Hatékonyság - energiaátalakítás és felhasználható energia
Mi a hatékonyság?
Amint azt az energiáról és az energiatakarékosságról szóló részben már leírtuk, gyakorlatilag minden energiaátalakítás nemkívánatos vagy nem használható energiaformákat is létrehoz. Ezt köznyelven "energiaveszteségnek" nevezik.
Egy izzólámpa esetében például az elektromos energia csak nagyon kis része (kb. 5% -a) alakul át a kívánt energiaformává, nevezetesen a fényvé, míg a legnagyobb része (kb. 95% -a) átalakul (nem kívánt) hővé.
Az autó motorja nem csak kinetikus energiát termel, hanem az égés során átalakult energia nem elhanyagolható hányada a kipufogógázok, a motor vagy a hűtővíz melegítésével kerül a környezetbe.
Tehát gyakorlatilag soha nem használható fel az eredetileg rendelkezésre álló teljes energiamennyiség. Egy bizonyos arány mindig nemkívánatos és ezért használhatatlan energiaformákká alakul. Minél nagyobb a felhasználható energia aránya, annál jobb az energiaátalakítás.
Az energia felhasználható része és a teljes ellátott energia arányát nevezzük Hatékonyság η (Görög "Eta" betű). Minél nagyobb a hatékonyság, annál hatékonyabban alakul át az energia.
Hatékonyság
A felhasználható energia és az egyidejűleg szolgáltatott energia arányának hányadosa az η hatékonyság:
Mivel a felhasználható energia aránya mindig kisebb, mint a szolgáltatott energia aránya, a hatékonyság mindig kevesebb, mint 1 vagy 100%.
Példák a hatékonyságra
A 0,35 vagy 35% -os hatékonyság azt jelenti, hogy a szállított energia 35% -a felhasználható. A másik részét, azaz 65% -át nem használják, de többnyire hővé válik a környezetbe.
Mivel az energia egyetlen folyamatban sem veszik el, de egy része nem használható fel, az egyikről beszélünk Energia leértékelődése.
A hőenergia (hőenergia) nem kívánt kibocsátásának a környezetbe (és ezáltal az energia leértékelésének) okai elsősorban a kipufogógázokból vagy a hűtővízből származó súrlódás és hulladékhő.
A termodinamika 2. törvénye szerint a hőenergia mechanikai energiává történő átalakítása elvileg nem teljesen lehetséges anélkül, hogy az energia egy része a környezetbe kerülne. Ezért a hőenergia elektromos energiává történő átalakítása elvileg meglehetősen nagy energiaveszteséggel jár.
Példa szénerőműre
Vannak lignit- és faszénerőművek egyaránt. Égetés előtt a szenet először meg kell szárítani és összetörni. Égéskor 1kg kemény szén kb. energiamennyiséggé válik 29 MJ (MegaJoule) mentes. Ez az energia hőenergia formájában van.
Annak érdekében, hogy ezt a hőenergiát elektromos energiává alakítsa át, a vizet először felmelegítik és elpárologtatják. A forró gőzt (600 ° C-ig terjedő hőmérséklet, kb. 250 bar nyomás) a turbinák vezetésére használják csővezetéken keresztül (→ mozgási vagy forgási energia), ezáltal a nyomás csökken. A turbinák olyan generátorokat hajtanak, amelyek a mozgási energiát elektromos energiává alakítják.
Tisztítás után a kipufogógáz a környezetbe kerül, a vízgőz kondenzálódik és visszakerül az égéstérbe.
A nap végén a felhasználható (elektromos) energia aránya a szén elégetésével átalakított energia kb. 40% -ának felel meg. A hatékonyság tehát 0,4 vagy 40%. Ebben az esetben valamivel kevesebb, mint 12MJ (29MJ · 0,4) alakítható át 29MJ primer energiából elektromos energiává.
A következő Energia áramlási ábra szemlélteti a hőerőművek energiaátalakítását és a hatékonyság fontosságát:
Egy hőerőmű energia-áramlási diagramja
Sok hőerőmű hatékonysága még mindig 40% alatt van.
Ha figyelembe vesszük az elektromos energia szállításakor bekövetkező vezetékveszteségeket, valamint a végfelhasználói átalakítási veszteségeket, akkor feltételezhetjük, hogy végül általában a felhasznált primer energia kevesebb mint 30% -a használható fel.