能量转换效率

能量转换效率(energy conversion efficiency,η )是指一个能量转换设备所输出可利用的能量相对其输入能量的比值。输出的可利用能量可能是电能机械功或是热量。输入能量与输出可利用能量的差值,称为能量损耗。当能量转换流程的效率愈高,能量损耗就愈少。工程师都会尽可能提高能量转换效率,以节省能量损耗产生的浪费与费用。

在能量转换的过程中,输出的能量永远小于输入的能量

能量转换效率没有一致的定义,主要和输出能量可利用的程度有关。

一般而言能量转换效率是一个介于0到1之间的无量纲数字,有时也会用百分比表示。能量转换效率不可能超过100%,因为永动机不存在。不过像热泵之类的设备将热由一处移到另一处,不是进行能量的转换,其性能系数往往会超过100%。

以下的效率都是能量转换效率。

燃料热值和效率

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燃料的燃烧热可以以其HHV(高热值)或LHV(低热值)表示,高热值的燃烧热是在燃烧后,生成物的水蒸气已凝结成液态时的燃烧热,因此加上水凝结时的潜热。低热值的燃烧热则是在燃烧后,生成物的水蒸气仍维持气态时的燃烧热,不考虑水凝结时的潜热

燃料热值的选用会影响其能量转换效率的计算。在欧洲一燃料可产生的能量是其低热值表示,不考虑水凝结时的潜热,以若此方式计算冷凝式锅炉英语condensing boiler的“热效率”,其数值可能会超过100%,其原因是其工作原理会利用到部份水凝结时的潜热,但计算输入能量时未考虑此部份所造成,不违反热力学第一定律。在欧洲以外的国家,一燃料可产生的能量是其高热值表示,已考虑水凝结时的潜热,以此为基础计算能量转换效率,其数字就不可能超过100%。

不同能量转换方式的效率

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能量效率
内燃机外燃机 10-50%[1]
燃气涡轮发动机 最大可到40%
燃气涡轮发动机加上蒸汽涡轮发动机复合循环 最大可到60%
水力发动机 最大可到90%
风力发动机 最大可到59%(理论上限)
2008年世界发电 总产量 39%, 净产出 33%[2]
太阳能电池 6%-40%(和使用技术有关,一般的效率约15%,理论上限为85%-90%)
枪械 ~30%(.300英吋的子弹)
燃料电池 最大可到85%
水的电解英语Electrolysis of water 50%-70%(理论上限为80%-94%)
光合作用 最大可到 6% [3]
肌肉 14% - 27%
电动机 30-60%(功率小于10瓦的小电动机),50-90%(功率在10瓦到200瓦之间的电动机),70–99.99%(功率超过200瓦的电动机)
家用冰箱 低阶系统约20%,高阶系统40-50%
电灯泡 5-10%
发光二极体 最大可到35% [4]
萤光灯 28% [5]
钠灯 40.5% [5]
金属卤化物灯 24% [5]
开关电源 实务应用可以到95%
电淋浴器 90-95%
电热器 约95%

参考资料

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  1. ^ Motivations for Promoting Clean Diesels (PDF). US Department Of Energy. 2006. (原始内容 (PDF)存档于2008-10-07). 
  2. ^ IEC/OECD 2008 Energy Balance for World页面存档备份,存于互联网档案馆), accessdate 2011-06-08
  3. ^ 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]. (原始内容存档于2013-09-07). 
  4. ^ Cree's blue LED has quantum efficiency of 35%. compoundsemiconductor.net. 2003. (原始内容存档于2009-07-19). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Light Pollution Handbook. Springer. 2004 [2011-04-19]. (原始内容存档于2021-04-27).