我爱美国能源流程图劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)发表的。2021年4月份出来的图表,你可以看到它在上面全部的荣耀。(右击下载完整版)。最引人注目的部分图表对很多人是拒绝了能源、灰色所示。一个常见的反应是:“哇!我们肯定做浪费大量的能量。我们需要更有效率。“让我们来谈谈。

燃烧的燃料

首先要理解的是,绝大多数的拒绝能源来自于燃烧燃料。我们燃烧石油,天然气,煤炭和生物质热。然后我们使用热工作。有时工作车辆移动。有时它工业设备运行。有时它运行一个涡轮产生电力。

所有这些过程涉及热机,一种热量转化为工作的装置。热量传递有温差时,和热力学第二定律告诉我们,热量总是从一个温暖的地方,一个凉爽的地方。这意味着没有温差热引擎行不通。

热机效率的极限

的热引擎,是没有办法把所有的热能转换成可用的工作。总是会有剩余的热量。这就是拒绝了能量的大部分你见上图。

事实证明,我们已经知道这个限制了近200年。法国的孩子名叫萨迪卡诺发现有一个限制热引擎的效率。他发现收益率最大的热力循环热机的效率。他的工作是非常重要的在热力学理论最大效率,他叫做卡诺效率。

此外,他认为效率极限取决于只有一个因素:热菜和之间的温差热引擎。高温和低温越大,效率越高的热机。

使用的温度在传统发电植物,约三分之二的能源燃料变成拒绝的能量。联合循环燃气轮机发电厂可以实现更高的温度和效率高达60%。汽车拒绝约四分之三的燃料能源。

我们可以做得更好吗?

我们可以挤出更多的水的燃料燃烧的海绵,与联合循环燃气涡轮机。在一些地方使用另一个改进是所谓的热电联产(CHP)植物,或热电联产。它只是一个电厂位于接近建筑可以使用低温废热。

当你可以利用综合供热供电,相当一部分不合格的能量不再拒绝。耶!你寄到附近医院或办公楼或其他设施,将使用空间或热水的热量。不幸的是,结合热力和电力是罕见的,因为大多数的大型电力发电厂坐落在农村地区,远离潜在用户的废热。

效率并不是拒绝了能源的解决方案

只要我们保持燃烧燃料,将会有大量的拒绝的能量。这是热引擎的本质。只有一个方法来减少大的灰色块在右上部分的图表:用可再生能源代替燃烧。

这种转变的一个好处是,我们也摆脱污染和燃烧的碳排放。被拒绝的能量燃烧通常会使事情变得更糟。拒绝的能量来自太阳能和风能就做还是要做的。

最后几句话

首先,LLNL图表被称为能源流程图,但这真的不是一个全面的能源。这是一个看燃料。能量更大的主题,包括很多东西,这里的图表不联系。其次,热机,变成工作温度的差异,可以在反向操作。把工作变成温差时,我们称之为冰箱或热泵。第三,有很多的图表。此外,你可以得到一个更好的理解在我们的燃料使用的趋势通过观察他们是如何随着时间的变化。我在上一篇文章中这样做为什么全电动去有意义吗。

最后,当你看到图表中的所有拒绝的能量,我希望你能意识到我们不能消除它只是被更有效率。这是一个不可避免的副产品的燃烧和热引擎。

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Allison a·贝尔斯三世,博士学位是一个演讲者、作家、建筑科学顾问,和能源先锋在迪凯特的创始人,格鲁吉亚。他有一个物理学博士学位和写能源先锋的博客。他也有一本关于建筑科学在2022年的秋天。你可以在推特上跟随他@EnergyVanguard。