Решение задачи: Какой показатель энергоэффективности?

Вот решение задачи и ответы на вопросы, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь школьнику. ***

Какой показатель энергоэффективности характеризует степень термодинамического совершенства установки?

Выберите один ответ: a. коэффициенты полезного действия или полезного использования энергии по отдельным видам энергоносителей b. коэффициент полезного использования (КПИ) энергии в теплотехнологии c. эксергетический коэффициент полезного действия d. коэффициент полезного действия энергетической и теплотехнологической установок ***

Решение:

Для того чтобы ответить на вопрос о показателе энергоэффективности, характеризующем степень термодинамического совершенства установки, необходимо рассмотреть различные виды коэффициентов полезного действия (КПД) и их применимость. Традиционный КПД (или энергетический КПД), основанный на первом законе термодинамики, определяет отношение полезной энергии к затраченной. Однако он имеет существенный недостаток: он не учитывает качество энергии, то есть ее способность совершать работу. Например, 1 Дж теплоты при высокой температуре имеет большую ценность для совершения работы, чем 1 Дж теплоты при низкой температуре. Для оценки термодинамического совершенства установки, то есть насколько эффективно она преобразует энергию с учетом ее качества и необратимых потерь, используется понятие эксергии. Эксергия — это максимальная полезная работа, которую можно получить от системы при ее взаимодействии с окружающей средой. Эксергетический коэффициент полезного действия (\(\eta_{экс}\)) — это показатель, который учитывает качество энергии и характеризует степень термодинамического совершенства установки. Он определяется как отношение полезной эксергии, полученной от системы, к затраченной эксергии. \[\eta_{экс} = \frac{E_{полезная}}{E_{затраченная}}\] Где: * \(E_{полезная}\) — эксергия, полученная в результате работы установки (например, работа, произведенная тепловым двигателем, или эксергия продукта). * \(E_{затраченная}\) — эксергия, подведенная к установке (например, эксергия топлива или подведенной теплоты). Эксергетический КПД всегда меньше или равен 1 (или 100%), и он всегда меньше или равен традиционному энергетическому КПД, поскольку учитывает все необратимые потери, включая потери качества энергии. Он позволяет выявить места наибольших потерь эксергии в системе и оценить потенциал для повышения ее эффективности. Рассмотрим предложенные варианты: * a. коэффициенты полезного действия или полезного использования энергии по отдельным видам энергоносителей: Это общие энергетические КПД, которые не учитывают термодинамическое совершенство в полной мере, так как не принимают во внимание качество энергии. * b. коэффициент полезного использования (КПИ) энергии в теплотехнологии: Это также энергетический показатель, который может быть полезен для оценки использования энергии, но не для оценки термодинамического совершенства. * c. эксергетический коэффициент полезного действия: Этот показатель напрямую предназначен для оценки термодинамического совершенства, так как основан на эксергии, которая учитывает качество энергии и необратимые потери. * d. коэффициент полезного действия энергетической и теплотехнологической установок: Это общий термин для энергетических КПД, которые, как было сказано выше, не полностью характеризуют термодинамическое совершенство. Таким образом, эксергетический коэффициент полезного действия является наиболее подходящим показателем для характеристики степени термодинамического совершенства установки. ***

Ответ:

Правильный ответ: c. эксергетический коэффициент полезного действия.