Ефективност - преобразуване на енергия и използваема енергия
Каква е ефективността?
Както вече беше описано в раздела за енергията и енергоспестяването, практически всяко преобразуване на енергия също създава форми на енергия, които са нежелани или не могат да бъдат използвани. В разговорно отношение това се нарича "загуба на енергия".
В случай на лампа с нажежаема жичка, например, само много малка част (приблизително 5%) от електрическата енергия се превръща в желаната форма на енергия, а именно светлина, докато най-голямата част (около 95%) се превръща в (нежелана) топлина.
Двигателят на автомобила не само генерира кинетична енергия, но и немалка част от енергията, преобразувана чрез изгаряне, се отделя в околната среда чрез отработени газове или нагряване на двигателя или охлаждащата вода.
Така че на практика цялото количество първоначално налична енергия никога не може да бъде използвано. Определена част винаги се превръща в нежелани и следователно неизползваеми форми на енергия. Колкото по-голям е делът на използваемата енергия, толкова по-добро е преобразуването на енергията.
Извиква се съотношението между използваемата част от енергията и общата доставена енергия Ефективност η (Гръцка буква "Ета"). Колкото по-голяма е ефективността, толкова по-ефективно се преобразува енергията.
Ефективност
Съотношението на дела на използваемата енергия към енергията, доставяна по едно и също време, се нарича ефективност η:
Тъй като делът на използваемата енергия винаги е по-малък от дела на доставената енергия, ефективността винаги е по-малка от 1 или 100%.
Примери за ефективност
Ефективност от 0,35 или 35% означава, че 35% от доставената енергия може да се използва. Другата част, т.е. 65%, не се използва, но най-вече отива в околната среда като топлина.
Тъй като енергията не се губи в нито един процес, но част не може да се използва, говори се за Обезценяване на енергията.
Причините за нежеланото отделяне на топлинна енергия (топлинна енергия) в околната среда (и следователно за обезценяване на енергията) са предимно триенето и отпадъчната топлина от отработените газове или охлаждащата вода.
Съгласно втория закон на термодинамиката преобразуването на топлинната енергия в механична енергия по принцип не е напълно възможно без част от енергията да се отдели в околната среда. Следователно преобразуването на топлинната енергия в електрическа обикновено е свързано с доста големи енергийни загуби.
Примерна електроцентрала на въглища
Има както електроцентрали на лигнитни въглища, така и на твърди въглища. Преди изгаряне въглищата първо трябва да се изсушат и смачкат. При изгаряне 1 кг каменни въглища се превръща в количество енергия от около 29 MJ (MegaJoule) безплатно. Тогава тази енергия е под формата на топлинна енергия.
За да се превърне тази топлинна енергия в електрическа, водата първо се нагрява и изпарява. Парите с гореща вода (температура до 600 ° C, налягане приблизително 250 бара) се използват за задвижване на турбини по тръбопровод (→ кинетична енергия или ротационна енергия), при което налягането спада. Турбините задвижват генератори, които преобразуват кинетичната енергия в електрическа.
След почистване отработените газове се освобождават в околната среда, водните пари се кондензират и връщат в горивната камера.
В края на деня делът на използваемата (електрическа) енергия съответства на около 40% от енергията, преобразувана чрез изгаряне на въглищата. Следователно ефективността е 0,4 или 40%. В този случай малко под 12MJ (29MJ · 0.4) може да се преобразува от 29MJ първична енергия в електрическа енергия.
Следното Диаграма на енергийния поток илюстрира преобразуването на енергия в ТЕЦ и значението на ефективността:
Диаграма на енергийния поток на ТЕЦ
Много топлоелектрически централи имат ефективност, която все още е под 40%.
Ако се вземат предвид и линейните загуби по време на транспортиране на електрическа енергия, както и загубите от преобразуване при крайния потребител, може да се предположи, че в крайна сметка по правило могат да се използват по-малко от 30% от използваната първична енергия.