第1回講義資料 - エネルギー変換工学研究室

エネルギー変換工学
第１回 2016.9.15
エネルギー変換とエネルギー形態
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Contents
１．エネルギー保存の原理
２．エネルギーの分類
３．エネルギー変換の定義
Energy Conversion Engineering
2
1. エネルギー保存とエネルギー形態
エネルギーは様々な形態をとることができる．
しかし，その総量は一定である．
【前提】
宇宙全体のエネルギーは一定
熱
エネルギー
力学的
エネルギー
エネルギー保存の原理を満たす
10
20
10
光量子
エネルギー
10
30
10
20
10
エネルギー保存
Conservation
of
Energy
ようにエネルギー形態が決まる
Energy Conversion Engineering
電気
エネルギー
化学
エネルギー
30
原子核
エネルギー
3
2. エネルギーの分類
▲
１次エネルギー
自然界にあるそのままの形で，エネルギーとして利用できるもの．
- 化石燃料，核燃料，風力，水力，太陽光 etc.
▲
２次エネルギー
１次エネルギーを日常生活で利用しやすい形態に変換したもの．
- 電力，熱，燃料 etc.
固体：石炭，薪
気体：都市ガス，ＬＮＧ
液体：ガソリン，灯油
Energy Conversion Engineering
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3. エネルギー資源の変遷
▲
エネルギー資源の推移
【内燃機関の発達】
石油・天然ガスの時代
エネルギー源の
流体化革命
【蒸気機関の発達】
石炭の時代
薪炭の時代
縦軸：エネルギー使用量を石油換算
Energy Conversion Engineering
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4. エネルギー資源の地域性
-- 2010年統計 --
4%
6%
原子力
13%
日本
40%
17%
石油
25%
6%
世界総計
34%
24%
天然ガス
水力
5%
30%
石炭
0.7% 7%
4%
6%
21%
18%
33%
38%
14%
54%
6%
70%
17%
ロシア
Energy Conversion Engineering
中国
6
フランス
5%
BP Statistical review of world energy
5. 広義のエネルギー変換
▲
空間的変換 エネルギー輸送（Energy transfer）
- 燃料輸送 パイプライン，タンカー
- 電力輸送 送電線
▲
時間的変換 エネルギー貯蔵（Energy storage）
- 燃料貯蔵 石油タンク，LNGタンク
- 電力貯蔵 揚水発電，フライホイール，蓄電池
▲
形態的変換 エネルギー変換（Energy conversion）
Energy Conversion Engineering
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6. エネルギー変換システム
多様なエネルギー源を２次エネルギーの形態に変換し，
時間的・空間的に整合をとること．
Energy Conversion Engineering
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7. エネルギー貯蔵の例（１）
▲
陽水発電設備
電気エネルギーを水のポテンシャル
エネルギーに変換して貯蔵
蒸発，漏れ，圧力損失，送電ロス etc. ∼30%
Energy Conversion Engineering
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8. エネルギー変換の例
Energy Conversion Engineering
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9. 当面の授業の流れ
▲
エネルギー形態をテーマにした展開
- 力学的エネルギー：１粒子から連続体へ
- 熱エネルギー ：熱移動の実態
- 核エネルギー ：質量とエネルギーの等価原理
E
Q
E, Q
M
E, Q, M
M
【保存則の概念の変遷】
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授業概要
授業目的
- できるだけ統一的な立場からエネルギーについて理解する
- エネルギー変換システムについて説明できるようになる
教材・資料
- 資 料： 以下のWebサイトからダウンロード
http://www.ecl.mech.shibaura-it.ac.jp/Laboratory/material2016.html
Energy Conversion Engineering
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評価
評価方法
- 演習・小テスト ・・・・・・・・ ３０％
- 期末試験 ・・・・・・・・・・・ ７０％
自己点検
- 学習到達度の自己確認 ・・・ 自己点検フォームへの入力
Energy Conversion Engineering
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1. 力学的エネルギーの関連図
Energy Conversion Engineering
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2. 仕事・運動エネルギーの定理
path
F(t)
r(t2)
v(t)
r(t)
O
r(t1)
外界から与えられた仕事の量だけ
内界の運動エネルギーが増える．
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