Energiomvandling och energikvalitet

Energi omvandlas mellan olika energiformer

Energiprincipen säger ju att energi inte kan skapas eller förstöras och enbart omvandlas mellan olika energiformer.

Det är sant men gäller med vissa förutsättningar. Det är inte all energi som helt låter sig omvandlas till andra energiformer.

Mekanisk energi som rörelseenergi kan omvandlas helt och hållet till elektrisk energi. Och elektrisk energi kan fullt ut omvandlas tillbaka till rörelseenergi.

100% värme kan inte omvandlas till 100% el

Elektrisk energi kan omvandlas helt till termisk energi (värme). Men värme kan inte helt omvandlas till elektrisk energi.

Här ser vi en skillnad i hur energi omvandlas. Kort sagt kan man säga att värme inte fullt ut kan omvandlas till andra energiformer, men ju högre temperatur som värmen har, desto mer kan den omvandlas till andra energiformer.

Här kommer vi in på ett kvalitetsbegrepp när det gäller energi.

Energikvalitet

Energiformer som låter sig omvandlas helt och fullt till andra energiformer sägs ha högsta energikvalitet. Spillvärme, det vill säga termisk energi med låg temperatur, sägs ha usel kvalitet (vilket hörs på namnet).

Måttet på energikvalitet anger hur mycket av energi av en viss energiform som kan omvandlas till mekanisk energi (arbete).

Energikvalitet kan jämställas med ett mått på högsta verkningsgrad för en viss energiomvandling.

Exempel på energikvalitet

Mekanisk energi 1,00
Elektrisk energi 1,00
Kärnenergi 1,00
Strålningsenergi 0,95
Kemisk energi 0,90
Termisk energi, 300 °C 0,52
Termisk energi, 80 °C 0,23
Termisk energi, 20 °C 0,07
Termisk energi, 0 °C 0,00

Uppskattning av energikvalitet

Energikvaliteten bestäms utifrån den temperatur som kan uppnås när en energiform omvandlas till termisk energi, värme. Elektrisk energi kan skapa en gnista som är många tusen grader varm. När olja brinner kan temperaturen vid förbränningen vara över 2.000 grader.

Det finns ett samband som anger energikvaliteten. Kvaliteten på energin bestäms av omgivningens temperatur och värmekällans temperatur.

Sambandet härleds ur energiberäkningar som anger hur mycket arbete (mekanisk energi) som kan omvandlas ur en värmekälla med en given temperatur. En maskin som omvandlar värme till arbete kallas värmemaskin.

Energikvaliteten beräknas med detta samband:

  • energikvalitet = 1 – ( omgivningens temperatur / högsta temperatur )

Temperaturer anges i Kelvin (K), en temperaturskala som utgår från absoluta nollpunkten, -273 grader Celsius. 0°C är alltså 273 K och 100 °C är 373 K.

Om den högsta temperaturen blir tillräckligt hög ger sambandet att energikvaliteten blir ett (1).

Varför är det intressant med energikvalitet?

Med kunskapen om energikvalitet och dess betydelse är det lättare att förstå principerna för energiomvandling och dess konsekvenser för energiproduktionen och miljön.

På grund av materialteknik och säkerhet produceras ånga med drygt 550 °C i kraftvärmeverk. Denna temperaturnivå medger att en tredjedel av det använda bränslets energi kan omvandlas till el.

När vi använder el till uppvärmning av våra bostäder konsumerar vi en perfekt energikvalitet (1,00) för ett ändamål som kräver en energikvalitet på 0,07, värmeenergi vid 20 °C.

För uppvärmning är det god hushållning med energikvalitet att använda värmekällor med låg temperatur. Här är värmepumpen ett utmärkt exempel. Den använder värme av låg temperatur samt en liten andel el för processen. El för uppvärmning bör ha passerat en värmepump.

Exempel på hushållning med energikvalitet

Processindustrin är ofta bra på att hushålla med energikvalitet. Bränslet som förbränns genererar ånga med högsta möjliga temperatur. Ångan förser processen med rätt temperaturbehov på olika ställen, varefter ångans temperatur sjunker stegvis. Ofta finns det en ångturbin i processen som nyttjar ett temperaturfall för elproduktion.

Sista steget i processen är ofta ett fjärrvärmenät, som tar emot lågtemperaturvärme som används för uppvärmning av bostäder och lokaler.

Läs mer om energi, värme och effekt här

Stefan Nilsson – varmahus.se

Hej, Stefan Nilsson här. Det är jag som skriver det mesta här på sajten. Skriv en kommentar eller hör av dig om du undrar något. Förresten, du har väl hämtat Värmeguiden?

Skriv en kommentar: