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以化學電池為例,由于氧化還原反應,在電源正、負極附近分別出現(xiàn)了厚度約為10-10m~10-6m的偶電層ad和cb,如圖2所示。由圖2可知,電源對外供電時,其內部電場可分為三個區(qū)域:絕大部分區(qū)域(dc)內,場強方向由負極指向正極,而在靠近兩極的偶電層ad和cb內,場強方向則由正極指向負極。因此,在偶電層內,非靜電力(化學力)克服電場力做功,使被移送的正電荷電勢能增加,沿電流方向電勢“躍升”,把化學能轉化為電能而形成電源的電動勢。在電源內部的dc區(qū)域,存在內電阻,電場力做正功,被移送的正電荷電勢能減少,沿電流方向電勢降低,從而把電能轉化為內能(焦耳熱)。與此類同,在電源外部的外電路中,電流通過外電阻時,電場力也做正功,被移送的正電荷電勢能減少,沿電流方向電勢降低,把電能轉化為其他形式的能??梢姡陔娏魍ㄟ^內、外電阻時,電場力都做正功,電勢均降落,減少的電能轉化為其他形式的能。
在閉合電路中,沿電流方向電勢的變化如圖3所示。由圖3可知,被移送的正電荷在電源正、負極附近偶電層的電勢“躍升”恰等于其在內、外電阻上的電勢降落,表達為Uad+Ucb=Uab+Ucd,即電源的電動勢在數(shù)值上等于內外電路電勢降落之和,表達為E=U外+U內;當外電路短路時,U外=Uab=0,E=U內=Ucd,沿電流方向電勢的變化如圖4所示;當外電路斷路時,電勢的變化如圖5所示,U內=Ucd=0,U外=Uab=Uad+Ucb=E,這就是通常利用電壓表粗測電源電動勢的原理。電源(E、r)供電時,內外電路電勢的升降也可以用圖6描述,且內外電壓隨外電阻R變化的半定量關系圖象,如圖7所示。
從能量轉化的角度看,電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉化為電勢能的裝置。物理學中用電動勢來描述電源的這種特性,定義為E=,即電源的電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功。而在閉合電路的內、外電阻上,電場力做正功,電勢降低,分別形成路端電壓和內電壓,并把減少的電勢能轉化為其他形式的能,因此,電壓定義為U=。由能量轉化與守恒定律可知,在閉合電路中,W非=W電=W電外+W電內,結合電動勢和電壓的定義式可得,qE=qU外+qU內,即E=U外+U內。
閉合電路的內、外電壓與電動勢的關系也可以利用在圖8所示的裝置(高級中學物理課本第二冊第50頁圖2-20,人民教育出版社,1990年10月第1版)實驗探究。在圖8中,C為化學電池,A、B是插在電池兩個電極內側的探針,電壓表V和V′分別測量路端電壓U外和內電壓U內,滑動變阻器作為外電路。先斷開外電路,用電壓表V測出電源的電動勢E,然后接通外電路,調節(jié)滑動變阻器,分別同步記錄電壓表V和V′的示數(shù)U外和U內。分析實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),在誤差允許的范圍內,內、外電壓之和恒等于電源的電動勢,即E=U外+U內。
可見,在閉合電路中,利用電路中電勢變化的示意圖、電路中的能量關系和實驗探究都可以得到:電源內部電勢升高的數(shù)值等于內、外電路中電勢降落的數(shù)值。雖然電源的電動勢在數(shù)值上等于內、外電壓之和,但是,電動勢是描述電源內部非靜電力做功,沿電流方向電勢躍升,把其他形式的能轉化為電能的物理量,是電源本身的屬性,由電源的性質和內部結構決定,而與外電路無關。電動勢是在電源的正、負極附近產生的,可用兩臺抽水機來比喻;而電壓則是反映內、外電路中電場力做功,沿電流方向電勢降落,把電能轉化為其他形式的能的物理量,與電源和電路中的用電器有關。
綜上所述,雖然圖2結構稍微復雜,但可以清晰地呈現(xiàn)電場力做功和非靜電力做功的不同過程,使內電壓意義具體,便于對閉合電路中電勢躍升和電勢降落做具體分析,并與常見的電池模型相吻合。因此,建議再版時把圖1修改為圖2。
參考文獻
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[2] 傅獻霞,沈文霞,姚天楊.物理化學(下冊).北京:高等教育出版社,1990.
【關鍵詞】中專物理 電源電動勢 教學方法論
【中圖分類號】G 632 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2014)1-0214-02
一、中專物理中電源電動勢的相關定義
中專物理教學中,電源電動勢是直流電路單元的一個重點概念,也是本單元的難點。在教學中,教師應該根據(jù)學生的具體情況,結合其初中時已經學過的物理電學知識,從概念入手來開展電源電動勢教學。
物理學中所講的電源是指通過非靜電力做功把其他形式能轉化為電能的裝置,而電源電動勢則是用來衡量該種能量轉化過程中非靜電力做功本領的物理量。電源電動勢的概念為,電動勢在數(shù)值上等于非靜電力把1C的正電荷在電源內從負極移送到正極所做的功。在教學中,要使學生掌握這一概念,首先要讓學生對"靜電力"和"非靜電力"及其所做的功清楚認識且理解,在此基礎上保證其更好的理解電源電動勢。我們知道,能夠推動電荷移動的力主要有三種,即靜電力、化學力和電磁力,后面兩種力也就是我們所說的非靜電力。非靜電力中的化學力主要以蓄電池類的電源為代表,而電磁力則可能是一些以外力影響磁場而產生的力,這些都會推動電源中的電荷移動。
初中物理中已經講述過磁場的相關概念及磁場對通電導線作用力等問題。在磁場中,以一種外力的施加來使電路中的單根導線切割磁場中的磁感線,導線內會產生相應的感應電勢。根據(jù)右手定則來判斷電荷在導線內的運動方向,又根據(jù)電源內部電流方向是由負極到正極的規(guī)律來確定電勢高的一端為電源的正極而電勢低的一端則為負極。
二、注重電源電動勢教學中相關概念的區(qū)別
在中專物理教學中,由于某些電學概念字面上存在一定的相似性,為使學生更好的掌握相關概念和原理教師便要進行區(qū)別教學。就電源電動勢而言,容易和它混淆的概念便是電壓,將兩者在教學中進行比較、區(qū)別能夠加深學生對知識的認知和理解。
電源電動勢是由于非靜電力對電荷做功并將他種形式的能轉化為電能的過程,而電壓則是由于電場中對正電荷做功將電能轉化為他種形式能的過程。當我們將這兩個概念及其做功過程分析清楚時便能讓學生更好地理解掌握,從而避免混淆。
兩者的比較教學還可以以電路分析的方式來實現(xiàn)。一般而言,我們所說的電路端的電壓是加諸于電路兩端的電壓,它隨著電路負荷的變化而有所變化,而電源電動勢對固定的電源則是不變的。電壓變化的原因是電場力,而電源電動勢的變化則是電源內部非靜電力做功的原因。就電源電動勢與電源端電壓的關系而言,在教學中根據(jù)學生掌握的具體情況進行講解和分析,避免學生硬背公式或者定理,通過實驗的方式使學生更好地理解電荷運動過程,增強對兩者區(qū)別的認識。
三、電動勢的實踐教學
在電動勢教學中,為保證學生更好的掌握相關內容,便要讓他們更好的理解非靜電力、靜電力等相關概念。這便要求教師在教學過程中,除了注重概念教學外,還要以實驗操作來加深學生對知識的理解。
非靜電力做功是電動勢產生的重要動力,在電動勢教學中,可以從非靜電力的概念引入,也可以從能量的角度引入。通常我們會從能量轉化的角度來研究非靜電力或者是從不同物質間的相互作用力角度來研究,力通過做功而產生能,將兩者聯(lián)系起來。非靜電力因電源類型的不同而呈現(xiàn)出不同的物理特性,蓄電池中的非靜電力是由化學作用而產生的,而電磁感應中的非靜電力則是由于磁場中的電荷運動所產生,其產生的原因不同但是在效果或者力上卻有著相同或者相似的效果。
從能量轉換的角度來講解電動勢。以電路分析的方式來測量單位電荷通過電路時所需要的電能,通過計算得到電壓與電源電動勢的相關數(shù)值并且從中探討兩者的區(qū)別于聯(lián)系。在實驗中我們將所經過電路的電荷量設為q,電動勢設為E,由電源所提供的電能為w,則我們可以得到等式E=w。從物理計算的角度,我們可以用上式來表示電動勢與電路中能量的關系,但它卻不能將電動勢的本質更好的予以揭示。
為了讓學生們更好的理解電源電動勢的概念及相關問題,在教學中可以將實驗與多媒體教學相結合,在明確電源供電特性等的基礎上讓學生理解持續(xù)供電情況下的電源特性、電源供電的內在動因等。對此,我們可以通過具體的實驗操作使其更為清晰。實驗中,我們將電路圖及其所需的實驗器材等以多媒體的形式呈現(xiàn)出來,并且可以通過視頻的形式來演示電流的運動過程,使學生更為直觀的感受到非靜電力做功時電荷的運動及其電動勢的產生過程。
參考文獻:
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[3]湯華.小議與電源有關的幾個問題[J].電源技術與應用,2012(8)
圖1圖2圖3
本實驗通過改變滑動變阻器的阻值,從電流表、電壓表中讀出多組(U、I)值,其數(shù)據(jù)處理方法有兩種,其一,組合兩組U、I值(U1、I1)和(U2、I2),由U=E測-Ir測可得E測=I1U2-I2U11I1-I2、r測=U2-U11I1-I2。得到多個E測,r測后取平均值。其二,畫出U-I線(如圖3)求解E和r,根據(jù)公式U=E-Ir不難得到U-I線的縱截距即為電動勢E,而斜率的絕對值即為內阻r=|ΔU|1|ΔI|=E1I短。
本實驗的難點在于誤差分析,即真實值(E真,r真)與測量值(E測,r測)之間的大小關系。在近幾年的教學中,發(fā)現(xiàn)學生對這一問題普遍感覺到非常難,很多學生就算能夠記住結論,對其原因也是迷迷糊糊、一知半解的。所以筆者對實驗誤差作些分析探討。
一、公式計算法
實際上電流表和電壓表都是有內阻的,假設分別為RV和RA。
對于圖1,電壓表讀數(shù)U是真實的路端電壓,而真實的總電流應比電流表讀數(shù)I要大,應為I+U1RV,那么本實驗的真實值公式應該是U=E真-(I+U1RV)r真,最后推導得出E測=RV1RV+r真E真和r測=RV1(RV+r真)r真。可以得到E測
對于圖2,電流表讀數(shù)I是真實的總電流,而真實的路端電壓應比電壓表讀數(shù)U要大,應為U+IRA,那么本實驗的真實值公式應該是U=E真-I(RA+r真)。最后推導得出E測=E真和r測=RA+r真。仔細分析還可以得到r測是電流表與電源內阻的串聯(lián)阻值。
二、圖像分析法
圖4圖5外接法(圖1)是由于電壓表讀數(shù)真實,而電流表讀數(shù)偏小,導致誤差,I真=I測+U1RV,即對于相同的電壓U,真實值I真一定大于測量值I測,而且U越大,I真和I測之間的差值就越大,但當U=0即短路時,兩者相等,如圖4,如果直線①是根據(jù)U、I的測量值所作出的U-I圖線,直線②就是電源真實值反映的伏安特性曲線,由圖線可以很直觀地看出E測
內接法(圖2)是由于電流表讀數(shù)真實,而電壓表讀數(shù)偏小,導致誤差U真=U測+IRA,即對于相同的電流I,真實值U真一定大于測量值U測,而且I越大,U真和U測之間的差值就越大,但當I=0即開路時兩者相等。如圖5,如果直線①是根據(jù)U、I的測量值所作出的U-I圖線,直線②就是電源真實值反映的伏安特性曲線,由圖線可以很直觀地看出E測=E真,r測>r真。
三、等效電源法
圖6圖7
外接法(圖1)的實驗電路的誤差源于電壓表的不理想,那么可以理解為將實際電壓表等效為理想電壓表和內阻RV的并聯(lián),然后將RV和電源并聯(lián),看成一個“新電源”,如圖6所示。
一、測量原理、電路及系統(tǒng)誤差產生的原因
測量電源電動勢和內阻的原理是閉合電路歐姆定律,常見的測量電路有兩種,如圖1、2所示,
由閉合電路歐姆定律可得:
E=U1+I1r ①E=U2+I2r ② 解得:E= ③r= ④
公式①②中電壓是路端電壓,電流是總電流。由于電表存在內阻,圖1中電流表存在分壓,電壓表所測并非路端電壓,電壓表所測電壓小于路端電壓;圖2中由于電壓表存在分流,電流表所測并非總電流,電流表所測電流小于總電流。因此,利用③④式所測得電動勢和內阻存在系統(tǒng)誤差。
二、分析誤差的方法
1.公式法
因為公式①②中未考慮電表的內阻從而造成誤差,所以只要考慮電表內阻,利用閉合電路歐姆定律就可以求出電動勢和內阻理論上的準確值,再與③④式中E和r進行比較,即可判斷系統(tǒng)誤差是偏大還是偏小??紤]到電表內阻,對于圖1由閉合電路歐姆定律可得:
E0=U1+I1(r0+RA)E0=U2+I2(r0+RA)
解得:E0==Er0==-RA
可見,電動勢的測量值等于真實值,而內阻的測量值大于真實值。
對于圖2,同理可得:
E0=U1+I1+?搖r0E0=U2+I2+?搖r0
解得:E0=>Er0=>r
可見,電動勢和內阻的測量值都小于真實值。
在實驗中應該采取哪種電路進行測量呢?實際中電流表的內阻和電池內阻比較相近,而電壓表的內阻通常較大,所以實驗中采取電路圖2誤差較小。
2.圖象法
對于電路圖1,由于實際所測的電壓U小于真實路端電壓U0,而且在斷路狀態(tài)下U=U0,所以真實反應電源的U-I圖線如圖3中的虛線,據(jù)所測數(shù)據(jù)做出實際U-I圖線如圖3中的實線。
由數(shù)學知識可知,圖象中直線的斜率絕對值表示內阻,縱軸截距表示電動勢,由圖3中圖線可以很直觀地看出E=E0,r>r0。
對于電路圖2,由于實際所測的電流I小于真實電流I0,而且在短路狀態(tài)下I=I0,所以真實反應電源的U-I圖線如圖4中的虛線,據(jù)所測數(shù)據(jù)做出實際U-I圖線如圖4中的實線。
由圖線斜率絕對值及縱軸截距的物理意義,可以很直觀地看出E
3.等效電源法
由戴維南定量可知,任何線性含源二端網絡均可等效為一個電源,等效電源的電動勢等于二端網絡斷路時兩端電壓,等效電源內阻等于除去電動勢兩端的電阻。
若認為公式①②中的電壓是路端電壓,電流是總電流,對圖1而言,則公式③④中E和r表示的是圖1虛線框內等效電源電動勢和內阻。當虛線框與外電路斷開時,電流表中沒有電流,兩端電壓E=E0,兩端電阻r=r0+RA>r0??梢?,電動勢測量無系統(tǒng)誤差,而內阻的測量值偏大,要想減小誤差只能減小電流表的內阻,但在實驗室很難使其內阻遠遠小于電池內阻,所以實驗中一般不選取圖1進行測量。
若認為公式①②中的電壓是路端電壓,電流是總電流,對圖2而言,則公式③④中E和r表示的是圖2虛線框內等效電源電動勢和內阻。當虛線框與外電路斷開時,電壓表中有電流通過,其兩端電壓E=E0和E0=E>E;兩端電阻為:
r=,r0==>r。
可見,電動勢和內阻的測量均存在系統(tǒng)誤差,均小于真實值。若要減小誤差,應使電壓表的電阻遠遠大于電池的電阻,實驗中是很容易做到的。所以,實驗中通常采取圖2電路。
例:利用下圖電路測量電源電動勢和內阻,試分析所測電源電動勢和內阻系統(tǒng)誤差。
解:圖5實驗原理是E=U1+rE=U2+r
由于電壓表的分流作用,實驗中存在系統(tǒng)誤差。由實驗原理可知,所測電源電動勢和內阻實際是虛線框內等效電源的電動勢和內阻。由等效電壓源法可知,所測電源電動勢和內阻均小于真實值。
圖6實驗原理是:
E=I1(r+R1)E=I2(r+R2)
一、 安阻法
11 電原理圖:如圖1所示。
圖1
1.2 原理:E=IR+Ir ①
① 式中I、R分別為電流表、變阻器的讀數(shù)。實驗時改變R的阻值,多讀幾組I、R的值,代入上述原理公式,可通過解聯(lián)立方程組求得幾個E和r的值,分別求其平均值E、r即為E和r的測量值。
1.3 數(shù)據(jù)處理方法:
1.3.1 公式法:(見1.2.原理部分)
1.3.2 圖象法:由①式得:
R=1IE-r ②
可見,以R為縱坐標,1I為橫坐標,用描點法做出R~1I圖象,即可求出E和r的測量值。E為圖象的斜率,r為圖象在縱軸上截距的絕對值。即E=tan α, rOA,如圖2所示。
圖2
1.4 誤差分析方法
1.4.1 公式法:令圖1中電流表的內阻為RA,則E0=IR+Ir0+IRA ③
③式中E0、r0分別為電源電動勢和內阻的真實值,I、R分別為電流表、變阻器的讀數(shù)。實驗時改變R的阻值,多讀幾組I、R的值,代入 ③式,可通過解聯(lián)立方程組求得幾個E0和r0的值,分別求其平均值E0、r0即為E0和r0的真實值。將E與E0、r與r0比較,便知測量誤差,這一計算過程非常繁瑣、冗長,實際上對比①、 ③兩式,易得:E=E0,r=r0+RA。即安阻法測得的電源電動勢無因為實驗原理而引入的系統(tǒng)誤差,而內阻偏大,其絕對誤差為Δr=RA。
1.4.2 圖象法:圖1所示為本實驗電原理圖,①式E=IR+Ir為本實驗原理,由全電路的歐姆定律可知,I應為通過電源的電流強度,與圖1中電流表讀數(shù)相等;R為外電路的總電阻,比圖1中變阻器的讀數(shù)大RA,可見圖2中橫坐標準確,縱坐標偏小RA,所以將其向y軸正方向平移RA可得到求真實值的圖象,如圖3虛線所示。顯然,E=tan α,E0=tan β,且α=β。故E=E0;r=OA,r0=OB,故r=r0+RA。分析結果與1.4.1相同,但這種方法與1.4.1比較,省去了繁瑣的計算,顯得更加簡便、直觀。
圖3
二、 伏阻法
2.1 電原理圖:如圖4所示。
圖4
22 原理:E=U+URr ④
④式中U、R分別為電壓表、變阻器的讀數(shù)。實驗時改變R的阻值,多讀幾組U、R的值,代入上述原理公式,可通過解聯(lián)立方程組求得幾個E和r的值,分別求其平均值E、r即為E和r的測量值。
2.3 數(shù)據(jù)處理方法:
2.3.1 公式法:(見2.2原理部分)
2.3.2 圖象法:由④式得:
1U=1E+rE×1R ⑤
可見,以1U為縱坐標,1R為橫坐標,用描點法做出1U~1R圖象,即可求出E和r的測量值。E為圖象在縱軸上截距的倒數(shù),r為圖象在橫軸上截距的絕對值的倒數(shù)。即:
E=1縱截距=
1OB,r=1|縱截距|=
1OA, 如圖5所示。
圖5
2.4 誤差分析方法
2.4.1 公式法:令圖5中電壓表的內阻為RV,則:
1U=
1E+
rE×
1R+1R-r
⑥
⑥式中E0、r0分別為電源電動勢和內阻的真實值,U、R分別為電壓表、變阻器的讀數(shù)。實驗時改變R的阻值,多讀幾組U、R的值,代入⑥式,可通過解聯(lián)立方程組求得幾個E0和r0的值,分別求其平均值E0、r0即為E0和r0的真實值。將E與E0、r與r0比較,便知測量誤差.這一計算過程很繁瑣,這里不再贅述。
2.4.2 圖象法:圖4所示為本實驗電原理圖,④式E=URr為本實驗原理,由全電路的歐姆定律可知,U應為通過電源的路端電壓,與圖4中電壓表讀數(shù)相等;1R應為外電路的總電阻的倒數(shù),比圖4中變阻器的讀數(shù)的倒數(shù)1R大1RV,可見圖5所示圖象各點的縱坐標準確,橫坐標偏小1RV,所以將其向x軸正方向平移1RV可得到求真實值的圖象,如圖5虛線所示。E=1OB,E0=1OA,r=
1OA,r0=1OA。顯然,E<E0,r<r0。分析結果與2.4.1相同,但這種方法比較簡便、直觀。
三、 結束語
3.1 比較1.3.2與1.3.1;1.4.2與1.4.1;2.3.2與2.3.1;2.4.2與2.4.1均能顯示兩方面的優(yōu)點:一是大大減小了運算量,二是彰顯被測量的物理意義。
3.2 普通高等學校招生考試《考試說明》中關于實驗能力的說明中指出:“要求考生掌握實驗原理,……會處理實驗數(shù)據(jù),并得出實驗結論,了解誤差知識”。相信本文內容對學生和青年教師準確理解實驗原理,提高實驗創(chuàng)新能力和數(shù)學應用能力會有較大的幫助與啟發(fā)。
【附錄】:r=
1|縱截距|=1OA的推導:
將文中⑤式與圖5對照,易知
1E=OB,-rE=斜率=
OBOA,所以r=1OA,又
OA=|縱截距|,則r=
“沒見過有車來充電?!痹诒本┪魅h(huán)航天橋充電站,一位保安這樣告訴記者。而映入記者眼中的則是空蕩和塵埃。
航天橋充電站,北京市第一個電動汽車充電站,2010年12月完成建設,至今無車問津。并且據(jù)記者了解,這不是特例,目前全國各地已建成的充電站運營情況普遍不理想,大部分處于閑置狀態(tài)。
但是即便如此,也擋不住各方資本的投資熱情。為建電動汽車充電站,南方電網10億布局,國家電網不計成本。隨后,中石油、中海油也相繼加入了戰(zhàn)斗。能夠在商業(yè)化條件尚不成熟的情況下,引起處于兩個不同行業(yè)的龍頭企業(yè)火拼,電動汽車充電站市場究竟有什么吸引力呢?
規(guī)劃中的大蛋糕
自去年成功超越美國,成為世界汽車產銷量第一大國之后,中國又提出了新的宏偉發(fā)展目標:純電動車成為汽車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向,用10年時間投入1000億元左右實現(xiàn)新能源汽車產業(yè)化和市場規(guī)模世界第一。
眾企業(yè)紛紛響應并付諸行動。一時間,在中國掀起了一場震動全球汽車業(yè)的電動車熱潮。而產業(yè)鏈醞釀的巨大商機也同時浮出水面。在眾多業(yè)內人士眼中,充電站等基礎配套設施則是最具投資價值的環(huán)節(jié)。
傳統(tǒng)汽車靠加油站支撐,電動汽車則靠充電站支撐。誰掌握了電動汽車的能源供給,誰就掌握了電動汽車的未來。甚至有專家測算后稱,充電站未來盈利堪比印鈔機,未來市場成熟時,一座中型的充電站每月能賺34.2萬元,如果投資一座充電站平均為300萬元,那么三年時間就能收回成本,而剩下的就是“坐等收錢”。
在2009年之前,能源企業(yè)還一直在為電動汽車和充電站是先有雞還是先有蛋,與汽車企業(yè)爭論不休。似乎一夜之間,他們的態(tài)度發(fā)生了翻天覆地的變化,在認識到充電站的“無限錢途”之后,開始悄悄加速充電站的建設布局。
早在2009年12月28日,南方電網公司首批電動汽車充電站在深圳建成投運,建設規(guī)模為2個充電站、134個充電樁,充電容量總計達2480千伏安。到2012年,南方電網還計劃在深圳建設89個充電站以及29500個充電樁,預計總投資額將超過10億元。
目前國家電網電動汽車充換電設施試點工程已建成并投運覆蓋26個城市的87座標準化充換電站、5179臺充電機和7031臺交流充電樁,使我國成為世界上電動汽車充電裝置最多的國家。今年它還將在環(huán)渤海和長三角兩個區(qū)域建設跨城際的智能充換電服務網絡。“成為最大的交通能源供應商”是國家電網的目標。
而在去年剛剛宣布暫不涉足電動汽車充電站的中石油,如今也開始考慮在自己加油站網絡里鋪設充電站的可能性。
充電站建設熱的背后,各地政府也是主要推動力之一,北京、上海、深圳、西安等眾多城市都有著自己的電動汽車充電站建設規(guī)劃。
雖然市場條件尚不成熟,整個充電站市場的發(fā)展前景尚屬空中樓閣,但是目前充電站建設的一大重任就是培育市場,拉近新能源汽車與消費者之間的距離。用國家電網的話說,就是為了造勢。
備受爭議的運營模式
雖然國家電網已明確公布了自己“換電為主、插充為輔、集中充電、統(tǒng)一配送”的商業(yè)模式,但是換電好,還是充電好?業(yè)內至今仍沒有定論。在京華高科總經理翟東波看來,這兩種模式也各有優(yōu)劣。
充電有快充和慢充兩種,充電時間半小時到七八個小時不等,并且頻繁快充對電池性能損害嚴重。換電模式看似可以解決充電的時間過長問題和損害電池性能問題,但是它的實施難度較大,它要求所有汽車統(tǒng)一電池規(guī)格和安裝位置、安裝方式。
“這就有個問題,電池廠商是否愿意?”翟東波稱,如果電網實施換電方案,勢必要形成高度壟斷,數(shù)百上千家電池企業(yè)很難進入他們的選購范圍,電網有可能自己上電池廠,其他電池廠根本進不來,或者只有極少數(shù)能夠進來,準入的門檻將會很高。
可見,無論是換電還是充電,任何一種模式的確定都會引起整個產業(yè)的技術標準大變革。一旦國家決定要推行“換電池”模式的電動汽車,那就意味著一部分的研發(fā)準備和商業(yè)化投入前功盡棄。這或許也可從一個側面解釋國家相關補貼遲遲未見出臺的原因。
“充電站的商業(yè)模式是天然產生的,是由市場選擇的。充電這個方案不存在可行性不可行性的問題,只是有好壞之分?!钡詵|波稱。
目前,電網公司更傾向于換電模式,而汽車廠商更傾向于充電,雙方誰也沒有說服對方,電網公司已經在集合部分企業(yè)開始換點車型的產業(yè)化推廣,而一些主流車企也紛紛開始加大充電模式的研發(fā)投入。當務之急是,組織整車、電池和基礎設施三環(huán)節(jié)的相關企業(yè),大家一塊坐下來討論,形成共識,通力合作。
投資突破口
充電站主要靠向車主售電來盈利,關鍵取決于客戶群的壯大。目前,已建成的充電站主要起示范作用,均未盈利,而未來充電站能否盈利也尚不可知,不能排除因電動汽車普及不夠導致投資失敗的可能性。
建設充電站的兩大難題在于提供大功率電壓和取得土地資源。如今,四大國企已經搶先一步。2010年,國家電網已與經營區(qū)域內全部273個地市政府簽訂電動汽車充電設施建設戰(zhàn)略合作框架協(xié)議,涉及20多個省。在技術標準方面,電網公司具有先天的優(yōu)勢,再加上與兩大油企合作,利用對方的渠道優(yōu)勢,彌補自己的短板。如果沒有雄厚的資本做后盾,后來者也較難在充電站運營上有長足發(fā)展。
不過這不是說,充電站市場,眾多投資者無用武之地,如今,越來越多的充電站項目開始招標,項目建設本身就是投資者的一個機會,包括充電、配電設備制造商和管理輔助設備制造商。
【關鍵詞】生物質;調整試驗;環(huán)保;秸桿發(fā)電
生物質能源是以生物質為載體將太陽能以化學能形式貯存的一種能量,它直接或間接地來源于植物的光合作用。生物能的蘊藏量極大,僅地球上的植物,每年生產量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍。在各種可再生能源中,生物質是貯存的太陽能,更是一種唯一可再生的碳源,可轉化成常規(guī)的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料。農作物秸稈、廢棄木料等生物質直接燃燒供熱發(fā)電的利用方式,是一條將秸稈轉化為生物質能源的工藝技術路線,它存在節(jié)能、環(huán)保、碳排放平衡等特點。
僅山東省在每年的各類農作物秸稈產量即達7700萬噸,占全國農作物秸稈總量的十分之一,相當于4100萬噸標準煤。全國薪柴和林業(yè)廢棄物資源量中,可開發(fā)量每年達到6億噸以上。目前生物質能源秸稈直接燃燒發(fā)電技術的開發(fā)和應用,已引起世界各國政府和科學家的關注,將生物質能秸稈發(fā)電技術作為21世紀發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略的重點工程。
根據(jù)國際能源機構高級可再生能源市場分析的預測,同2005年至2011年相比,全球2011年至2017年可再生能源產生的電能將增長60%以上。此外,包括美國在內的12個經濟合作和開發(fā)組織國家以及中國、印度和巴西的可再生能源發(fā)電量將占全球總量的80%左右。
根據(jù)國家“十一五”規(guī)劃綱要提出的發(fā)展目標,未來將建設生物質發(fā)電550萬千瓦裝機容量,已公布的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》也確定了到2020年生物質發(fā)電裝機3000萬千瓦的發(fā)展目標。此外,國家已經決定,將安排資金支持可再生能源的技術研發(fā)、設備制造及檢測認證等產業(yè)服務體系建設。
生物質發(fā)電的主要燃料秸稈的單位質量熱值在3500大卡左右,與單位質量燃煤的熱值相差不大,但其單位質量燃料的堆積體積比較燃煤有較大差異,是燃煤體積的5倍左右。秸稈燃料中的灰分通常較低,用布袋除塵器即可實現(xiàn)有效清潔排放,硫份也非常低,對大氣造成污染的程度較低。與燃料的特性相適應,生物能電站的建設在機組容量、廠用電系統(tǒng)、燃料存放及輸送、鍋爐燃燒系統(tǒng)等方面也有其相應的特點。
1.燃料管理
與常規(guī)煤化石類燃料不同,單位質量的生物質燃料的存放空間較大,因而需要一個較寬闊的料場來存放,同時與燃煤的自燃相比較秸稈燃料更容易點燃,這一特點對于鍋爐的穩(wěn)定燃燒非常有利,但對于燃料料場的防火安全則是一個風險,煙頭、煙火等火源即可引發(fā)火情,一旦著火燃燒形成火勢后又不易撲滅,在燃料進場以后,與燃料相關的消防、安全教育、安全巡檢等工作要予以重點落實。
秸稈燃料供應系統(tǒng)有活底料倉、皮帶棧橋輸送、爐前料倉及緩沖料倉、螺旋輸送機、水冷套輸送給料機、料包輸送軌道、料包抓取機等形式。棉花秸稈、玉米秸稈等長桿類燃料在由料場向鍋爐輸送的過程之中,易出現(xiàn)蓬料、搭橋等情況并最終導致向鍋爐的燃料供應減少或中斷。一旦出現(xiàn)1/4以上的燃料供應中斷,就將明顯影響爐爐膛燃燒、并主蒸汽溫度迅速降低。對此在一定范圍內可以采取降負荷、開對空排汽的方法,以減緩汽溫下降的速度與幅度,確保不致于到達解列停機的臨界值。而在出現(xiàn)1/2以上的燃料供應中斷時,以開對空排汽降負荷保汽溫的措施通常已經難于奏效,主汽溫度將很容易到達10分鐘內降幅超過50℃的限值,只能打閘停機以保設備安全?;ㄉ鷼?、木屑等顆粒類燃料易出現(xiàn)燃料沿給料線以流沙形式進入爐膛而供應量劇增的情況也不利于鍋爐的穩(wěn)定燃燒。
生物質能源電站當前越來越趁向于緊湊的鍋爐車間、汽機車間和寬闊的料場的搭配模式,當前有較多的生物質能源電站的料場取料采用了鏟車取料的模式,在料場場地采用土質硬化時,在取料時容易使燃料內拌入大量的土,這不僅使得后續(xù)輸料環(huán)節(jié)中對周圍產生揚塵污染,而且在進入鍋爐燃燒時容易在爐排上出現(xiàn)燒結成塊的情況,導致鍋爐燃燒惡化。對于以方磚對料場進行硬化的場地則可有效減少料中拌土的情況,但易出現(xiàn)被鏟車到料時誤取的情況,從而導致在后續(xù)輸料環(huán)節(jié)中增加卡塞料機的機率,故此,對燃料料場進行水泥硬化應是避免以上兩種情況的有效方式,只是此種方式的初期投資較大。
秸稈通常含有3%~5%的灰分。這種灰以鍋爐飛灰和灰渣/爐底灰的形式被收集,這種灰分含有豐富的營養(yǎng)成分如鉀、鎂、磷和鈣,可用作高效農業(yè)肥料,安裝一個布袋除塵器,以便收集煙氣中的飛灰,布袋除塵器的排放低于25mg/Nm3,大大低于中國燒煤發(fā)電廠的煙灰排放水平。
2.廠用電系統(tǒng)
當前我國已經投產的生物能電站均是單臺機組電站,其發(fā)電容量多數(shù)在12MW到40MW之間,機組容量的設計主要考慮周圍區(qū)域內的可取用燃料數(shù)量。在此種電站中,其廠用電系統(tǒng)均未設計獨立的啟動變壓器,而采用雙向變壓器方案,即主變壓器既作為發(fā)電機出口常規(guī)主變壓器,又作為全廠的啟動變壓器,這種設計方式投資少,系統(tǒng)相對簡單,已經成為一種比較經濟實用的模式。
在國內已經完成試運投產的多個生物電站項目上,廠用電受電是試運前期階段一切工作之中的主線。在正式電源投用之前,施工用電在滿足現(xiàn)場施工用電、辦公生活用電外,僅能滿足部分小功率電機的試轉等工作,分系統(tǒng)的試運工作受制約因素太多因而多數(shù)情況難以展開。
廠用電系統(tǒng)的受電是個綜合工作,不僅需要廠內部各項施工、試驗等工作要完成就位,同時也要受到廠外因素的制約,比如輸電線路施工、鐵塔施工、與當?shù)仉娋W的協(xié)調、與周圍居民的協(xié)調等情況等。相比較之下,廠區(qū)內部的主變壓器施工及調試、線路保護柜的調試等工作則可以比較從容,只要設備能及時就、施工隊伍、調試隊伍能及時開展工作,則廠區(qū)內部的廠用電反送電工作則處在一個相對可以控制的狀態(tài)下進行。我國內蒙古自治某生物電站在試運之初僅因為外部輸電線路用電及上網協(xié)議談判、線路施工、奧運保電等因素的影響而延期多達六個月,在此期間廠內廠用電系統(tǒng)的一切施工、試驗工作陸續(xù)完成,而在外部線路就位之后,廠用電很短時間之內即完成受電,并在十天之內完成了所有高壓電機試轉、鍋爐冷態(tài)啟動、鍋爐吹管等工作。
通常在國內各生物能電站在招商引資的大形勢下,由當?shù)卣鲗г诟黝愰_發(fā)區(qū)投資辦廠的情況較多,除了配合協(xié)調燃料的收購工作以外,在用電、用水等協(xié)調方面,當?shù)卣捌湎嚓P部門在此也有較大的作為空間。
在廠用電系統(tǒng)一時無法正式受電的情況下,以施工用電作為單體調試的臨時電源可以在一定程度開展現(xiàn)場的試運工作,比如小功率電機試轉、汽機油系統(tǒng)過濾、DCS系統(tǒng)上電復原、靜態(tài)聯(lián)鎖調試、啟動爐試運等,化學制水系統(tǒng)的用電量也相對較小一般可以利用施工用電進行系統(tǒng)調試。通常施工用電的容量較小,其保護措施、設備可靠性方面也較薄弱,有時會引發(fā)低電壓、電源缺相等情況,對此需要加強監(jiān)控,否則一旦出現(xiàn)可能會聯(lián)鎖導致電機等設備損毀等情況。
3.煙風系統(tǒng)的試運
生物質能燃料有較好的易燃性,在啟動引風機后,鍋爐點火時只要用較小的點火熱量即可實現(xiàn)有效點燃,當前多數(shù)鍋爐仍設計有油燃燒器,而實際運行中人工點火較用油燃燒器點火的可操作性更強,同時由于減少了燃油儲存、供應系統(tǒng),油系統(tǒng)運行方面的安全風險大為減少,運行費用開支也因此節(jié)省。
生物燃料在經過初級破碎后物料仍非粉末狀態(tài),在物料燃燒充分程度上受到較大制約。在鍋爐啟動初期一次風溫度較低時,易發(fā)生尾部煙道余料燃燒,對此應及早投入空器預熱器,充分提高一次風的溫度,避免爐膛燃燒中心后移,使燃料得以充分的燃燒,提高燃燒效率。同時應充分利用煙冷器的可調節(jié)性控制鍋爐排煙溫度,當前生物質能源電站的布袋除塵器工作溫度在120℃左右,過高的溫度易造成布袋及煙道各膨脹節(jié)損傷并浪費能源,過低的溫度會導致尾部煙道腐蝕并不利于布袋除塵的效果。
采用水冷式振動爐排是生物質能源電站鍋爐中最常見的形式,為保證燃燒時間充分又不致于積料結焦,爐排的振動需要有一個合適的振動頻率,通常每一到兩分鐘之內就要振動一次,每次動作時間10到15秒,針對每臺鍋爐具體數(shù)值需要根據(jù)系統(tǒng)實際工況進行調整而有所不同。在每次爐排振動時,爐膛負壓有較大的擾動,擾動值在+300Pa到+400Pa之間,在出現(xiàn)正壓擾動時若不及時調整,爐膛內的正壓煙火極易順著給料線回火至緩沖料倉而引發(fā)火情。在人工調整的情況下,鍋爐爐膛負壓控制要稍大一些(比如-300Pa),以防至在爐排排動等時出現(xiàn)負壓竄升。在具備條件時,爐膛負壓控制要及早投入自動運行,并適當增大引風機對負壓調節(jié)的微分作用,以將爐膛負壓控制在一個較安全的范圍之內。這同時對引風機的調節(jié)裝置的設備可靠性提出了較高要求,不論是葉耦調節(jié)裝置,還是引風機的進口擋板調節(jié)裝置,都需要較高的可靠性。
在生物質電站機組的試運中,把握好燃燒、燃燒等環(huán)節(jié)的差異,并結合常規(guī)火力發(fā)電機組的試運規(guī)律,通過科學合理的組織,可及時將生物能電站的靜態(tài)投資轉為生產力,發(fā)揮出其環(huán)保、低碳及可持續(xù)等優(yōu)勢。
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2、電動車在行駛過程中由于振動會導致供電線接觸不良,這時可以檢查-下保險絲和插接件,如果電動車的電源一直是亮著的,有可能是剎車把手內部的接線出現(xiàn)了問題,反復捏緊或松開剎車把手看剎車是否能恢復正常,如果能恢復正常說明是剎車感應線的問題。
3、拆開電池箱,檢查連接線是否有斷點,一般電動車的電瓶是放在電動車的底部的,如果內部的線路沒有連接好或者是因為顛簸而斷開,這種情況只要重新將接頭連接上就可以了。
4、電瓶電量不足時,電動車會被限制行駛速度,主要是為了起到保護電瓶的作用,如果充滿電也會出現(xiàn)這種情況,說明電動車的控制系統(tǒng)設置有問題。
以下品牌都不錯:羽博、愛國者aigo、品勝、羅馬仕、品能、電小二、飛毛腿等。選購時可參考以下幾點:
1、選擇比較有知名度的移動電源品牌,產品質量可能會更好,以后的售后服務更到位;
2、從安全的角度考慮,盡量購買金屬外殼的移動電源。因為金屬外殼在移動電源的產品結構中起到散熱器的作用,可以將鋰電池的熱量通過金屬外殼散發(fā),從而減少起火和爆炸風險;
3、容量大小 要根據(jù)用途進行選擇,過大攜帶不方便。并注意電源充電結束后要及時斷電,避免長時間通電造成的風險。
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