巨大的“动力与能源”混淆

罗伯·刘易斯（Rob Lewis）

“我节食，失去了15马力。”

“我加满了汽车的油箱。花了20伏。”

大多数人会认为这些说法是胡说八道。毕竟，很明显，重量不是以马力来衡量的，液体量不是以伏特来衡量的。在这两种情况下，演讲者都认为度量单位是错误的。

尽管这些错误可能是荒谬的，但在能源生产和存储领域，总是会出现类似的错误，而且几乎没有人注意到。核心问题是两个相关但不同的物理量的混淆：能量和功率。他们不是一回事！如果您阅读并理解了这篇文章，您会比许多记者更了解区别，并且当您听说一个新的风电场将产生“每年250兆瓦”时，您就会知道出了问题！

那么什么是能量？

尽管我们对能量是什么都有模糊的认识，但有助于了解确切的定义。简而言之，能源就是工作能力。在物理学中，工作是向远处施加力的行为。将沙发推过房间，或将随身携带物抬进飞机的头顶隔间都是可行的。（另一方面，仅将手提箱放在头顶上方站立可能会使您疲倦，但从技术上讲，这是行不通的，因为您实际上没有在移动行李。）

因此，我们可以说能量是推动事物发展的动力。“东西”可能是沿着高速公路行驶的汽车，面板上的一块面包面团或灯泡灯丝中的电子。推销这些东西是工作，而这需要精力。如果我们知道移动物体所需的力量以及移动物体的距离，我们就可以计算出所需的能量。

有几种用于测量能量的不同单位：焦耳，BTU，牛顿米，甚至卡路里。当谈论电能时，最常见的单位是瓦特小时。维持一小时的一瓦电能等于一瓦小时的能量。其中一千个是千瓦时（kWh），请注意一小时一千瓦或一千小时一瓦，都等于一千瓦时。它们的能量相同。

工作更快=更大功率

您是否看到我如何将“权力”一词纳入最后一段？这是能量与能量之间的关键区别：能量是完成工作的总量，而没有说完成工作的速度。如果您不介意花费多长时间，可以使用割草机在全国范围内移动一辆半拖车。在其他条件相同的情况下，微型发动机将完成与卡车大发动机相同的工作量。并且它将产生相同量的能量并燃烧相同量的燃料。但是较大的引擎具有更大的动力，因此可以更快地完成工作。功率被定义为产生或消耗能量的速率。说十遍：“电力和能源不是一回事！功率是每单位时间的能量。”

电力的标准单位是瓦特，它定义为由一伏特电压推动的一安培电流。更简单地说，伏特x安培=瓦特（如果谈论交流电会很复杂，但现在暂时忽略它）。在美国，标准壁装插座可提供120伏电压。如果您插入一个灯泡并发现有1/2安培的电流流过，则说明灯泡使用的功率是（120）x（1/2）或60瓦。

这么多的权力。灯泡使用了多少能量？那取决于我们让它燃烧多久。一个60瓦的灯泡燃烧一小时将消耗60瓦时的能量。十个灯泡燃烧十小时会消耗10 x 60 x 10或6,000瓦时，我们可以更方便地将其写为6 kWh。一千个家庭全部这样做将消耗6,000 kWh，相当于6兆瓦时或6 MWh（因为1,000,000瓦= 1,000千瓦= 1兆瓦）。

因此，有关电能量的测量要记住的是始终寻找小时数。说一个发电厂每年可以产生那么多的“兆瓦”根本没有道理。他们可能的意思是“每年兆瓦时”。

好，等一下。每年兆瓦时不符合我们对功率的定义吗？每单位时间（年）的能量（兆瓦时）。非常正确！因此，与其说出“每年兆瓦时”，不如以瓦特为单位对发电厂进行评级会更简单吗？确实会。由于平均每年有8,766个小时，因此我们可以通过将此数字与pw相乘，将“ MWh / year”转换为“ MW”。这告诉我们，假设我们的年发电量为250兆瓦时的风力发电厂的平均发电量为250÷8766，即0.0285兆瓦，与28.5千瓦相同。

注意我说的是平均率。当风不吹时，生产率当然是零千瓦。因此，为了平均达到28.5 kW，风电场的发电量必须比某些时候高得多。这导致了另一个重要的规范，称为“峰值功率输出”：风力涡轮机在理想条件下可以产生的最大功率。对于我们的28.5（平均）kW电厂，峰值输出可能为50 kW或更高。

当然，太阳能发电厂也有类似的考虑：夜间为零输出，夏季通常在正午时达到峰值输出。但是，如果将这一时间平均一年，您将获得以千瓦或兆瓦为单位的平均输出额定值。

能源储备：瓦特和瓦特小时

关于清洁能源的许多讨论都涉及在风不吹或太阳不照耀的时候存储能量的方法。在没有有效存储的情况下，我们不得不在这些时期依赖传统的发电厂。

能量存储通常是指电池，但还有其他方法，例如抽水和熔盐。但是，无论采用哪种技术，都需要关注两个性能参数：

系统可以存储多少总能量？（想想瓦特小时）它随时可以提供多少功率？（想想瓦特）

存储系统的实用性取决于这两个数量。如果系统一次只能返回几瓦特的电能，那么存储大量能量的系统将不是很有用。如果系统的电池在几分钟后耗尽，那么足以点亮整个城市的强大系统将无济于事。

这个故事的寓意是：存储系统必须能够存储足够的能量以在“停电”期间持续使用，并且它们必须能够足够快地传递能量来满足电力负荷。一旦知道了储能容量（例如，兆瓦小时）和输出功率（例如，兆瓦），就可以简单地将这些数字设为正数，以查找备用电源将持续多长时间。例如，一个以2兆瓦的功率供电的20兆瓦时的存储设施将在充满电的情况下持续20÷2或10个小时。

结论

人们通常交替使用“功率”和“能源”一词。但是现在您知道了区别：能量是完成的工作总量，而功率是可以完成的速度。换句话说，功率是每单位时间的能量。功率是瓦特。能量是瓦特小时。

图片：电力，通过Shutterstock