Energy Conversion Efficiency with Popcorn

Energy Conversion Efficiency with Popcorn

Transcript

1. Energy Education and Energy Literacy: Lecture Session No. 2 Wednesday 8.21.19 2019 International Workshop on Energy Education Tainan, Taiwan Energy System - Electricity 能源教育與能源素養 能源系統 – 電力 能源系統效率
2. Purpose 目的 在本活動中，將探索能源效率的概念，並找出可使系統提高或降低效率的關鍵。 我們將使用爆米花來模擬能量，並透過學生相互之間傳遞爆米花的過程，來模擬能量傳 遞與轉換的程序。 計算並比較各種系統的效率。 Efficiency of an Energy System 能源系統效率
3. Materials 材料 記錄表 Tables 裝1/2-2/3 滿的爆米花 鉛筆 Pencil 計算機 Calculator 電子秤 Scale 碼表 Stop Watch 爆米花(或保麗龍粒) Popcorn (or Polystyrene beans) 紙袋 Paper Bags 空紙袋
4. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 ▼ 爆米花傳遞活動 分組→ • 第一組 = 3個組員 • 第二組 = 5個組員 • 第三組 = 7個組員
5. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 爆米花(或保麗龍粒) 能源 Procedure 步驟 Step 1. 遊戲開始前先將每一袋爆米花(能源)秤重，記錄原始質量
6. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 Procedure 步驟 Step 2. 模擬3種能源系統程序(每一組同時間進行)，盡量快速的將爆米花轉移至另一 個紙袋(時間約1~2分鐘) → 第一組 – 簡單程序 → 第二組 – 多重步驟程序 → 第三組 – 複雜程序 能源 來源 使用者 能源 來源 使用者 能源 來源 使用者
7. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 Procedure 步驟 Step 3. 模擬程序結束後，測量仍留在紙袋中爆米花的重量(成功傳遞至使用者手中的 能量)，並記錄每一種程序中爆米花(能量)的流失(例如掉落在地上) Step 4. 計算每種程序的效率，並記錄於表格中 效率 (%) = 100% x 第二個紙袋 使用者 中爆米花質量 來源紙袋 能源來源 中爆米花的質量 %
8. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 Table 記錄表
9. Efficiency of an Energy System 能源系統效率 Discussion 討論 1. 有哪個系統有100%的效率？如果有，是什麼造成的？ 2. 哪一個系統效率最低?為什麼? 3. 什麼因素造成最多的損失？請說明。 4. ”損失”的”能量”(由爆米花代表)到哪裡去了? ?
10. Where does the Electricity Come From? Source: https://www.moeaboe.gov.tw/ECW/english/content/ContentLink.aspx?menu_id=1540 電力從哪裡來?
11. Where is the system boundary? What is the “Energy System” ?? 1000 lbs coal ~ 12,720,000 BTU 4,452,000 BTU 5,261,000 BTU 11,194,000 BTU 5,933,000 BTU 系統的邊界在哪裡 ? 這裡的 “能源系統” 是什麼 ? 圖1.5 燃燒發電系統的基本形式 (根據Dorf 的想法繪製)
12. “True” Efficiency … “Life Cycle Efficiency” Electricity Hot Water ‘true efficiency’ of this energy system? Expands the System Boundary to include the primary resource. Efficiency ~ 35% Efficiency ~ 90% coal “真正的”效率… “生命週期”效率 擴展系統的邊界以涵蓋初級資源 煤炭 效率 ~ 35% 效率 ~ 90% 電力 發電廠 家電 熱水 這個能源系統的真正效率是多少? 效率 (%) = 100% x 水中增加的能量 初級資源中的位能
13. Why do we CARE? Extraction, Processing, Transportation Natural Gas Coal 91 MJ Extraction, Transport, Thermal power generation 35 MJ Use 100 MJ efficiency ~35% 100 MJ Use efficiency ~91% 為什麼我們要在乎? 我們知道把能量從原始形式轉換為電器可用的形式，其過程的轉換效率是： 煤炭 天然氣 萃取, 運輸, 產生熱能 萃取, 處理, 運輸 100百萬焦耳(MJ) 100百萬焦耳(MJ) 可使用35百萬焦耳(MJ) 效率~35% 可使用91百萬焦耳(MJ) 效率~91%
14. Electric Hot Pot: Efficiency = (0.35) x (0.90) = 0.315 → 31.5% Natural Gas Flame: Efficiency = (0.91) x (0.60) = 0.546 → 54.6% Which is the more energy efficient choice? “True” Efficiency … “Life Cycle Efficiency” 哪個才是能源轉換效率較佳的選項呢？ 電熱水壺 天然氣瓦斯爐 “真正的”效率… “生命週期”效率
15. Energy Conservation Methods https://www.taipower.com.tw/en/page.aspx?mid=386 節約能源的方法 冷氣機 : • 購買具有高能源效率的冷氣機。 • 將門窗關緊。 • 每升高1°C，就可以節省6%的電力。 • 將溫度調節在26~28°C之間。 • 定時清潔熱交換器或冷凝器。 • 設置遮陽板或隔熱材料使室內溫度降低。
16. https://www.taipower.com.tw/en/page.aspx?mid=386 https://www.lg.com/us/images/refrigerators/md05130240/gallery/medium01.jpg Energy Conservation Methods 節約能源的方法 冰箱 : • 冰箱距離牆壁至少10公分。 • 冰箱應該遠離烤爐、瓦斯爐及暖氣機。 • 冰箱內保持20%的空間讓裡面的空氣可以流動。 • 減少開冰箱門的次數；每次開門，壓縮機就必須運作10分鐘 才能維持低溫。
17. https://www.taipower.com.tw/en/page.aspx?mid=386 Energy Conservation Methods 節約能源的方法 照明 : • 使用天然的陽光。 • 安裝高效率並帶有高頻電子安定器的LED省電燈泡。 • 將天花板和牆壁漆成淺色，可以反射天然的陽光。