Eficiențe - conversii de energie și energie utilizabilă
Care este eficiența?
Așa cum s-a descris deja în secțiunea privind conservarea energiei și a energiei, practic fiecare conversie a energiei creează și forme de energie nedorite sau care nu pot fi utilizate. În mod colocvial, aceasta este denumită „pierdere de energie”.
În cazul unei lămpi cu incandescență, de exemplu, doar o parte foarte mică (aproximativ 5%) din energia electrică este convertită în forma dorită de energie, și anume lumină, în timp ce cea mai mare parte (aproximativ 95%) este transformată în căldură (nedorită).
Nu numai că motorul unei mașini generează energie cinetică, dar o proporție deloc neglijabilă din energia transformată prin ardere este eliberată în mediu prin gazele de eșapament sau încălzirea motorului sau a apei de răcire.
Deci, practic întreaga cantitate de energie disponibilă inițial nu poate fi folosită niciodată. O anumită proporție este întotdeauna convertită în forme de energie nedorite și, prin urmare, inutilizabile. Cu cât este mai mare procentul de energie utilizabilă, cu atât este mai bună conversia energiei.
Se numește raportul dintre porțiunea utilizabilă a energiei și energia totală furnizată Eficiență η (Litera greacă „Eta”). Cu cât eficiența este mai mare, cu atât energia este convertită mai eficient.
Eficienţă
Coeficientul proporției de energie utilizabilă la energia furnizată în același timp se numește eficiența η:
Deoarece proporția de energie utilizabilă este întotdeauna mai mică decât proporția de energie furnizată, eficiența este întotdeauna mai mică de 1 sau 100%.
Exemple de eficiență
O eficiență de 0,35 sau 35% înseamnă că 35% din energia furnizată poate fi utilizată. Cealaltă parte, adică 65%, nu este utilizată, dar se îndreaptă mai ales către mediu ca căldură.
Deoarece energia nu se pierde în niciun proces, dar o parte nu poate fi utilizată, se vorbește despre Devalorizarea energiei.
Motivele pentru eliberarea nedorită de energie termică (energie termică) în mediu (și deci pentru devalorizarea energiei) sunt în primul rând fricțiunea și căldura reziduală din gazele de eșapament sau apa de răcire.
Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, conversia energiei termice în energie mecanică nu este, în principiu, complet posibilă fără ca o parte din energie să fie eliberată în mediu. Prin urmare, conversia energiei termice în energie electrică este în principiu asociată cu pierderi de energie destul de mari.
Exemplu centrală pe cărbune
Există atât centrale electrice cu lignit, cât și cu cărbune tare. Înainte de ardere, cărbunele trebuie mai întâi uscat și zdrobit. Când arde 1 kg cărbune tare devine o cantitate de energie de aproximativ 29 MJ (MegaJoule) gratuit. Această energie este apoi sub formă de energie termică.
Pentru a transforma această energie termică în energie electrică, apa este mai întâi încălzită și evaporată. Vaporul de apă fierbinte (temperatura de până la 600 ° C, presiunea de aproximativ 250 bar) este utilizat pentru a acționa turbinele printr-o conductă (→ energie cinetică sau energie de rotație), prin care presiunea scade. Turbinele acționează generatoare care transformă energia cinetică în energie electrică.
După curățare, gazele evacuate sunt eliberate în mediu, vaporii de apă sunt condensați și returnați în camera de ardere.
La sfârșitul zilei, ponderea energiei utile (electrice) corespunde cu aproximativ 40% din energia transformată prin arderea cărbunelui. Prin urmare, eficiența este de 0,4 sau 40%. În acest caz, puțin sub 12MJ (29MJ · 0,4) ar putea fi convertite din 29MJ energie primară în energie electrică.
Următoarele Diagrama fluxului de energie ilustrează conversia energiei într-o centrală termică și importanța eficienței:
Diagrama fluxului energetic al unei centrale termice
Multe centrale termice au randamente care sunt încă sub 40%.
Dacă se ia în considerare și pierderile de linie în timpul transportului de energie electrică, precum și pierderile de conversie la utilizatorul final, se poate presupune că, în final, de regulă, mai puțin de 30% din energia primară utilizată poate fi utilizată.