Энергоэффективность и чистая полезная энергия

Энергия- это способность производить работу или теплообмен между двумя объектами, обладающими разной температурой. Все, что происходит внутри и вокруг нас основано на работе, в процессе которой, один вид энергии переходит в другой или другие ви­ды энергии. Более 85% невозобновимых ресурсов планеты (нефть, газ, уголь и др.) используются для получения энергии. Энергия раз­личается по качеству, или способности производить работу. Каче­ство энергии - это мера ее эффективности.

Энергия высокого качества характеризуется большой степенью упорядоченности, или концентрации, а значит, высокой способностью производить полезную работу и обладает низкой энтропией. В качестве примеров носителей таких форм можно привести электри­чество, каменный уголь, бензин, концентрированную солнечную энергию, ядра урана-235, а также высокотемпературное тепло.

Энергии низкого качества свойственны неупорядоченность и малая способность производить полезную работу. Она обладает вы­сокой энтропией. Пример носителя такой энергий - низкотемпера­турное тепло в воздухе, вокруг нас или в реке, озере, океане.

Измеряя энергию, переходящую из одного вида в другой, ученые не смогли обнаружить возникновения или исчезновения энергии ни при физических процессах, ни при химических реакциях, а только ее превращение из одной формы в другую. В результате был сформулирован закон сохраненияэнергии,известный также как первый закон термодинамики: в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее б о льше, чем затрачено - выход энергии всегда равен ее затратам.

В процессе любого превращения энергии из одного вида в дру­гой всегда происходит снижение качества энергии. Все, что мы наб­людаем в природе, сформулировано вовтором законе термодинамики: при любом превращении энергии из одного вида в другой некоторое количество первично полученной энергии переходит в менее качест­венную, менее полезную энергию, которая обычно рассеивается в окружающей среде в виде низкотемпературного тепла.

Это означает, что высококачественная энергия (низкая энтро­пия) в отличие от вещества не может быть восстановлена или ис­пользована повторно.

Оба закона термодинамики помогают понять, как, оценивая по­лучаемую из различных источников энергию, можно сократить потери путем повышения ее эффективности. Например, лишь 16% всей произ­водимой энергии, которая поддерживает экономику США, использует­ся для выполнения полезной работы или расходуется в процессе производства продуктов нефтехимии, из которых в свою очередь по­лучают пластмассы, лекарства и многое другое. Это означает, что в США теряется 84% производимой энергии.Около 41% этой энергии те­ряется необратимо при рассеянии тепла, согласно второму закону термодинамики. Но потерь 43% энергии можно было бы избежать.

Устройства и процессы, в которых происходит превращение энергии, различаются по энергетической эффректвности, то есть доле затраченной анергии, которая выполняет полезную работу.

Если мы используем более экономичные двигатели и при­боры и не пользуемся высококачественной энергией там, где можно обойтись низкокачественной, мы можем сократить поте­ри энергий. Мы можем также уменьшить неизбежные потери низкока­чественное тепла в окружающую среду, если будем строить изоли­рованные, герметичные здания, использовать тепловые отходы, об­разующиеся при сжигании ископаемого топлива для производства электроэнергии (принцип когенерации).

Чистая полезная энергия- это количество полезной энергии, полученной из исходных энергетических ресурсов, за вычетом зат­раченной на ее получение полезной энергии. Часто этот показатель выражается практическим коэффициентом полезного действия.

Таблица 1.1 Коэффициент полезного действия некоторых уст­ройств, трансформирующих энергию

При выполнении конкретных задач различные виды энергетических ресур­сов характеризуются разной величиной полезного действия (коэффициентом рентабельности). Это очень важно учитывать при принятии решений о том, какие энергетические ресурсы следует использовать в каждом конкретном случае.

Таблица 1.2 Практическийкоэффициент полезного действия раз­личных энергетических систем