Účinnosť - energetické premeny a využiteľná energia
Aká je účinnosť?
Ako už bolo popísané v časti venovanej energii a úspore energie, prakticky každá premena energie vytvára aj formy energie, ktoré sú nežiaduce alebo ktoré nemožno použiť. Hovorovo sa to označuje ako „strata energie“.
Napríklad v prípade žiarovky sa iba veľmi malá časť (približne 5%) elektrickej energie premení na požadovanú formu energie, a to svetlo, zatiaľ čo najväčšia časť (približne 95%) sa premení na (nežiaduce) teplo.
Nielen, že motor automobilu generuje kinetickú energiu, ale aj nezanedbateľná časť energie premieňanej spaľovaním sa uvoľňuje do životného prostredia prostredníctvom výfukových plynov alebo ohrevu motora alebo chladiacej vody.
Prakticky to teda nikdy nie je možné využiť celé pôvodne dostupné množstvo energie. Určitý podiel sa vždy premení na nežiaduce a teda nepoužiteľné formy energie. Čím väčší je podiel využiteľnej energie, tým lepšia je premena energie.
Pomer medzi využiteľnou časťou energie a celkovou dodanou energiou sa volá Účinnosť η (Grécke písmeno „Eta“). Čím vyššia je účinnosť, tým efektívnejšie sa energia premieňa.
Účinnosť
Kvocient podielu využiteľnej energie k energii dodanej v rovnakom čase sa nazýva účinnosť η:
Pretože podiel využiteľnej energie je vždy menší ako podiel dodanej energie, účinnosť je vždy menšia ako 1 alebo 100%.
Príklady účinnosti
Účinnosť 0,35 alebo 35% znamená, že je možné využiť 35% dodanej energie. Druhá časť, t. J. 65%, sa nepoužíva, ale väčšinou ide do životného prostredia ako teplo.
Pretože energia sa nestráca v žiadnom procese, ale časť sa nedá použiť, hovorí sa o Devalvácia energie.
Dôvodmi nežiaduceho uvoľňovania tepelnej energie (tepelnej energie) do životného prostredia (a teda znehodnocovania energie) sú predovšetkým trenie a odpadové teplo z výfukových plynov alebo chladiacej vody.
Podľa druhého zákona termodynamiky nie je premena tepelnej energie na mechanickú energiu v zásade úplne možná bez toho, aby sa časť energie neuvoľnila do okolia. Preto je premena tepelnej energie na elektrickú v zásade spojená s dosť veľkými energetickými stratami.
Príklad uhoľnej elektrárne
Existujú elektrárne na lignit a čierne uhlie. Pred spálením je potrebné uhlie najskôr vysušiť a rozdrviť. Pri horení 1 kg čierneho uhlia sa stáva množstvom energie asi 29 MJ (MegaJoule) zadarmo. Táto energia je potom vo forme tepelnej energie.
Na premenu tejto tepelnej energie na elektrickú sa voda najskôr zahreje a odparí. Horúca para (teplota do 600 ° C, tlak asi 250 barov) sa používa na pohon turbín potrubím (→ kinetická energia alebo rotačná energia), pričom tlak klesá. Turbíny poháňajú generátory, ktoré premieňajú kinetickú energiu na elektrickú.
Po vyčistení sa výfukové plyny uvoľňujú do životného prostredia, vodná para sa kondenzuje a vracia späť do spaľovacej komory.
Na konci dňa podiel využiteľnej (elektrickej) energie zodpovedá asi 40% energie premenej spaľovaním uhlia. Účinnosť je teda 0,4 alebo 40%. V takom prípade je možné z primárnej energie 29MJ na elektrickú energiu premeniť niečo menej ako 12 MJ (29MJ · 0,4).
Nasledujúci Schéma energetického toku ilustruje energetické premeny v tepelnej elektrárni a dôležitosť účinnosti:
Schéma energetického toku tepelnej elektrárne
Veľa tepelných elektrární má úroveň účinnosti stále pod 40%.
Ak vezmeme do úvahy aj straty v linke počas prepravy elektrickej energie, ako aj straty pri premene u koncového používateľa, možno predpokladať, že nakoniec bude spravidla možné použiť menej ako 30% použitej primárnej energie.