Мощность и электроэнергия в чем разница

кВт, кВт*ч и кВт/ч

С точки зрения банальной энергетики энергия — это материя, которая производится электростанцией, хранится в аккумуляторе и тратится лампочками.

Мощность

Мощность — скорость перемещения или преобразования энергии. Это количество энергии, перемещаемое или преобразуемое в единицу времени.

кВт
Единица мощности.

кВт*ч
Единица энергии — не системная, но основная в быту. Как видно из записи, получается умножением единицы мощности (кВт) на единицу времени (ч).

Пример 1.
У вас есть 2 обогревателя, мощностью 1 кВт каждый. Вы греетесь об них 1 час. Электричество по 4 рубля за кВт*ч.

2 * 1 кВт * 1 ч * 4 руб/[кВт*ч] = 2 [кВт*ч] * 4 руб/[кВт*ч] = 8 руб

Пример 2.
У вас есть 1 обогреватель мощностью 1 кВт. Вы греетесь об него 2 часа. Электричество по 4 рубля за кВт*ч.

1 * 1 кВт * 2 ч * 4 руб/[кВт*ч] = 2 [кВт*ч] * 4 руб/[кВт*ч] = 8 руб

Обратите внимание на арифметику единиц измерения. Именно в ней кроется физический смысл вычислений.

кВт * ч = [кВт*ч]
[кВт*ч] / [кВт*ч] = 1
[кВт*ч] * руб / [кВт*ч] = руб * 1 = руб

[кВт*ч] + [кВт*ч] = [кВт*ч]

кВт/ч
кВт в час — единица скорости строительства электростанций. Основная характеристика электростанции — её установленная мощность (кВт). Суммарное количество электростанций построенное за некоторое время делённое на это время (ч) — скорость строительства (кВт/ч). На практике используется кратная ей — МВт/год.

Если Ваш текст не посвящён макроэкономическим показателям, то кВт/ч (как и кВт в час) в нём встречаться не должен.

Капитализация

Ещё раз посмотрим на единицу энергии: кВт*ч.

к — десятичная приставка «кило» (маленькая «к»). Десятичные приставки чувствительны к регистру и нажатие на SHIFT в неподходящий момент может привести к ошибке в миллиард раз и больше. К счастью, на данный момент не существует десятичной приставки «К» (если не считать двоичную K=1024).
Вт — сокращение от фамилии Ватт. Пишется с большой буквы, как и все имена.
ч — обычная единица. Пишется с маленькой буквы.

Тема, конечно, выглядит по-детски на фоне «Мифов современной популярной физики», но нужно иногда разбираться и с основами.

Электрическая энергия и мощность как особые объекты гражданского оборота: вопросы теории и практики Текст научной статьи по специальности «Право»

Текст научной работы на тему «Электрическая энергия и мощность как особые объекты гражданского оборота: вопросы теории и практики»

Электрическая энергия и мощность как особые объекты гражданского оборота: вопросы теории и практики

Изменение экономических отношений в рамках Единой энергетической системы страны с неизбежностью влечет и необходимость в разработке новых, адекватных социально-экономическим отношениям, юридических конструкций и моделей. В последние годы принят ряд нормативных правовых актов, которые упорядочивают отношения на оптовом рынке электрической энергии (мощности). Однако многие из них имеют недостатки как юридико-технического, так и концептуального характера. Для правильной квалификации отношений, складывающихся по поводу обращения электрической энергии и мощности на оптовом рынке страны, прежде всего необходимо раскрыть гражданско-правовые понятия электрической энергии и мощности, а также определить их место в системе объектов гражданских прав.

Что касается электрической энергии, то в общепринятом понимании электрическую энергию отождествляют с электрическим током, под которым в физике признается процесс, представляющий собой движение материи (заряженных частиц: электронов, ионов и др.). С точки зрения принадлежности электрической энергии к тому или иному виду объектов гражданских прав ее определяют по-разному, но все существующие подходы можно в целом свести к четырем основным теориям: вещной, обязательственной, смешанной и автономной.

Матиящук Светлана Владимировна —

доцент кафедры гражданского права СибУПК, кандидат юридических наук.

Сторонники вещной теории рассматривают электроэнергию как вещь (товар), обладающую квалифицирующими признаками, что соответствует формулировкам ст. 3 Федерального закона от 26 марта 2003 г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» и перечню постановления Правительства Российской Федерации от 13 августа 1997 г. № 1013 «Об утверждении перечня товаров, подлежащих обязательной сертифика-ции»1.

В обязательственной теории делается акцент на том, что электрическая энергия не является имуществом и под электрической энергией подразумевается определенные действия (деятельность), которые по своей гражданско-правовой природе относятся к числу услуг либо работ2 . В обоснование данной позиции исследователи справедливо ссылаются на такие свойства электрической энергии, как неосязаемость; неотделимость от источника и средств передачи (генератора и электросетей); синхронность и неразрывность процесса производства, передачи и потребления; несохраняемость. При этом нельзя не учитывать и другое, а именно то, что физические свойства того или иного объекта гражданских прав не имеют для гражданского права значения, поскольку смысл категории объектов гражданских прав заклю-

1 СЗ РФ. 1997. № 33. Ст. 3899.

2 См., например: Агарков М. М. Подряд: (Текст и комментарии к ст. 220—235 ГК РФ). М., 1924. С. 13; Нестолий В. Г. Договор энергоснабжения — самостоятельный институт российского гражданского права // Сиб. юрид. вестн. 2003. № 3. С. 43.

чается в установлении для них определенного правового режима, т. е. возможности совершения с ними определенных сделок3.

Сущность смешанной теории заключается в признании за электрической энергией статуса «смешанного объекта», содержащего элементы как объекта вещных прав, так и элементы объекта обязательственных прав. Авторы данной теории предлагают определять электроэнергию как вещь, лишенную материального субстрата, и относят ее к категории «бестелесного имущества»4.

Сторонники автономной теории рассматривают энергию как явление, имеющее самостоятельную правовую природу. Они делают выводы о том, что электроэнергия является особым объектом гражданских прав5, а также особым видом имущества6.

Подход к определению электрической энергии как вещи (товара) сформировался сравнительно недавно под влиянием практики торгового оборота, прежде всего в свете проводимых реформ, направленных

3 Гражданское право: учеб.: В 2 т. / Отв. ред. Е. А. Суханов. 2-е изд., перераб. и доп. М., 2000. Т. 1. С. 294—295.

4 См., например: Жанэ А. Субъективный состав договора энергоснабжения // ЭЖ-Юрист. 2003. № 2. С. 7; Мурзин Д. В. Ценные бумаги — бестелесные вещи: Правовые проблемы современной теории ценных бумаг. М., 1998. С. 67—68.

5 См., например: Витрянский В. В. Договор энергоснабжения и структура договорных связей по реализации и приобретению электроэнергии // Хоз-во и право. 2005. № 3. С. 36, 43; Свирков С. А. Структура договорных связей по снабжению электрической энергией: Автореф. дис. . канд. юрид. наук. М., 2006. С. 15.

6 См., например: Лапач В. А. Система объектов гражданских прав. СПб., 2002. С. 311—

312; Осипчук Е. Л. Договор энергоснабжения в системе договорных отношений на рынке

электрической энергии России: Автореф. дис. . канд. юрид. наук. М., 2004. С. 18.

на «искусственное», т. е. отличное от технологии процесса, разделение субъектов электроэнергетики по видам деятельности (генерацию, передачу, распределение и сбыт энергии). Очевидно, что электрическая энергия представляет собой ценность, которая способна выступать в качестве предмета возмездных сделок. При этом возникают сомнения в юридической природе этого феномена, не вписывающегося в число объектов прав, известных гражданскому праву. Объясняется это прежде всего характером тех отношений, в рамках которых электрическая энергия возникает. Так, правовая охрана этого объекта гражданского права не может осуществляться с помощью тех же способов, что и охрана вещей. Кроме того, в науке гражданского права остается дискуссионным вопрос об отнесении электрической энергии к объектам права собственности. Интересно отметить, что это дискуссия возникла уже в начале прошлого столетия. Так, в Швейцарском гражданском уложении 1907 г. электроэнергия признавалась объектом права собственности, а на этот специфический объект распространялся правовой режим, устанавливаемый для движимого имущества. В отличие от такого подхода зарубежного законодателя, И. М. Тютрюмов считал, что объектом права собственности могут признаваться лишь материальные предметы — вещи. Невещественные блага, например электрическая энергия, не могут относиться к объектам права собственности, поскольку владение, являющееся одним из существенных правомочий права собственности, едва ли возможно по отношению к электро-энергии7.

Объяснить сущность отношений, складывающихся по поводу обращения электрической энергии, можно лишь обратившись к рассмотре-

7 Тютрюмов И. М. Гражданское право. Юрьев, 1922. С. 132.

нию не только права собственности, под которым согласно классическому подходу понимается наиболее полное господство лица над вещью8 , но и к экономической природе этих отношений. Как известно, гражданское право создает правовую базу экономических отношений, в том числе и в сфере электроэнергетики. И как следствие, именно экономический признак должен быть положен в основу отнесения электрической энергии к той или иной группе объектов гражданских прав. Объектом отношений по снабжению электрической энергией выступает самостоятельное экономическое благо, и есть основания для признания этого материального блага особым видом имущества. Реформирование энергетического комплекса России диктует необходимость отнесения электрической энергии к категории достаточно близкой по сути к вещам. Между тем электрическая энергия обладает особыми технологическими свойствами, отличающими ее от других объектов гражданских прав. Поскольку электрическая энергия технологически неразрывно связана с иными объектами (генераторами, трансформаторами, воздушными и кабельными линиями электропередачи, которые вместе с электрическими подстанциями образуют электросети), выполняющими опосредующие функции, то для нее необходим особый правовой режим, который с учетом требований экономических преобразований должен определяться по модели вещных прав. Следовательно, для электроэнергии должен устанавливаться правовой режим вещных прав с учетом особенностей, обусловленных спецификой технологии процесса ее производства и передачи. Таким образом, появление сегодня на оптово-розничных рынках электроэнергии и точек ее поставки свидетельству-

8 Кулагин М. И. Избранные труды по акционерному и торговому праву. М., 2004. С. 253.

ет о необходимости четкой регламентации перехода такой ценности, как электрическая энергия, из имущественной сферы одного лица в имущественную сферу другого.

Как известно, оптовым рынком электрической энергии (мощности) России признается сфера обращения электрической энергии (мощности) в рамках Единой энергетической системы страны, которая представляет собой совокупность производственных объектов, связанных единым процессом производства и передачи электроэнергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления. При этом из самого названия данного рынка видно, что сферой его обращения признается не только электрическая энергия как таковая, но и сопряженная с ней физическая величина — мощность. Интересно обратить внимание на то, что мощность является товаром только оптового рынка электроэнергии России. Это прежде всего объясняется тем, что обращение электроэнергии на этом рынке имеет ряд технологических особенностей, которые несвойственны функционированию производственных объектов электроэнергетики вне рамок данной системы (т. е. на розничных рынках электроэнергии). Одной из главных особенностей Единой энергетической системы являются перетоки электроэнергии из одной энергосистемы в другую. И как следствие, только на оптовом рынке возникает вопрос о правовой природе отношений, вызываемых обращением особого товара — мощности.

Согласно п. 36 Правил оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода, утвержденными постановлением Правительства РФ от 24 октября 2003 г. № 643 (в ред. от 31 июня 2006 г.)9, под генерирующей мощностью понимается особый товар, покупка которо-

9 СЗ РФ. 2003. № 44. Ст. 4312; СЗ РФ. 2006. № 36. Ст. 3835.

го предоставляет участнику оптового рынка право требования обеспечения готовности генерирующего оборудования к выработке электроэнергии установленного качества в количестве, необходимом для удовлетворения потребности в электрической энергии данного участника. Выяснения точного содержания данного термина очень важно для правильной квалификации отношений, связанных с обращение особого товара — мощности. Федеральный закон «Об электроэнергетике» выделяет такие понятия, как «установленная генерирующая мощность», «максимально доступная мощность» и «рабочая генерирующая мощность». Для анализа этих понятий прежде всего необходимо обратиться к рассмотрению технологических особенностей построения и функционирования оптового рынка электроэнергии (мощности) России.

К основным причинам формирования Единой энергетической системы страны, созданной еще в середине XX в., можно отнести следующие:

Во-первых, производство электрической энергии в отдельных регионах нашей страны обходилось чрезмерно дорого, поэтому экономически более целесообразным было не развивать местную генерацию, а использовать мощности соседних регионов. И как следствие, при проектировании и строительстве объектов Единой энергетической системы в основу принимаемых решений закладывались инженерные расчеты, которые исходили из минимизации затрат на производство и передачу электроэнергии в целом по стране.

Во-вторых, наша страна размещена в нескольких часовых поясах, поэтому одни и те же электростанции могут последовательно обслуживать различные регионы в нескольких часовых поясах по мере смены в них дня и ночи. Такая организация отрасли позволяла покры-

вать пиковые потребности в потреблении электрической энергии в одном регионе за счет высвободившихся мощностей в другом. Кроме того, такая организация отрасли позволяла также обеспечить высокую надежность электроснабжения всех потребителей благодаря возможности параллельной работы электростанций. Например, выход из строя какой-либо станции не приводил к перерыву снабжения потребителей электроэнергией, поскольку Единая энергетическая система позволяла использовать мощности соседних областей. Более того, такая «взаимопомощь» электростанций создавала предпосылки для взаимной компенсации непредвиденных отклонений потребляемой энергии отдельных регионов, а также создавала необходимые условия для проведения в системе ремонтных работ без ущерба для потребителей.

В целях обеспечения необходимого уровня надежности Единой энергосистемы страны необходимо забронировать такой резерв «стратегической» мощности, который превышал бы объем пиковых нагрузок потребителей энергетической системы (по оценкам, это величина должна быть не менее 20%10). Например, в случае аварии на какой-либо электростанции использование резерва генерирующих мощностей соседних регионов позволит обеспечить бесперебойное снабжения потребителей энергией. Очевидно, что чем выше показатели объема резерва мощности, тем лучше обеспечивается надежное и бесперебойное снабжение потребителей электроэнергией. Таким образом, резерв генерирующих мощностей оказывает решающее влияние на надежность и бесперебойность работы Единой энергетической системы страны, и поэтому с учетом технологических особенностей функционирования этой системы его необходимо рассматривать, с

10 Тукенов А. А. Рынок электроэнергии: от монополии к конкуренции. М., 2005. С. 38.

одной стороны, как фактор препятствующий формированию конкурентных отношений, но с другой — в качестве фактора, обеспечивающего бесперебойное и надежное электроснабжение.

Кроме того, практически ни одна из тепловых и атомных электростанций Единой энергетической системы России не осуществляет полноценного регулирования частоты как одного из основных показателей качества электрической энергии. Особенностью объединенных энергосистем является наличие транзитных линий электропередачи, которые, как правило, имеют ограниченную пропускную способность по сравнению с установленной мощностью энергосистем. Поскольку даже небольшие изменения частоты в энергосистемах могут вызвать существенное отклонение показателей качества и надежности электроснабжения, постольку, кроме регулирования частоты, необходимо регулировать и передачу электрической энергии от одной энергосистемы к другой. Эти функции в пределах Единой энергетической системы страны выполняют отдельные электростанции, при этом их постоянное участие в регулировании данных процессов сопряжено с дополнительными расходами на обеспечение диапазонов автоматического регулирования технологической автоматики котлов, реакторов и гидроагрегатов. Для таких электростанций — поставщиков мощности на оптовый рынок — предусмотрено возмещение условно постоянных затрат, связанных с участием в регулировании частоты электрического тока и обеспечении готовности генерирующего оборудования к производству электроэнергии в сфере Единой энергетической системы страны.

Как отмечают специалисты, основная задача рынка мощности заключается в обеспечении наличия в рамках Единой энергетической системы России такого количества

действующих генерирующих мощностей, которое достаточно для покрытия спроса на электрическую энергию в системе в любое время с соответствующими параметрами надежности и качества (включая резервы генерирующих мощностей). Очевидно, что мощность по своему экономическому значению несомненно является товаром, т. е. объектом менового оборота.

В правоприменительной практике нередко возникает вопрос: относится ли мощность к количественной или качественной характеристики ее сопряженной величины — электроэнергии? Для ответа на поставленный вопрос необходимо обратиться к технологическим особенностям функционирования оптового рынка России. С одной стороны, если мощность, как было показано выше, предназначена для создания так называемого «стратегического резерва», то она выступает количественной характеристикой. С другой стороны, если некоторые электростанции (так называемые поставщики мощности на оптовом рынке) участвуют в регулировании частоты электрического тока, то в данном случае мощность можно рассматривать как качественную характеристику.

Отношение законодателя к электрической энергии и мощности как особым объектам гражданских прав проявляется чисто формально: законодатель, называя электроэнергию и мощность товарами, нигде прямо не обозначает их в качестве вещей. Так, Федеральный закон «Об электроэнергетике» признал электроэнергию и мощность объектами договоров купли-продажи и поставки. В то же время правила ГК РФ о купле-продаже и поставке не предназначены для регулирования отношений11 , складывающихся в рамках Единой энергетической системы страны.

По своим физическим свойствам электрическая энергия и мощность настолько специфичны, что отнесе-

11 Витрянский В. В. Указ. соч. С. 43.

ние их к той или иной группе объектов может быть осуществлено только исходя из их характеристик как особых видов имущества, без признания их объектами права собственности. Следовательно, электроэнергия и мощность являются движимым имуществом не в силу признания объектами права собственности, а по решению законодателя распространить на эти специфические объекты особенности правового режима, устанавливаемого для движимых вещей. Вместе с тем

электроснабжение через присоединенную сеть настолько специфично, что нуждается в особом правовом регулировании. Поэтому предпочтительным представляется использовать договор энергоснабжения в качестве «модельной конструкции» для регулирования отношений, связанных с производством и передачей электроэнергии в рамках Единой энергетической системы страны с учетом технологических особенностей функционирования данного рынка.

Разные мощности в электроэнергетике

В электроэнергетике под понятием «мощность», в зависимости от того какая она, понимается много разных величин.

Давайте попробуем их систематизировать и разобраться чем они отличаются друг от друга.

Максимальная мощность — наибольшая величина мощности, определенная к одномоментному использованию энергопринимающими устройствами (объектами электросетевого хозяйства) в соответствии с документами о технологическом присоединении и обусловленная составом энергопринимающего оборудования (объектов электросетевого хозяйства) и технологическим процессом потребителя, в пределах которой сетевая организация принимает на себя обязательства обеспечить передачу электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах .

Если потребитель включил все свои энергопринимающие устройства, то за час его потребление не должно превышать величины максимальной мощности, установленной в Акте об осуществлении технологического присоединения (Акте разграничения балансовой принадлежности). В пределах максимальной мощности и не изменяя схему внешнего электроснабжения потребитель может осуществлять свое потребление не согласовывая его с сетевой организацией или гарантирующим поставщиком (энергосбытовой организацией).

За превышение максимальной мощности законодательством предусмотрены серьезные санкции.

Порядок определения превышения максимальной мощности (превышение за месяц, за час или мгновенное превышение) в настоящее время законодательно не урегулирован.

Увеличить объем максимальной мощности или изменить схему внешнего электроснабжение можно с помощью процедуры технологического присоединения.

Разрешенная мощность — в настоящее время такой термин в законодательстве отсутствует. Часто его используют как синоним максимальной мощности.

Присоединенная мощность — совокупная величина номинальной мощности присоединенных к электрической сети (в том числе опосредованно) трансформаторов и энергопринимающих устройств потребителя электрической энергии, исчисляемая в мегавольт-амперах.

Это определение утратило силу при утверждении Правил розничных рынков электроэнергии (Постановления Правительства от 04.05.2012 г. №442). Однако на оптовом рынке до сих пор присоединенная мощность используется. Например, при определении необходимости оборудования точек поставки «транзитных потребителей» системой коммерческого учета, соответствующей требованиям оптового рынка электроэнергии. Для совокупности точек поставки, величина присоединенной мощности которых меньше 2,5% от присоединенной мощности предприятия достаточно создание технического учета.

Хоть определение присоединенной мощности на данный момент и отсутствует, под ней понимается трансформаторная мощность потребителя, то есть мощность вводных трансформаторов, определяемая в мегавольт-амперах.

Сетевая мощность — в законодательстве нет понятия сетевой мощности. Вместо этого короткого определения используется следующее: объем услуг по передаче электрической энергии, оплачиваемых потребителем электрической энергии (мощности) за расчетный период по ставке, отражающей удельную величину расходов на содержание электрических сетей, двухставочной цены (тарифа) на услуги по передаче электрической энергии. Так что для краткости, всё-таки предлагаю использовать более кратное определение.

Сетевая мощность — это объем мощности оплачиваемой потребителями, применяющими в расчетах за услуги по передаче электрической энергии двухставочный тариф. Объем сетевой мощности умножается на ставку на содержание объектов электросетевого хозяйства.

Объем сетевой мощности — равен среднему арифметическому значению из максимальных значений в каждые рабочие сутки расчетного периода из суммарных по всем точкам поставки на соответствующем уровне напряжения, относящимся к энергопринимающему устройству (совокупности энергопринимающих устройств) потребителя электрической энергии (мощности) почасовых объемов потребления электрической энергии в установленные системным оператором плановые часы пиковой нагрузки.

Как правило, прочитав определение выше, никто не понимает как всё-таки определяется объем сетевой мощности. Поэтому на energo.blog есть статья «Расчет объема сетевой мощности» где приведен пошаговый алгоритм.

Покупная мощность (потребленная, оптовая). На оптовом рынке электрической энергии и мощности торгуются два товара — электрическая энергия и мощность. Если при оплате сетевой мощности потребитель компенсирует сетевой организации затраты на содержание объектов электросетевого хозяйства, то оплачивая покупную мощность, потребитель платит производителям электроэнергии на оптовом рынке за генерирующее оборудование, на котором возможно производить электрическую энергию.

То есть еще раз и грубо:

Сетевая мощность — плата за столбы, ЛЭП и трансформаторы
Покупная мощность — плата за турбины и энергоблоки.

Объем покупной мощности — равен среднему за месяц из значений потребления предприятия в часы пиковой нагрузки, в которые наблюдалось максимальное совокупное потребление по субъекту Российской Федерации, в котором находится предприятие.

Принципиальное отличие в расчете покупной и сетевой мощности состоит в том, что для сетевой мощности определяется максимальное потребление в часы пиковой нагрузки самого предприятия, а для покупной мощности берется час максимальной нагрузки региона и потребление именно в этот час принимается для расчета.

Мощности в энергетике

Таким образом, в данный день величина электроэнергии для расчета покупной мощности может быть равной сетевой (если собственный пик совпадает с пиков региона), либо величина электроэнергии для расчета покупной мощности будет меньшей, чем величина электроэнергии для расчета сетевой мощности (если пики не совпадают). Таким образом, объем оплачиваемой покупной мощности для предприятия будет всегда меньше, чем объем сетевой мощности.

Резервируемая максимальная мощность (резервируемая мощность) — рассчитывается как разность между максимальной мощностью и сетевой мощностью. Определяется для потребителей с максимальной мощностью не менее 670 кВт. В настоящее время доводится до потребителей в информационных целях в счетах на оплату электроэнергии. ПАО «Россети» активно продвигают законопроект, согласно которому потребители вынуждены будут оплачивать резервируемую максимальную мощность, если она составляет более 40%, а затем вообще планируется переход на оплату услуг по передаче исходя из максимальной мощности. На дату написания статьи законопроект не принят.

Заявленная мощность — величина мощности, планируемой к использованию в предстоящем расчетном периоде регулирования, применяемая в целях установления тарифов на услуги по передаче электрической энергии и исчисляемая в мегаваттах.

То есть заявленная мощность используется только для расчетов между сетевыми организациями по индивидуальным тарифам на услуги по передаче электрической энергии. У потребителей электрической энергии применение заявленной мощности не законно.

Установленная мощность — электрическая мощность объектов по производству электрической и тепловой энергии на момент введения в эксплуатацию соответствующего генерирующего объекта.

Располагаемая мощность — максимальная технически возможная мощность электростанции с учетом ограничений и допустимого превышения над установленной мощностью отдельных агрегатов.

Потребители оплачивают генераторам объемы располагаемой мощности. Но не стоит сравнивать объемы располагаемой и покупной мощности — они не соответствуют из-за того, что в энергосистеме должен поддерживаться резерв генерирующих мощностей. Генераторы должны удовлетворить не только спрос на фактическую мощность, но и обеспечить надежное электроснабжение в том числе при незапланированном увеличении спроса, а также при аварийных ситуациях в энергосистеме. Из-за этого располагаемая мощность больше покупной на коэффициент резервирования мощности, который как правило составляет 1,5-2.

Мощность против энергии: принципиальные различия схожих понятий

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Алексей Телегин, ведущий блога по источникам питания Keysight Technologies

Мы продолжаем знакомить читателей с материалами, посвященными базовым понятиям и подходам в использовании источников питания (ИП), современным решениям в данной области и уникальным функциям, помогающим решить самые сложные задачи, возникающие при тестировании. В этом номере менеджер по развитию бизнеса и ведущий раздела по системам электропитания объединенного блога Keysight Technologies в России Алексей Телегин обсуждает такие фундаментальные понятия, как мощность и энергия. Энергия становится все более ценным товаром, ведь человечество гораздо быстрее находит способы ее потребления, чем способы воспроизводства. Даже если бы мы были способны добывать или преобразовывать энергию в неограниченных количествах, процессы ее производства и потребления все равно оказывали бы огромное влияние на жизнь всей планеты. Для решения проблемы растущих потребностей необходимы более разумные и эффективные способы использования энергии. Нельзя не отметить, что в ряде отраслей происходит постоянное развитие технологий для решения данной задачи, и компания Keysight Technologies является активным участником этого, безусловно, положительного процесса. Несмотря на то, что мощность и энергия — фундаментальные понятия, и большинство профессионалов прекрасно понимают различие между ними, я иногда встречаю сотрудников, ошибочно использующих одно из этих слов вместо другого. Действительно, эти понятия тесно связаны, но все же являются принципиально разными по смыслу. Итак, начнем с энергии. Вероятно, лучше всего рассматривать ее с точки зрения классической механики движения заряженных частиц. Уравнение кинетической энергии выглядит следующим образом: Ek = &frac12 × m × v 2 , где Ek — энергия частицы, m — масса, а v — скорость. До тех пор, пока эта движущаяся частица не испытывает воздействия, ее энергия остается неизменной. Но что произойдет с частицей под действием внешней силы? Этот вопрос приводит нас к понятию работы. Механическая работа — это мера силы, зависящая от численной величины, направления силы и от перемещения точки. Если эта сила действует в том же направлении, что и перемещение, работа определяется как положительная. Частица получает энергию. Если сила действует в направлении, противоположном перемещению, тогда работа является отрицательной. Энергия частицы уменьшается. Работа выражается следующим образом: W = Ek2–Ek1, где Ek1 — энергия частицы до воздействия на нее силы, а Ek2 — энергия частицы после воздействия. Работа — это количественная мера изменения энергии этой частицы. Мы подошли к вопросу определения потенциальной энергии. В механике потенциальную энергию можно описать как нечто, что я буду называть возобновляемой силой, приложенной в направлении, противоположном перемещению. В самом типичном случае это будет масса объекта, поднятого на некоторую высоту, на который действует сила тяжести. Это также может быть сила, использованная для растягивания пружины на некоторое расстояние. В случае силы тяжести потенциальную энергию описывает следующая формула: Ep = m × g × y, где Ep — потенциальная энергия частицы, m — масса, g — сила тяжести, а y — высота частицы над заданной точкой отсчета. Обратите внимание, что вес — это произведение массы на силу тяжести. Работа, складываемая или вычитаемая (соответственно), — это подъем или опускание частицы на вертикальное расстояние под действием силы тяжести. Для электричества понятия работы и энергии точно такие же, как и в контексте механики. Известно, что энергию нельзя создать или уничтожить, ее можно только преобразовать из одной формы в другую. Энергию света можно преобразовать в электрическую при помощи фотоэлемента. Электрическую энергию можно преобразовать в механическую при помощи электродвигателя и т. д. Эти процессы не являются эффективными на все 100%, потому что значительная доля исходной энергии преобразуется также в тепловую. Общепринятой мерой энергии являются джоули, которые равны одной ватт-секунде. Чаще всего мы сталкиваемся с этим понятием, когда оплачиваем счета за электроэнергию: сумма в них рассчитывается на основании количества киловатт-часов электроэнергии, которая израсходована с момента выставления предыдущего счета. Как и в механике, энергию в электрических системах можно сохранять — в частности, в реактивных компонентах (катушках индуктивности и конденсаторах). Энергия в катушке вычисляется по формуле: E = &frac12× L × I 2 , где E — энергия в джоулях, L — индуктивность в генри, а I — сила тока в амперах. Катушка индуктивности хранит свою энергию в магнитном поле. Соответственно, энергия конденсатора определяется по формуле: E = &frac12× C × V 2 , где E — энергия в джоулях, C — емкость в фарадах, а V — электрический потенциал в вольтах. Конденсатор хранит свою энергию в электрическом поле. Надеюсь, что теперь вы имеете более четкое представление о том, что представляет собой энергия (и работа). Далее необходимо связать эти понятия с мощностью. Мы знаем, как можно увеличить энергию или, наоборот, уменьшить ее в системе под воздействием совершаемой работы, и установили, что совершенная работа приводит к изменению количества энергии. Но необходимо также знать, в течение какого периода выполнялась работа. Ведь она могла совершаться в течение минуты, дня или года. Мощность является мерой скорости, с которой выполняется работа, и энергии, добавляемой в систему или удаляемой из системы. Средняя мощность = совершаемая работа/интервал времени. Когда мы слышим слово «мощность», чаще всего нам в голову приходит мощность в лошадиных силах, которой обладает какой-нибудь автомобиль (по крайней мере, это утверждение справедливо для большинства автолюбителей). Несмотря на то, что чаще всего это понятие используется в отношении механических систем, лошадиная сила все же остается мерой мощности, точно так же, как и электрическая мощность, которую мы потребляем из розеток у себя дома. Когда-то, еще во времена тепловых двигателей, Джеймс Ватт придумал термин «лошадиная сила» в качестве средства для сравнения своих паровых двигателей с интенсивностью работы, которую может производить лошадь. Механическая работа — это мера силы (фунты), затраченной на перемещение на расстояние (футы). В результате расчета было принято, что лошадь может переместить 550 футо-фунтов за одну секунду, или производить 550 футо-фунтов мощности в секунду. Электрическая мощность также является мерой работы, выполняемой за единицу времени. Однако в этом случае она перемещает заряд в 1 Кл (кулон) при потенциале в 1 В (вольт) за 1 с (секунду). Обратите внимание, что 1 А (ампер) равен 1 Кл/с. Одна единица электрической мощности равна одному ватту. Подведем итог: P (ватты) = Q (кулоны) × V (вольты) / t (секунды) = I (амперы) × V (вольты). Мы говорили о том, что энергия измеряется в ватт-секундах и киловатт-часах. Разделите количество энергии на интервал времени, за который она была использована, и вы получите мощность в ваттах и киловаттах! Какова взаимосвязь между механической и электрической мощностью? Когда появились первые электродвигатели, необходимо было соотнести работу, которую они могли выполнить, с работой тепловых двигателей, которая измерялась в лошадиных силах, где одна лошадиная сила равна 550 футо-фунтов/с. Было определено, что электромотору с КПД, равным 100%, требуется 746 Вт электрической мощности, чтобы произвести одну лошадиную силу механической мощности. Обратите внимание, что оценка работы в лошадиных силах основана на британских единицах измерения физических величин. Мера лошадиной силы на основании метрической системы немного отличается и составляет около 735 Вт. Итак, теперь вы умеете рассчитывать количество потребляемой мощности электрическими приборами и в лошадиных силах, и в ваттах. В то же время, вы также можете рассчитать мощность двигателя своего автомобиля в ваттах (или киловаттах) вместо лошадиных сил: в наши дни это довольно полезный навык, поскольку мощность в ваттах признается во всем мире, а в лошадиных силах — не везде.

Прочие новости и статьи