Ефективність - перетворення енергії та корисна енергія
Яка ефективність?
Як вже було описано в розділі про енергію та енергозбереження, практично кожне перетворення енергії також створює такі форми енергії, які є небажаними або не можуть бути використані. Розмовно це називають "втратою енергії".
Наприклад, у випадку з лампою розжарювання лише дуже мала частина (приблизно 5%) електричної енергії перетворюється на бажану форму енергії, а саме світло, тоді як найбільша частина (приблизно 95%) перетворюється на (небажане) тепло.
Двигун автомобіля не тільки генерує кінетичну енергію, але і незначна частка енергії, перетвореної при згорянні, виділяється в навколишнє середовище за рахунок відпрацьованих газів або нагрівання двигуна або охолоджуючої води.
Отже, практично ніколи не можна використати всю спочатку доступну кількість енергії. Певна частка завжди перетворюється на небажані і тому непридатні форми енергії. Чим більша частка корисної енергії, тим краще перетворення енергії.
Викликається співвідношення між корисною частиною енергії та загальною поданою енергією Ефективність η (Грецька буква "Ета"). Чим більший ККД, тим ефективніше перетворюється енергія.
Ефективність
Фактор частки корисної енергії до енергії, що подається одночасно, називається ефективністю η:
Оскільки частка корисної енергії завжди менша, ніж частка енергії, що постачається, ефективність завжди менше 1 або 100%.
Приклади ефективності
Ефективність 0,35 або 35% означає, що можна використовувати 35% енергії, що постачається. Інша частина, тобто 65%, не використовується, але здебільшого надходить у навколишнє середовище як тепло.
Оскільки енергія не втрачається в жодному процесі, але частина не може бути використана, можна говорити про це Девальвація енергії.
Причинами небажаного виділення теплової енергії (теплової енергії) в навколишнє середовище (і, отже, девальвації енергії) є, перш за все, тертя та відпрацьоване тепло від вихлопних газів або охолоджуючої води.
Згідно з 2-м законом термодинаміки, перетворення теплової енергії в механічну в принципі не є повністю можливим, якщо частина енергії не виділяється в навколишнє середовище. Тому перетворення теплової енергії в електричну в принципі пов'язане з досить великими втратами енергії.
Приклад вугільної електростанції
Є електростанції як на буре вугілля, так і на кам’яне вугілля. Перед спалюванням вугілля потрібно спочатку висушити і подрібнити. При горінні 1 кг кам’яного вугілля стає кількістю енергії приблизно 29 МДж (MegaJoule) безкоштовно. Тоді ця енергія має форму теплової енергії.
Для перетворення цієї теплової енергії в електричну спочатку воду нагрівають і випаровують. Пара гарячої води (температура до 600 ° C, тиск близько 250 бар) використовується для приводу турбін по трубопроводу (→ кінетична енергія або енергія обертання), завдяки чому тиск падає. Турбіни керують генераторами, які перетворюють кінетичну енергію в електричну.
Після очищення відпрацьований газ викидається в навколишнє середовище, водяна пара конденсується і повертається в камеру згоряння.
На кінець дня частка корисної (електричної) енергії відповідає приблизно 40% енергії, перетвореної спалюванням вугілля. Отже, ефективність становить 0,4 або 40%. У цьому випадку трохи менше 12 МДж (29 МДж · 0,4) може бути перетворено з 29 МДж первинної енергії в електричну.
Наступні Діаграма потоку енергії ілюструє перетворення енергії на тепловій електростанції та важливість ефективності:
Схема енергетичного потоку теплової електростанції
Багато теплових електростанцій мають ефективність, яка все ще нижче 40%.
Якщо врахувати також лінійні втрати під час транспортування електричної енергії, а також втрати від перетворення кінцевого споживача, можна припустити, що врешті-решт, як правило, може бути використано менше 30% використаної первинної енергії.