в сутки. Часть этого времени я трачу на сон и на деятельность, где мне не обязательно одновременно есть черничный пирог с такой скоростью.