能量轉換效率
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能量轉換效率(energy conversion efficiency,η )是指一個能量轉換設備所輸出可利用的能量相對其輸入能量的比值。輸出的可利用能量可能是電能、機械功或是熱量。輸入能量與輸出可利用能量的差值,稱為能量損耗。當能量轉換流程的效率愈高,能量損耗就愈少。工程師都會盡可能提高能量轉換效率,以節省能量損耗產生的浪費與費用。
能量轉換效率沒有一致的定義,主要和輸出能量可利用的程度有關。
一般而言能量轉換效率是一個介於0到1之間的無量綱數字,有時也會用百分比表示。能量轉換效率不可能超過100%,因為永動機不存在。不過像熱泵之類的設備將熱由一處移到另一處,不是進行能量的轉換,其性能系數往往會超過100%。
以下的效率都是能量轉換效率。
- 電效率,可用功率輸出及總耗電的比例。
- 機械效率,由一種機械能(例如水的位能)轉換成另一種機械能或機械功。
- 熱效率或燃料效率,可用的熱或功輸出與輸入能量(或消耗燃料對應的能量)的比例。
- 總效率,一般用在汽電共生的場合,可用的電能及熱能相對輸入能量的比例。
- 照明效率,所產生電磁輻射在可見光範圍內的比例。
燃料熱值和效率
燃料的燃燒熱可以以其HHV(高熱值)或LHV(低熱值)表示,高熱值的燃燒熱是在燃燒後,生成物的水蒸氣已凝結成液態時的燃燒熱,因此加上水凝結時的潛熱。低熱值的燃燒熱則是在燃燒後,生成物的水蒸氣仍維持氣態時的燃燒熱,不考慮水凝結時的潛熱。
燃料熱值的選用會影響其能量轉換效率的計算。在歐洲一燃料可產生的能量是其低熱值表示,不考慮水凝結時的潛熱,以若此方式計算冷凝式鍋爐的「熱效率」,其數值可能會超過100%,其原因是其工作原理會利用到部份水凝結時的潛熱,但計算輸入能量時未考慮此部份所造成,不違反熱力學第一定律。在歐洲以外的國家,一燃料可產生的能量是其高熱值表示,已考慮水凝結時的潛熱,以此為基礎計算能量轉換效率,其數字就不可能超過100%。
不同能量轉換方式的效率
能量效率 | |
---|---|
內燃機及外燃機 | 10-50%[1] |
燃氣渦輪發動機 | 最大可到40% |
燃氣渦輪發動機加上蒸汽渦輪發動機(複合循環) | 最大可到60% |
水力發動機 | 最大可到90% |
風力發動機 | 最大可到59%(理論上限) |
2008年世界發電 | 總產量 39%, 淨產出 33%[2] |
太陽能電池 | 6%-40%(和使用技術有關,一般的效率約15%,理論上限為85%-90%) |
槍械 | ~30%(.300英吋的子彈) |
燃料電池 | 最大可到85% |
水的電解 | 50%-70%(理論上限為80%-94%) |
光合作用 | 最大可到 6% [3] |
肌肉 | 14% - 27% |
電動機 | 30-60%(功率小於10瓦的小電動機),50-90%(功率在10瓦到200瓦之間的電動機),70–99.99%(功率超過200瓦的電動機) |
家用冰箱 | 低階系統約20%,高階系統40-50% |
電燈泡 | 5-10% |
發光二極管 | 最大可到35% [4] |
螢光燈 | 28% [5] |
鈉燈 | 40.5% [5] |
金屬鹵化物燈 | 24% [5] |
開關電源 | 實務應用可以到95% |
電淋浴器 | 90-95% |
電熱器 | 約95% |
參考資料
- ^ Motivations for Promoting Clean Diesels (PDF). US Department Of Energy. 2006. (原始內容 (PDF)存檔於2008-10-07).
- ^ IEC/OECD 2008 Energy Balance for World (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), accessdate 2011-06-08
- ^ Miyamoto K. Chapter 1 - Biological energy production. Renewable biological systems for alternative sustainable energy production (FAO Agricultural Services Bulletin - 128). Food and Agriculture Organization of the United Nations. [2009-01-04]. (原始內容存檔於2013-09-07).
- ^ Cree's blue LED has quantum efficiency of 35%. compoundsemiconductor.net. 2003. (原始內容存檔於2009-07-19).
- ^ 5.0 5.1 5.2 Light Pollution Handbook. Springer. 2004 [2011-04-19]. (原始內容存檔於2021-04-27).