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米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。
スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、インターネットの通信を使って、発電量を制御します。気候に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を電池に蓄えます。
英語ではエナジーと言う。日本ではドイツ語のエネルギーと言う。１９６３年からアニメ放映された手塚治虫の「鉄腕アトム」でドイツ語の「エネルギー」が国民に定着してしまった。１９９２年からアニメ放映された「 美少女戦士セーラームーン」では、英語の「エナジー」が使われたが、ドイツ語を払拭するには至らなかったようだ。
水を電気を使わらずに酸素と水素に分解するとしたら、どのような方法が考えられるか？またそのときどのような課題を解決しなければならないか？
| 区分 | 部品 | 材料 | |
|---|---|---|---|
| 建物 | 躯体 | 🏞 木材、鉄骨、ＲＣ | |
| 屋根 | ソーラーパネル、ガルバリウム鋼板、瓦、萱 | ||
| 窓 | 樹脂サッシ、アルミサッシ | ||
| 住宅設備 | 給湯器 、エアコン、 トイレ、 電池（ＥＳＳ）、 パワコン（ＰＣＳ）、 ＨＥＭＳ * | ||
| 基礎 | 鉄筋コンクリート | ||
| 外構 | カーポート、緑地 | ||
| ライフライン | ◇ 水道、電気（ 電池 ）、 ガス、 通信（ネット） |
V2Hとは、 電気自動車の電池を、 住宅の電池(ESS)にリユース することです。 電気自動車の 電池容量は、 40kWh程度とすれば、住宅の電池10kWhの4世帯分に相当します。
しかし安全に リユース するには、バッテリーのインスペクションが欠かせません。
| 工業製品 | システム | 電池の種類 |
|---|---|---|
| 住宅 | 据え置き型電池（卒ＦＩＴ）（ＥＳＳ／ＢＥＳＳ * ） | ＬＩＢ 、建物付属の蓄電池電源設備としての法定耐用年数は６年。 |
| スマホ | 内蔵 | 充電式電池（ ＬＩＢ ） |
| ＰＣ | ＵＰＳ | ＬＩＢ |
| 自動車 | 駆動用 | ＬＩＢ ニッケル水素（ モノポーラ、バイポーラ） |
| 自動車 | 始動用 | 鉛電池（モノポーラ、バイポーラ） |
| リモコン | 乾電池 ×2 | 乾電池 |
| 電動歯ブラシ | 乾電池 | |
| ◇ 時計 | 乾電池 |
エネルギー（電力量・ワットアワー）と仕事率（ワット）は違います！ 蓄電池の電池容量は、電気エネルギ―です。
光熱費を節約したいけど、寒いのはいやですね。家庭で使われるエネルギーは、厨房、給湯、暖房、冷房、照明など。そのうち給湯と暖房が半分以上を占めます。 冬の寒い季節に、暖房で室温 T 〔K〕を上げて、ぽかぽかの生活を送りたいと願うのは今も昔も変わりません。 熱は温度の高い方から低い方へ移動します。暖かい部屋からは常に冷たい外気へ排熱されているのです。暖房費は排熱費と言っていいです。 化学（固体燃料、液体燃料、気体燃料）・電気 輸送にかかる力学的エネルギーがあります。エネルギーの場所を移動するのにも排熱が必要です。固体燃料は備蓄に便利ですが、輸送にエネルギーがかかります。
| 分類 | 項目 | 注釈 |
|---|---|---|
| 給湯 | エコキュート | 🔥熱 |
| 暖房 | 🚂 エアコン（家電リサイクル法対象品） | 🔥熱 |
| 厨房 | 🚂 冷蔵庫（家電リサイクル法対象品） | |
| 電子レンジ | 🌟光 | |
| 湯沸かしポット | ||
| 炊飯器 | ||
| 照明ほか |
照明器具（ＬＥＤ・蛍光灯・白熱電球） ◇ テレビ（家電リサイクル法対象品） 、 パソコン、 スマホ |
|
| 動力 | 洗濯機 |
家電で、生活に必須と思われているのは、冷蔵庫、洗濯機、 スマホなどです。 家庭で使われるエネルギーは、 電気が最も多く、 平均世帯あたり 400～500kWh程度となっています。 次いで、都市ガス、ＬＰガス、灯油となっています。 冷暖房が最も多くなっています。 電気は、そのまま 備蓄ができません。今使っている電気は、今、作っている電気です。
エネルギー〔Wh〕＝示強変数×示量変数
熱エネルギー（電力量）〔Wh〕＝温度〔K〕× 熱容量〔Wh/K〕
熱エネルギー（電力量）〔Wh〕＝温度〔K〕× 比熱〔Wh/kg〕×質量〔kg〕
拡散は熱移動だけでなく イオン移動や物質移動でも起こります。
| 物理量 | 単位 | 応用例 | |
|---|---|---|---|
| 物質量 | mol | ||
| 質量分率 （ 重量分率 ） 重量百分率 | 質量% 、wt%、mass%、ppm | 食塩相当量などは、重量百分率のほうがわかりやすいと思う。 | |
| 体積分率 体積百分率 | 体積% 、vol%、ppm | 気体では、 体積分率 と モル分率 と 分圧 は同じ。 二酸化炭素濃度など。 | |
| モル分率 （濃度百分率） | 相対湿度とか。 | ||
| 質量体積分率 （重量体積分率） | 化学的酸素要求量 生物化学酸素要求量 | ||
| 体積モル濃度 | mol/m3 mol/L | 滴定とか。 | |
| 重量モル濃度 | mol/kg | ||
| 質量/体積濃度 | mol/kg |
また，質量百分率（質量パーセント），体積百分率，物質量百分率のような用語は用いる べきではない（後述の計量法は例外） 1 ) 。
溶媒蒸気圧は、ラウールの法則に従い、 ガスの溶解量はヘンリーの法則に従う。 このよう溶液の溶媒または、溶質の化学ポテンシャル μ は、濃度表示法に対応して、各々次式で表される ただし、x,m,Cは、注目成分のモル分率、重量モル分率、容量モル分率を各々示す。 2 )
ファラデー定数は、電気量とモノの架け橋。96500C/molまたは、27kAh/molです。
理想的なコンデンサ（キャパシタ）では、電圧は電気量に比例します。
その比例計数が静電容量です。
理想的な電池では、電圧は一定です。なので静電容量は∞です。
実際の電池では、
電気エネルギーは電気量と電圧の積です。
ここで注意しなければならないのは、右辺のnは、電子の物質量だということだ。
アボガドロ数で割って電子１個あたりに書き直したのが次の式だ。
時代は 電気自動車
航続距離は、電費×電池のエネルギー容量です。 たとえば、電費が7km/kWhで、電池が40kWhなら、航続距離は280kmとなります。
リチウムイオン二次電池の理論エネルギー密度は、580mWh/gです。 40kWhの 電池の重量は68kg。 一方21km/Lで280km走ろうとしたら、ガソリンは13L。ガソリンの密度は0.8kg/m3なので、10.4kg。だんぜんガソリンの方が軽くなります。
トヨタコムス（coms）マイクロモビリティ。ＢＥＶ。でも、充電に使う電気を、火力発電でまかなうとしたら、やっぱり 石炭を燃やし、 熱機関 で動力を得なければなりません。
温室効果ガスである二酸化炭素の増加は危機的状況だ。
2023年3月23日の CO2 濃度は、 推定441ppm。 この100年間で、地球大気中の二酸化炭素の 濃度は1.4倍になった。 前史時代の二酸化炭素濃度は、280ppmでほぼ一定だった。 石炭 を使い始めた産業革命から指数的に増加を始めた。 石油を使い始めてからは指数項が加わった。
今、地球がヤバい。 脱炭素社会 には 再生可能エネルギー の活用が必須。そのためには、 電気エネルギーを 備蓄 する電池が必須なのだ。
二酸化炭素の 生成熱 を熱化学方程式で表すと下のようになります。
| 年号 | 出来事 |
|---|---|
| 1831年（天保2年） | ファラデー電磁誘導の法則 | 1832年（天保3年） | ピクシーダイナモを発明 |
| 1881年（明治14年） | 世界で初めての水力発電 * |
| 1887年（明治20年） | 日本 で初めての火力発電 * |
| 1891年（明治24年） | 日本 ◇ 琵琶湖疏水の落差を利用した「蹴上水力発電所」（水路式、直流、160キロワット） |
| 1963年（昭和38年） | ◇ 黒４ダム |
錆びにくい金属を貴金属と言います。 イオン化傾向は、金属と金属イオンの平衡反応の酸化還元電位に関係があります。 電位が卑なほど、 腐食しやすく、 還元しにくくなります。 電位が貴なほど、 腐食 しにくく、還元しやすいです。
波長530nmの緑色の光ひと粒が持つエネルギーは、225.7105049531kJ/molです。 これは、2.33932449873963eVです。 定圧下の対称でない多原子分子なら6786.68338445252K相当です。
低圧水銀ランプ。 253.7 nm( UV-B ) の波長で、472KJ/mol（4.9eV） 洗浄
184.9 nm(UV-C,VUV) の波長で、647KJ/mol（6.7eV） 酸素分子がラジカルに乖離 。オゾン発生。
再生可能エネルギーとして、太陽光、風力、水力、地熱、バイオマスが規定さてれています。 山形県東置賜郡高畠町に技術開発拠点をおく グリーンパワーテクノ（株）は、バイオマス発電で、資源問題に取り組んでいます。
| 電源分類 | 資源 | 2010実績 | 2030 目標 |
|---|---|---|---|
| 再生可能エネルギー | 10 | 22 | |
| 地熱 | 0 | 1.1 | |
| 🧪 バイオマス | 0 | 4.6 | |
| 💪 風力 | 0 | 1.7 | |
| 🌟 太陽光 | 0 | 7.0 | |
| 💪 水力 | 10 | 9.2 | |
| 原子力 （ ランキンサイクル） | 25 | 22 | |
| 火力 | 65 | 56 | |
| 🧪 ＬＮＧ | 29 | 27 | |
| 🧪 石油 | 10 | 3 | |
| 🧪 石炭 | 26 | 26 |
バイオマスは、カーボンニュートラルという考え方に基づいており、 長期的に二酸化炭素の収支に影響を与えないと考えられています。
| 種類 | 量 | 説明 |
|---|---|---|
| 情報 | 100TB | 動画（約120分）×1000本×100人ぐらい 2TB×40+4TB×12+600GB×17, キャッシュ用SSD |
| 最大電力 | 1600W | 設計最大消費電力,家庭用 〇電子レンジ2台分 |
| 実測電力 | 1600W | ←設計最大消費電力(DB接続不可のため) |
| ⚡年間電力量 (電気エネルギー) |
14025.6kWh | |
| 年間電気代 | 420768円 | 1kWhあたり30円で算出 |
| 年間排二酸化炭素 | 7.2792864t | 東北電力の基礎排出係数0.000519tCO2/kWhより算出 |
| ソーラーパネル面積 | 24㎡ | 1kWあたりに必要なおおよその面積を15㎡として算出 |
| リチウムイオン電池 | 15kWh | 家庭用蓄電池１台分 |
備忘。 7号館のパネルの面積は，忘れました．図面見て計算します． 10kW分のパネルです．7号館は，10kWのシステムが4台，並列でつながっています＜パワコン4台 そのうちの1台が 学術情報基盤センター 米沢分室に送電されています．太陽光の電池は， リチウム電池15kWhです44,730,000円
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