Качество энергии - технико-экономическая и экологическая характеристика энергоносителей
Якість енергії: техніко-економічна та екологічна характеристика енергоносіїв
У розділі, присвяченому термодинаміці, ми вже обговорювали це питання стосовно природничих процесів конверсії енергії, характеризуючи якість енергії як її концентрованість. Що вища така характеристика енергії, то вищою буде її здатність перетворюватись з меншими витратами в більш концентровану форму.
Встановлено (за Одумом), що з кожних 10 000 J сонячної енергії, яка надходить на фотосинтез рослини, остання концентрує в більш якісній формі міжатомного хімічного зв’язку біомаси лише одну соту — 100 J, з яких, у свою чергу, може бути конвертовано в енергію біомаси травоїдної тварини вже одну десяту — 10 J, і хижака — 1 J.
Другий напрямок концентрованості енергії рослинної біомаси — це її послідовна концентрація у вигляді природних горючих копалин, що їх використовує сучасна економіка як енергоносії (торф, вугілля, нафта і газ).
На рис. 2 наведено схему послідовної конверсії сонячної енергії в електричну відповідно до сучасної технології з ланкою теплової електростанції.
Рис. 2. Схема енергетичних втрат за послідовної конверсії сонячної енергії в електричну й підвищення її якості
Як бачимо, концентрація електричної енергії у 8000 разів перевищує сонячну
Іншою, більш практичною характеристикою якості енергії, може бути еквівалент умовного викопного палива Кп (відношення сонячного еквівалента даної енергії до сонячного еквівалента умовного палива):
Коефіцієнт Кп характеризує ступінь концентрації енергії у даному паливі відносно її концентрації в умовному паливі. Значення еквівалентів Кс і Кп для різних видів енергоносіїв наведено в табл. 1.
Таблиця 1
КОЕФІЦІЄНТИ ЯКОСТІ ЕНЕРГІЇ (ЕКВІВАЛЕНТИ) І КОНВЕРСІЇ (ВЗАЄМОПЕРЕТВОРЕННЯ)
Тип енергоносія | Сонячний еквівалент | Еквівалент умовного палива* | Коефіцієнт технічної конверсії |
Сонячне світло | 1 | 0,0005 | в електричну — до 0,1 |
Рослинна маса (дрова) | 1000 | 0,5 |
|
Викопне паливо: | |||
Вугілля, нафта, газ (на умовне паливо) | 2000 | 1 |
|
Механічна енергія: | |||
потік падаючої води, припливів, вітру | 6000 | 3 | в електричну 0,97 |
Електроенергія | 8000 | 4 | в механічну 0,99 |
Усе ж така форма вираження якості енергії є більше якісним ніж кількісним показником і не може дати нам чіткої відповіді на питання: яке з викопних палив і за яких умов забезпечить більш високий коефіцієнт конверсії в більш концентровану форму. Спробуємо, однак, відповісти на це питання.
Передовсім таке паливо має згоряти за більш високої температури. Очевидно, що знання такої його технічної характеристики, як питома теплота згоряння , недостатньо: температура згоряння не завжди пропорційна цій фізичній величині. Наприклад, звичайне вугілля, питома