エネルギー効率

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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)させるエネルギー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。

概要[編集]

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 、低温熱源へ排出される熱量をQ 2 とすると、熱効率ηは

η = (Q 1 - Q 2 ) ÷ Q 1 = 1 - (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[編集]

2008年度の全世界の発電効率

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[編集]

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り、総合効率より高い数値を示す。例えば電気機器の場合発電自体の効率が33%(2008年度実績)[注 1]なので総合効率は以下の数値の三分の一となる。

エネルギー変換効率
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
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 1]
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 電力 3–8
蒸気機関 化学 動力 3–44
スターリングエンジン 化学 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 20-30
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
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
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
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 < 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 調理に特化しており裸火より効率は良い。
ガスコンロ[注 3] 化学 60–70
電気コンロ[注 3] 電力 50–60  総合変換効率を考えると17-20%
電磁調理器[注 3] 電力 83  総合変換効率を考えると28%
オンドル 化学 暖房に特化しており、また調理の排熱を利用するなど裸火より効率は良い。
暖炉 化学 10–30
ガスヒーター 化学 80–90
石炭ストーブ (家庭用) 化学 30–50
石炭ストーブ (工業用) 化学 80–90
冷蔵庫 電力 熱(冷却) 20–50
太陽熱パネル 電磁波(太陽光) < 85
投げ込みヒーター 電力 < 98
自然界
光合成 電磁波(太陽光) 化学 35
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 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 5] 電磁波(太陽光) 化学 0.1–2.5

脚注[編集]

  1. ^ a b IEA/OECDの資料より。詳細は発電を参照。
  2. ^ 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.
  3. ^ a b c 燃料を燃焼させ熱源として利用する機器のエネルギー変換効率は電熱機器の数値より見かけ低くなっているが、電力は発電時の効率が33%であり、総合変換効率を考えると、直接燃焼のほうが効率は良い。
  4. ^ Wirkungsgrad der Kohleförderung: Wie viele Tonnen Braun- bzw. Steinkohle muss ich fördern und für die Produktionsanlagen verstromen, um eine Tonne verkaufen zu können?
  5. ^ Gesamtwirkungsgrad, d. h. auch einschließlich Energie, die zur Bereitstellung der Reaktionsmoleküle erforderlich ist.

参考文献[編集]

  1. ^ IEC/OECDの2008年度エネルギー収支より、2011年6月閲覧
  2. ^ 2013年10月現在太陽光発電の効率

関連項目[編集]