サンキー・ダイアグラム 入力=出力+損失、効率=出力/入力
エネルギー効率 (エネルギーこうりつ)とは、広義には投入したエネルギー に対して回収(利用)できるエネルギーとの比 をさす。狭義には、燃焼 反応 のうちどれだけのエネルギーが回収できるかという比率のこと。それに伴い燃焼して反応した時はエネルギーに対して効率が良いと考えられる
概要
求める出力とそれを得る為に消費した入力との割合である。熱機関 におけるエネルギー効率は熱効率 とも称され、高温熱源から入る熱量を
Q
1
{\displaystyle Q_{1}}
、低温熱源へ排出される熱量を
Q
2
{\displaystyle Q_{2}}
とすると、熱効率
η η -->
{\displaystyle \eta }
は
η η -->
=
Q
1
− − -->
Q
2
Q
1
=
1
− − -->
Q
2
Q
1
{\displaystyle \eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}=1-{\frac {Q_{2}}{Q_{1}}}}
で与えられる。
必ずしも、投入したエネルギーと回収(利用)できるエネルギーの形態は、同一ではない。例えば、太陽電池の場合、受光エネルギーに対する、出力電気エネルギーの比で、エネルギー効率をさす場合もある。ただし、この場合においては変換効率と称することが多い。
エネルギー変換効率
エネルギーを他の形態に変換する場合は、その効率は入力エネルギーと出力エネルギーを同一のエネルギー単位に換算してもとめられる。火力発電の場合、燃料の保有発熱量が入力エネルギー、電気エネルギーが出力エネルギーであり、いずれもジュールに換算することで効率が得られる。なお、電気エネルギーに変換されなかった分が廃棄熱(エネルギー)に相当する。 全世界の2008年度発電 実績は消費エネルギーは石油換算トン (ktoe)4,398,768キロトンで生産電力はグロスで1,735,579ktoe相当の電力(20,185TWh)、最終消費に供給された電力は1,446,285ktoe相当の電力(16,430TWh)であった[ 1] 。グロスの効率は39%、最終効率は33%となる。
エネルギー変換効率の一覧
下記の表はエネルギー変換効率(独版) 他より。
効率は前工程・機器等での消費や損失は考慮していない。エネルギー変換工程・機器への直近に投入されるエネルギーと出力との比較である。
エネルギー変換効率[ 注 1]
変換形態
入力 エネルギー
有効出力
効率 %
備考
火力発電 (石炭 )
化学
電力
40–43
コンバインドサイクル発電
化学
電力
50–60
燃料が天然ガス の場合
CHPコージェネ
化学
電力、熱
65-75, <98
発電効率15~33パーセント、総合効率で65~75パーセントが可能である。
原子力発電 [ 注 2]
原子力
電力
33
独版には「効率は10%」の注意書きがある。
水力発電
力学
電力
80–90
水を高所に上昇させる過程を含む揚水発電の効率は70%程度。
風力発電
力学
電力
<59
太陽光発電
電磁波(太陽光)
電力
5–40
普及品12%~21%[ 2] 、理論限界85-90%
MHD発電 (電磁流体発電)
熱源
電力
<30
全世界の発電効率
すべて
電力
39
総合効率は33%、電力の内部消費、送電ロスなどで減少。2008年度の実績[ 注 3]
水の電気分解
電力
化学
70
エネルギー変換機械・装置
燃料電池
化学
電力
30–70
熱電対
熱
電力
3–8
蒸気機関
熱
動力
3–44
スターリングエンジン
熱
動力
10–66
オットーサイクル
化学
動力
10-37
ガソリンエンジン (自動車)
化学
動力
20-51
ディーゼルエンジン
化学
動力
< 50
2ストローク低速ディーゼル
化学
動力
55
大型船舶用
パルスジェット
化学
動力
?
タービンエンジン (航空機)
化学
動力
40
電気モーター
電力
動力
20–99.5
出力200W以上のモーターでは70%以上
自転車 用ダイナモ
力学
電力
20–65
高効率のハブダイナモ もあるが、一般のタイヤ・リム式の効率は20%前後。
発電機
力学
電力
95–99.5
白熱電球
電力
電磁波(可視光)
3–5
ハロゲンランプ を除く
蛍光灯
電力
電磁波(可視光)
28
英版より
LED
電力
電磁波(可視光)
5–25
送信機
電力
電磁波(電波 )
30–80
高電圧送電
電力
電力
95
高圧送電 網における電線路 の距離(長さ)に依存しない(送電ロスを含まない)多段階の変電所 および柱上変圧器 における変換効率である。
スイッチング電源
電力
電力
50–95
変圧器
電力
電力
50–99.8
インバータ
電力
電力
93–98
スピーカー
電力
音波
0.1–40
一般にハイファイスピーカーでは 0.3
歯車ポンプ
力学
動力
< 90
熱源
キャンプファイヤー/囲炉裏 /火鉢
化学
熱
< 15
裸火であり調理の為の熱源とだけみれば効率は良くないが、同時に照明、暖房効果もある 。
かまど /七輪
化学
熱
?
ガスコンロ
化学
熱
60–70
電気コンロ
電力
熱
50–60
電磁調理器
電力
熱
83
暖炉
化学
熱
10–30
ガスヒーター
化学
熱
80–90
石炭ストーブ (家庭用)
化学
熱
30–50
石炭ストーブ (工業用)
化学
熱
80–90
冷蔵庫
電力
熱(冷却)
20–50
太陽熱パネル
電磁波(太陽光)
熱
< 85
投げ込みヒーター
電力
熱
< 98
自然界
光合成
電磁波(太陽光)
化学
35
蛍
化学
電磁波(可視光)
< 95
デンキウナギ
化学
電力
?
人間の骨格筋
化学
動力
20–30
その他
採炭から燃焼まで[ 注 4]
化学
熱
30–60
光合成によるバイオマス の生産からその燃焼まで [ 注 1]
電磁波(太陽光)
化学
0.1–2.5
脚注
注釈
^ a b Gesamtwirkungsgrad, d. h. auch einschließlich Energie, die zur Bereitstellung der Reaktionsmoleküle erforderlich ist.
^ The efficiency of nuclear power plants, according to official methods (IEA, EUROSTAT: efficiency approach) with 33% (= efficiency of an average thermal power plant) is fictitious, because the nuclear fuel (eg uranium) is not a simple way a kind of energy value (as with fossil fuels) is assigned can be, ie there is physical / chemical no clearly defined primary energy. Based on the total energy gap of U235, the efficiency of a nuclear power plant in nearly 10%. this approach, but additional costs of reprocessing the fuel rods to be factored in the case.
^ IEA /OECD の資料より。詳細は発電 を参照。
^ Wirkungsgrad der Kohleförderung: Wie viele Tonnen Braun- bzw. Steinkohle muss ich fördern und für die Produktionsanlagen verstromen, um eine Tonne verkaufen zu können?
出典
^ IEC/OECDの2008年度エネルギー収支 より、2011年6月閲覧
^ 2013年10月現在太陽光発電の効率
関連項目