nyttevirkning

Begrebet nyttevirkning benyttes mange steder i forbindelse med energiomsætning. Nyttevirkningen er forholdet mellem den omsatte energi, der kan bruges til noget nyttigt, og den energi, man har "sendt ind i systemet". 

Der er to typer årsager til, at noget af energien "spildes". Den ene er, at der kan være tekniske problemer, f.eks. er der modstand i de elektriske ledninger mellem en generator og en motor, så noget af energien bliver til varme i ledningerne. Denne type spild kan reduceres, det er kun et spørgsmål om teknik og økonomi: Tykkere ledninger giver mindre modstand og dermed mindre tab, men koster mere og er mere besværlige at arbejde med.

Den anden årsag er, at visse energiformer, især varme, forekommer på en uordnet form. Varmebevægelser forekommer i alle retninger og skifter hele tiden. Det bevirker, at man ikke kan trække hele energien ud af noget varmt. Man kan ikke ensrette de mange små bevægelser til en samlet stor bevægelse og så bruge den til noget nyttigt. Man har et mål for denne uorden. Det kaldes entropi. Der gælder den lov, at den samlede mængde entropi i et lukket system ikke kan falde. Den højeste nyttevirkning, man kan opnå for en varmekraftmaskine er (T₁-T₂)/T₁, hvor T₁ og T₂ er de absolutte temperaturer af to varmereservoirer.

Der skulle du måske være lidt mere specifik...

Men tager du fx en bil og tænker at den får tilført energi ved at der sprøjtes benzin ind i motoren, så er det ikke al energien der potentielt er i benzinen som bliver brugt til fremdrivning. Noget af energien bliver omsat til varme, som til dels "forsvinder" ud i luften som udstødning og som varme ud gennem kølevandet (køleren) på bilen. Desuden er der friktionstab i lejer og rulle modstand i dækkene. En almindelig bil har måske en virkingsgrad på 50-60%, altså er der 50-40% af den benzin du køber, som bliver brugt til at opvarme luften omkring dig.

En elmotor har en bedre virkningsgrad, isoleret set, da den kan omsætte op mod 90% af den elektriske tilførte energi til akselen. Dertil kommer el-værkets virkningsgrad på, for kulkraftværker ≈ 70 % (total), samt tab i ledninger.

Skibene Emma Mærsk og Mærsk McKinney Møller, er udstyrede med "waste heat recovery"systemer, som gør dem i stand til at udnytte udstødgassens energi til at lave damp, som driver en turbine, der driver en generator, der driver en akselmotor. Desuden bruges dampen til opvarming, ligesom for et kraft-varmeværk producerer el og varme. Jeg tror at skibene har en total virkiningsgrad på ca 70%. De sidste 30% ryger op gennem skorstenen eller ud i havet med kølevandet: Altså energi man har betalt for, men som man ikke er i stand til at udnytte, eller ikke vil udnytte, da det vil koste for meget i anskaffelse og vedligeholdelse af anlæg.

Når det så er sagt, så kan virkingsgraden godt overstige 100 %, hvis der fyres i en kedel, som udnytter fugten i brændslet til kondensering. Det hedder kondenserende kedler og der bruges den øvre brændværdi for brændslet istedet for, som ved andre beregninger, den nedre brændværdi. Altså handler det om hvilket måde man regner på sit anlæg.

Nyttevirkning er et udtryk for at ikke al energi går til det der er formålet.

Eksempel:

forestil dig at du skal varme noget vand. Ikke al den elektriske energi der bliver afsendt bliver modtaget af vandet, idet  komfuret også bliver varmt, det kræver energi, kobberert i ledningerne, varmes op, det kræver energi, luftet omkring bliver vamet, det kræver energi. Ligeledes kan apparater ikke finde ud af overføre al strøm til det det bør gå til. Derfor snakker man om nyttevirkning. Er den høj betyder det at et højt procenttal af den energi  som bliver afsendt bliver modtaget. Er den derimod lav betyder det at meget af energien "går tabt".

Det med, at virkningsgraden kan overtige 100%, er noget af en tilsnigelse. Fra et teknisk synspunkt kan man godt regne med det, men fra et fysisk synspunkt er det forkert. Det, der sker her, er, at man har en skjult energikilde, der ikke medregnes i den tilførte energi. Det ses tydeligere for en varmepumpe. Her har man en tilført elektrisk energi og man får en brugbar varmeenergi, der er større end den tilførte elektriske energi. Når man som fysiker skal regne virkningsgraden ud, skal man medtage den varme, som varmepumpen henter fra omgivelserne, som "tilført energi". Skal man sammenligne varmepumpens økonomi med andre opvarmningsmetoder, skal denne energi ikke regnes med, og så får man virkningsgrader over100%. Det er det samme, der gælder for den kondenserende kedel, men her er det lidt mere subtilt, hvor det skjulte bidrag kommer ind.

1000 tak for jeres svar, det hjalp virkelig meget!